Разработка Самарского политеха улучшит энергоэффективность композитных материалов

Ученые Самарского политеха создали способ моделирования процессов массопереноса и теплообмена в пористых материалах.

По утверждению авторов, разработка поможет моделировать свойства теплоизоляционных и конструкционных материалов, при этом не требуя больших вычислительных мощностей и дорогостоящего программного обеспечения. Результаты исследования опубликованы в издании International Journal of Thermophysics (https://doi.org/10.1007/s10765-022-03137-3).

Сегодня большинство конструкционных материалов — это композиты на основе цемента. В зависимости от формы пор или наполнителя, все пористые материалы можно разделить на две группы. В первой группе материалы имеют правильную структуру – например, шарообразные или цилиндрические фрагменты арматуры или поры. Во второй группе материалы обладают внутренними полостями с неупорядоченным строением.

Коллектив исследователей политеха представил методику, с помощью которой можно рассчитать протекание процессов массопереноса и теплообмена в пористых или композитных материалах с правильной структурой. Ученым удалось экспериментально подтвердить теоретические расчеты при измерении теплопроводности цемента с арматурным каркасом.

"Мы изучаем, как размер, форма и количество пор материала влияют на то, насколько хорошо он проводит тепло. Мы также проводим исследования гидродинамики в пористых материалах со сложной геометрической формой, где определяем скорость и давление потоков жидкости внутри структуры. Этот процесс можно сравнить с протеканием выхлопных газов через автомобильный катализатор, имеющий ячеистую структуру", — рассказал РИА Новости один из авторов публикации, проректор Самарского политеха по интеграционным проектам, заведующий кафедрой "Промышленная теплоэнергетика" теплоэнергетического факультета Антон Еремин.

По его словам, проведение таких исследований необходимо при выборе материала для улучшения энергоэффективности систем отопления и охлаждения, а также при разработке более эффективных фильтров и катализаторов. Также результаты исследования могут применяться для конструирования построек. Новая технология может использоваться для конструкций любого размера и в любой стране мира, отметил ученый. Антон Еремин сообщил, что главной целью исследователей было применение новой разработки для моделирования физических процессов в материалах со сложной упорядоченной структурой.

"Исследование и разработка пористых материалов со сложной структурой, а также устройств на основе материалов со сложной формой полостей – это новое научное направление. Относительно недавно стали развиваться мощные программные комплексы, позволяющие моделировать сложные процессы в пористых материалах. А наш научный коллектив занимается исследованием и моделированием одного из самых сложных процессов – взаимосвязанного процесса тепло- и массопереноса в таких материалах", —пояснил исследователь.

В будущем научный коллектив планирует изготовить материалы со сложной упорядоченной структурой с помощью технологий 3D-печати с использованием пластика и различных металлов. По словам ученых, это позволит перейти от теоретических моделей к физическим объектам и ко внедрению разработки в промышленность, сообщает пресс-служба СамГТУ.

Фото:   пресс-служба СамГТУ