Моделирование гранулированных материалов с фазовыми превращениями: новые методы расчета и новые приложения

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-01129

НазваниеМоделирование гранулированных материалов с фазовыми превращениями: новые методы расчета и новые приложения

Руководитель Луценко Николай Анатольевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова материалы с фазовыми переходами, теплоаккумулирующие материалы, движение газа в пористых средах, индивидуальные средства защиты, численное моделирование

Код ГРНТИ30.51.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Настоящий проект посвящен разработке новых методов расчета и численному моделированию инновационных устройств, основанных на гранулированных материалах с фазовыми превращениями и создаваемых для различных систем энергетики и безопасности. Материалы с фазовыми превращениями все активнее входят в нашу жизнь благодаря их уникальным свойствам и разнообразным возможностям применения. Такие материалы способны эффективно аккумулировать тепловую энергию и могут применяться не только самостоятельно, но и как составная часть разнообразных перспективных энергетических систем. В частности, использование накопителей энергии на основе гранулированных теплоаккумулирующих материалов решает проблему устойчивого энергоснабжения из объектов возобновляемой энергетики (солнечных и ветряных электростанций), которые отличаются сильно неравномерным производством энергии. Кроме широких перспектив использования в энергетических системах, гранулированные материалы с фазовыми превращениями могут применяться в системах защиты и безопасности, в частности, в средствах индивидуальной защиты от ожогов, и в иных устройствах. Для конструирования эффективных устройств на основе гранулированных материалов с фазовыми превращениями необходимо предварительное всестороннее моделирование происходящих в них процессов. Поэтому в настоящем проекте планируется создание методов их расчета (моделей, вычислительных алгоритмов) и средств их компьютерного моделирования (специализированных программ). Трудности расчета указанных объектов связаны не только с тем, что их поведение определяется взаимодействием гидродинамических и теплофизических процессов, но также со сложностью и разнообразием их возможных конфигураций, сложностью и уникальностью свойств составляющих их материалов, и т.д. Разрабатываемые в настоящем проекте средства моделирования будут основаны на оригинальной математической модели и вычислительных алгоритмах, базирующихся на конечно-объемной дискретизации и реализованных в открытом программном пакете OpenFOAM. Удобство и распространенность пакета OpenFOAM в сочетании с универсальностью оригинальной математической модели позволят создать эффективное средство моделирования, которое сможет широко использоваться для решения самых разнообразных практических задач энергетики и безопасности. Также в проекте планируется применение разработанных методов расчета и комплексов программ для решения новых задач, а именно, будут исследованы процессы в средствах индивидуальной защиты от ожогов органов дыхания (респираторах) на основе гранулированных материалов с фазовыми превращениями, принципиальная схема которых была предложена и запатентована заявителями настоящего проекта. Численное моделирование респираторов, состоящих из различных известных гранулированных теплоаккумулирующих материалов, а также изучение влияния на характеристики респираторов их конфигурации, многослойности и иных параметров позволит выявить фундаментальные закономерности и получить новые знания для конструирования как можно более малогабаритных и легких средств индивидуальной защиты.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Ким А.С., Фецов С.С., Луценко Н.А. On modeling processes in granular heat-accumulating materials with phase change in OpenFOAM software XXI International Conference on the Methods of Aerophysical Research. Abstracts. Part II. Novosibirsk: SB RAS., P. 81-82. (год публикации - 2022)
10.53954/9785604788974_81

2. Луценко Н.А., Фецов С.С., Боровик К.Г. Об использовании гранулированных материалов с фазовыми переходами в теплозащитных респираторах, защищающих органы дыхания от ожогов Тезисы XVI Всероссийского симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка: ИПХФ РАН., C. 278-279. (год публикации - 2022)

3. Луценко Н.А., Фецов С.С. Теплозащитный респиратор на основе гранулированных материалов с фазовыми переходами Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, т. 507, с. 63-67 (год публикации - 2022)
10.31857/S2686740022060104

4. Фецов С.С., Луценко Н.А. A novel computational model and OpenFOAM solver for simulating thermal energy storages based on granular phase change materials: Advantages and applicability Journal of Energy Storage, Vol. 65, Article 107294 (год публикации - 2023)
10.1016/j.est.2023.107294

5. Фецов С.С., Ким А.С., Боровик К.Г., Луценко Н.А. Численное моделирование двухслойных фильтров теплозащитных респираторов на основе гранулированных материалов с фазовыми переходами Динамика многофазных сред: Тезисы доклаодв XVIII Всероссийского семинара с международным участием, посвящённого 115-летию со дня рождения Сергея Алексеевича Христиановича. Новосибирск: ИПЦ НГУ, С. 96-97 (год публикации - 2023)

6. Фецов С.С., Луценко Н.А. Numerical analysis of thermal performance of breathing air cooler based on granular phase change material International Journal of Heat and Mass Transfer (год публикации - 2024)

Публикации