В ТюмГУ представили математическую модель разделения газов и жидкостей

❋ 4.3

Ученые ТюмГУ представили математическую модель процесса разделения воздуха на азот и кислород внутри и снаружи трубчатой пористой мембраны.

ТюмГУ

# азот

# газ

# жидкость

# кислород

# математическая модель

В ТюмГУ представили математическую модель разделения газов и жидкостей / © Getty images

В ряде отраслей промышленности необходимо получать чистые газы и жидкости, которые редко встречаются в природе. Для получения таких веществ широко используются установки, содержащие различные типы мембран. Сегодня большинство мембран — адгезивные (адгезия — прочное прикрепление клеток к субстрату).

Основной недостаток таких мембран — то, что они засоряются после определенного времени эксплуатации. Поэтому важно создать мембрану с длительным сроком службы. Есть большое количество усовершенствованных конструкций мембран, однако определить оптимальные характеристики их невозможно без высокоточного математического моделирования их характеристик. Даже незначительные изменения этих характеристик могут привести к потере чистоты конечного продукта на 2-3 процента.

Статья «Математическое моделирование разделения смеси азота и кислорода с помощью селективной мембраны» физиков ТюмГУ Александра Гильманова, Александра Шевелёва и других вышла в «Инженерно-физическом журнале».

Существует ряд подходов к моделированию процессов, происходящих в мембранных установках. В этой статье представлен анализ применимости существующих подходов к математическому моделированию разделения компонентов газов с использованием селективных мембран.

Кроме того, не существует математической модели пористых трубчатых мембран, которая описывала бы процессы, происходящие внутри и снаружи мембраны в динамике. В связи с чем ученые решили создать такую модель. Проведя вычисления, они разработали математическую модель процесса разделения воздуха на азот и кислород с использованием пористой селективной мембраны, основанной на законах сохранения массы и импульса.

Установлено, что азот является отбираемым газом, фильтруемым через мембрану из-за его меньшей вязкости и более высокой фазовой проницаемости по сравнению с кислородом, концентрация азота в смеси на выходе из мембраны превышает 90 процентов. Анализ поведения модели при варьировании различных параметров установки показал, что проницаемость мембранных трубок оказывает существенное влияние как на качество отбираемого газа, так и на время запуска установки, и чем выше проницаемость мембранных трубок, тем ниже концентрация отбираемого азота и тем быстрее установка переходит в стационарный режим работы.

Представленные зависимости показывают, что при правильном выборе параметров установки качество получаемого очищенного газа может измениться в лучшую сторону. Однако изменения размера выпускного патрубка, его расположения и скорости потока подаваемой смеси не приводят к существенному улучшению ее очистки.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Тюменский государственный университет (ТюмГУ) — первый университет Тюменской области, был открыт в 1930 году. Готовит специалистов по 175 направлениям подготовки. Университет является участником федеральной программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Участие в программе способствует трансформации образовательного, научно-технологического и управленческого блоков ТюмГУ, а также его роли в качестве центра научно-технологического и социально-экономического развития региона.