Специалисты Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН провели виртуальные эксперименты, благодаря которым стала возможна дальнейшая работа по созданию новых фазоизменяемых материалов. Эти задачи в ИНГГ СО РАН выполнили в рамках междисциплинарного проекта с коллегами из двух институтов Сибирского отделения — Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН.
Многие современные технологии, применяющиеся в строительстве и инженерии, базируются на физических процессах с фазовыми переходами. К ним можно отнести таяние льда, кристаллизацию расплавов, распад газовых гидратов при нагревании, сварку и многие другие. Одно из перспективных направлений, использующих композитные вещества с фазоизменяемыми включениями — это создание новых фазоизменяемых материалов (ФИМ).
ФИМ применяются в автомобильной промышленности, а также в системах теплозащиты автономных источников электроснабжения. Их широко используют и в строительстве — для улучшения теплоизоляции зданий, и для охлаждения электронного оборудования.
Специалисты ИНГГ СО РАН разработали оригинальные вычислительные схемы и программное обеспечение для математического моделирования процессов теплообмена в композитах с фазоизменяемыми материалами. Идея основана на применении современных неконформных конечно-элементных методов, которые хорошо зарекомендовали себя при исследовании многофизичных процессов в многомасштабных средах.
Компьютерная модель образца композитного материала на основе полиуретана и диатомита (слева) и образец композитного материала на основе полиуретана и диатомита
По словам сотрудников ИНГГ СО РАН, применение математического моделирования позволило значительно сократить затраты на исследования ФИМ. Результаты экспериментов могут быть использованы для изучения физических свойств новых композитов с фазоизменяемыми материалами и для развития физико-математических моделей сопряженных процессов тепло- и массопереноса.
В ходе дальнейших изысканий учеными ИТ СО РАН и ИХТТМ СО РАН были получены образцы фазоизменяемого материала на основе синтетического полимера (полиуретан) и широко распространенного природного минерального сырья — диатомита. Для работы с образцами была создана оригинальная установка, которая позволяет проводить эксперименты по исследованию тепловых процессов с учетом фазовых превращений в объеме композитов.
В ближайшем будущем ученые планируют продолжить работу над проектом и исследовать тепловые эффекты в композитах с фазоизменяемыми материалами. Это также потребует создания новых физических и математических моделей процессов теплообмена, для чего будут привлечены сотрудники ИНГГ СО РАН.
Пресс-служба ИНГГ СО РАН
Иллюстрация предоставлена Сергеем Марковым
