ИСТИНА

Проект направлен на исследование течения многокомпонентного газа в мембранах и перспективных газоразделительных устройствах с целью повышения эффективности их работы. Планируется изучить влияние на эффективность газоразделения следующих внешних воздействий: перепады температуры и напряжений в пространстве и их изменение во времени, механические колебания, движение и изменение формы границы. Необходимость такого исследования обоснована появлением в зарубежной литературе экспериментальных данных, а также прототипов устройств, использующих перечисленные воздействия для повышения эффективности разделения газовых смесей. При этом с теоретической точки зрения эти явления изучены недостаточно. Полученные в проекте результаты позволят сформулировать рекомендации по улучшению существующих технологий и, возможно, создать новые типы газоразделительной техники. Для проведения описанного прикладного исследования требуется решить фундаментальную задачу о неизотермическом течении многокомпонентного газа в свободномолекулярном, переходном и континуальном режимах в областях со сложной геометрией, а также в областях с подвижными или изменяющимися границами. Эта задача требует объединения численных методов, соответствующих различным пространственным масштабам и степени разреженности газа: метод молекулярной динамики для моделирования взаимодействия газа с поверхностью, методы событийного молекулярного-динамического (EDMD) и прямого статистического (DSMC) моделирования для изучения течений в свободномолекулярном и переходном режиме, численные методы решения уравнений Навье-Стокса для континуального режима. Применение данных подходов по отдельности и их объединение в гибридные многомасштабные методы составляет основу данного проекта. Планируется рассмотреть следующие постановки задач: (1) течение смеси трех и более газов в переходном режиме в областях со сложными и неизотермическими границами, (2) течение смеси газов в каналах с колеблющейся границей, (3) течение смеси газов в порах материала, по которому распространяются упругие волны, (4) течение смеси газов в устройствах, сочетающих области свободномолекулярного, переходного и континуального режимов. Перечисленные задачи являются новыми и требуют развития существующих методов динамики разреженного газа на случай подвижных, осциллирующих или изменяющих свою форму границ.

The project is devoted to the study of multicomponent gas flow in membranes and promising gas separation devices with the aim to increase their efficiency. It is planned to study the influence of the following external influences on the efficiency of separation: changes of temperature and stresses in space and time, mechanical vibrations, motion of the border and change of its shape. The necessity of such a research is justified by the appearance in literature of experimental data, as well as prototypes of devices that utilize these effects to improve the efficiency of gas mixtures separation. At the same time, the theoretical basis of these phenomena is still understudied. Results obtained in the project will help to formulate recommendations for improving existing technologies and will possibly create new types of gas separation machinery. To carry out the described applied research one needs to solve the fundamental problem of non-isothermal multicomponent gas flow in free molecular, transitional and continuum regimes in the regions with complex geometry, as well as in areas with moving or changing boundaries. This task requires the integration of numerical methods, corresponding to different spatial scales and the degree of gas rarefaction: molecular dynamics method to simulate the interaction of the gas with the surface, method of event-driven molecular dynamics (EDMD) and direct statistical Monte Carlo (DSMC) simulations to study flows in free-molecular and transitional regime and numerical methods for solving the Navier-Stokes equations for the continuum regime. Separate application of these approaches and their combination in hybrid multiscale methods is the basis of this project. It is planned to consider the following problem statements : (1) flow of the mixture with three or more components in the transition regime in areas with complex and non-isothermal boundaries, (2) gas mixtures flow in channels with oscillating boundary, (3) flow of gas mixture in the pores of the material with propagating elastic waves (4) gas mixture flow in devices combining areas of free-molecular, transitional and continuum regimes. The obtained results will allow give recommendations on improving existing membrane technologies, and possibly create new types of energy-efficient gas separation machinery.