Специалисты ИНГГ 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 – ИТ СО РАН и ИХТТМ СО РАН.
О проделанной работе рассказал Сергей Игоревич Марков – заведующий лабораторией математического моделирования многофизичных процессов в нативных и искусственных многомасштабных гетерогенных средах ИНГГ СО РАН, кандидат физико-математических наук.
В чем преимущество фазоизменяемых материалов?
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 (ФИМов).
ФИМы применяются в автомобильной промышленности, а также в системах теплозащиты автономных источников электроснабжения. Их широко используют и в строительстве – для улучшения теплоизоляции зданий. Еще одна область, где возможно эффективное использование ФИМов – это охлаждение электронного оборудования.
Компьютерная модель образца композитного материала на основе полиуретана и диатомита
Что именно сделали ученые ИНГГ СО РАН?
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.
По словам сотрудников ИНГГ СО РАН, применение математического моделирования позволило значительно сократить затраты на исследования ФИМов. 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.
Как будет развиваться проект?
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.
Текст под редакцией Павла Красина
На фото в заставке: образец композитного материала на основе полиуретана и диатомита
Иллюстрации предоставлены С.И. Марковым
