Математическое моделирование процессов переноса в среде сверхкритического флюида и проведение экспериментальных исследований по получению аэрогелей, в том числе гибридных

Объект исследования - нанопористые органические и гибридные аэрогели для применения в качестве теплоизоляционных материалов, сорбентов токсичных и промышленных газов, средств защиты органов дыхания, в пищевой промышленности, для контроля влажности в товарах потребительского назначения, а также в бытовой технике. Цель исследования - разработка электронной модели установки и временного (пускового) технологического регламента первого опытного полупромышленного производства нового поколения многофункциональных нанопористых органических и гибридных аэрогелей для применения в качестве адсорбентов токсичных промышленных газов, для контроля параметров микроклимата в замкнутых помещениях, при производстве товаров народного потребления и в пищевой промышленности. В процессе выполнения второго этапа работы проведена генерация трёхмерных структур поликарбамидных, полиамидных и полиуретановых аэрогелей, выданы рекомендации по генерации структур аэрогелей различной природы, проведена оптимизация созданного программного комплекса с использованием параллельных вычислений, разработана клеточно-автоматная (КА) модель процесса диффузии через поры аэрогелей, выполнено моделирование процесса диффузии с помощью созданной КА-модели, проведено моделирование процесса сверхкритической адсорбции с использованием разработанной КА-модели, разработана математическая модель процесса сверхкритической сушки, проверена адекватность разработанных моделей. Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: с использованием разработанного ранее экспериментального образца программного обеспечения проведена генерация трёхмерных структур аэрогелей на основе поликарбамидов, полиамидов и полиуретанов с варьированием размеров базовых частиц от 28 до 40 нм. Линейные размеры созданных структур находились в диапазоне 700 - 900 нм. При создании структур использовались пять различных методов генерации: метод перекрывающихся сфер, метод ограниченной диффузией агрегации с несколькими центрами кристаллизации, метод баллистической агрегации частица - кластер, метод ограниченной диффузией кластерной агрегации, метод случайного блуждания. Удельные площади поверхности созданных структур находятся в диапазоне от 100 до 400 м²/г. Оптимизация созданного программного обеспечения проводилась с использованием технологии параллельных вычислений на графических акселераторах nVidia CUDA. Разработка клеточно-автоматной модели велась с использованием схемы разбиения Марголуса. В процессе реализации проекта создано программное обеспечение, позволяющее проводить генерацию трёхмерных пористых структур, которое было оформлено в виде web-приложения с возможностью организации доступа по информационным каналам сети Интернет.