Кавитационно-акустическое формирование многосвязной межфазной поверхности «газ-жидкость» для решения проблемы высокоэффективного поглощения газов

Целью работы является выявление закономерностей, оптимальных режимов и условий кавитационно-акустического формирования многосвязной межфазной поверхности «газ-жидкость» для высокоэффективного избирательного поглощения целевого газового компонента. В процессе работы проводились теоретические и экспериментальные исследования процесса абсорбции газов под действием высокоинтенсивных ультразвуковых колебаний. В отчете приведены: – численная модель распространения импульсных (ударных) волн при схлопывании кавитационных пузырьков и отражения волн от межфазной поверхности; – решёточные уравнения Больцмана, учитывающие импульсный характер объёмной силы, приводящей к эволюции межфазной поверхности, но при этом свободные от обобщённых функций (дельта-функций). Объёмная сила в построенных уравнениях учитывает в виде моментов функции вероятности случайного процесса схлопывания кавитационных пузырьков и представляет собой бесконечно дифференцируемую функцию; – априорные оценки влияния ударных волн на различные виды межфазных границ (свободная поверхность стекающей плёнки жидкости, барботажный пузырёк в объёме жидкости, разрушенный кавитационный пузырёк на поверхности плёнки); – численная модель влияния кавитационных ударных волн на межфазные границы, основанной на модифицированных решёточных уравнениях Больцмана. В рамках решения данной задачи создана параллельная программа, обеспечивающая высокопроизводительные вычисления на многоядерных процессорных системах, с использованием технологий MPI или CUDA; – численная модель диффузии поглощаемого газа сквозь сформированную межфазную поверхность и численное исследование влияние режимов и условий акустического воздействия на эффективность абсорбции; – конечно-элементная модель модального анализа колебаний твердой плоской поверхности, с одной стороны которой расположен слой жидкости, с другой стороны ультразвуковые колебательные системы цилиндрической формы; – конечно-элементная модель, позволяющая оптимизировать расположения ультразвуковых излучателей, закрепленных на твердой плоской поверхности. В качестве критерия оптимизации выбрана максимальная мощность, приходящаяся на один излучатель; – проект и конструктивная схема экспериментальной установки (стенда) для интенсификации абсорбции с ультразвуковыми излучателями, как при барботировании углекислого газа через слой жидкости (воды), так и при подаче углекислого газа над поверхностью жидкости (воды), на которую накладываются ультразвуковые колебания; – зависимости эффективности процесса абсорбции при пропускании газа над колеблющейся поверхностью жидкости – на примере растворения углекислого газа в воде – от параметров и условий ультразвукового воздействия; – экспериментальные результаты по влиянию ультразвукового воздействия на процесс абсорбции (по содержанию углекислого газа в воде) при барботировании газа через объем жидкости, расположенной над источником ультразвукового воздействия; – технологические решения по промышленной реализации предложенных принципов интенсификации абсорбции, основанные на создании многосвязной увеличенной межфазной поверхности с помощью кавитационно-акустического поля (инициированного ультразвуковыми колебаниями).