Перенос структурированных флюидов в системах с варьируемой лиофильностью

Усовершенствована ранее созданная авторами модель постепенного раскрытия пор нанопористой мембраны с ростом перепада давления на ней при учете лиофильно-лиофобного баланса транспортных пор. Для билогафмически нормального распределения пор по радиусам предложен более простой «двойной треугольный» закон распределения, позволивший получить конечную алгебраическую формулу для коэффициента удельной проницаемости мембраны, как функции концентрации органической составляющей в питающей смеси и приложенного перепада давления, что приводит к динамическому раскрытию пор определенного размера. Разработана модель течения непроводящей ньютоновской жидкости под действием перепада давления через пористый слой, рассматриваемый как система капилляров различного радиуса, имеющих лиофильные или лиофобные свойства. Исследованы особенности нанокапиллярных течений в рамках ньютоновской и микрополярной моделей жидкости. Для ньютоновской жидкости используются граничные условия проскальзывания, прилипания и проскальзывания с предельным напряжением, а для микрополярной жидкости рассматриваются гиперприлипание и отсутствие проскальзывания с ненулевым вращением на стенке – условие подкручивания. Выполнены параметрические исследования полученных аналитических решений. Показано, что классический ньютоновский подход не может объяснить одновременно замедление течения в капилляре с гладкими стенками и ускорение течения в капилляре с шероховатыми стенками. Объяснение этому эффекту дано в рамках модели микрополярной жидкости. Предложена новая модель установившегося процесса термопервапорации летучего компонента из смеси двух веществ (например, воды и спирта) через мембрану, имеющую гидрофобные поры, наполняемые паром обоих компонентов в разных долях в зависимости от их относительной концентрации и температуры. Движущей силой процесса является перепад температуры по обе стороны мембраны. Показано, что процесс парообразования можно перенести на межфазную границу горячей стороны мембраны и подогреваемой смеси, что существенно упрощает задачу. Краевая задача о распределении температуры решается независимо. Получено точное аналитическое решение краевой задачи определения профиля концентраций спирта и воды, которая сведена к разновидности уравнения Рикатти с разными наборами граничных условий. Вычислены фактор разделения и индекс первапорационного разделения.