Развитие научных основ теплофизики структурно-фазовых и физико-химических превращений в микроразмерных системах

Предлагаемый проект направлен на развитие научных основ теплофизики структурно-фазовых и физико-химических превращений в микроразмерных системах, повышение эффективности и разработку новых энергетических технологий, научное обоснование цифровых двойников. Целью исследования является экспериментальное установление фундаментальных закономерностей взаимосвязи гидродинамических, диффузионных и тепловых процессов, создание математических моделей, проведение численных исследований и разработка методов управления структурно-фазовыми и физико-химическими превращениями в микроразмерных системах. Выполняемые исследования направлены на установление закономерностей теплообмена при фазовых превращениях в высококомпактном оборудовании, газожидкостных и двухжидкостных течений в микроканалах, многомасштабных течений в пористых средах применительно к разработке тепловых и гидродинамических методов добычи трудноизвлекаемой нефти. Будут выявлены закономерности, разработаны методы расчета и управления структурно-фазовыми превращениями в микроразмерных системах, установлено взаимное влияние процессов структурообразования и теплообмена при кипении однокомпонентного и смесевого теплоносителя в условиях вынужденной конвекции в микроканалах и при кавитации вследствие падения давления по длине щелевого канала. При выполнении работ будут использованы перспективные углеводородные теплоносители с низким потенциалом глобального потепления и вода. Выполняемые исследования направлены на установление характеристик теплообмена и структурообразования при фазовых переходах в спиральновитых и пластинчато-ребристых компактных теплообменниках, предназначенных для систем сжижения природного газа. Будут разработаны и применены новые бесконтактные оптические методы для диагностики однофазных и двухфазных течений в микроканалах, включающие корреляционные подходы и методы слежения за частицами, проведена адаптация методики лазерной индуцированной флуоресценции для измерения поля концентрации с микронным разрешением и волновых характеристик газожидкостного течения. Будут установлены закономерности структурообразования при формировании податливых покрытий на основе микро- и наноматериалов, предназначенных для управления ламинарно-турбулентным переходом и снижения гидродинамического трения для макромасштабных объектов, и установлены их свойства. Будут разработаны математические модели течения высококонцентрированных суспензий, обосновано применение микродисперсных композитных топлив, предназначенных для утилизации низкокалорийных отходов в нетрадиционной энергетике, выполнены исследования изменения структуры суспензий и эмульсий с добавками угольного топлива при высокоэнергетическом кавитационном воздействии в проточных камерах. Экспериментально будут установлены закономерности высокотемпературных физико-химических процессов при термохимических реакциях паровой, автотермальной конверсии метана, углеводородов и биогаза в микрореакторах-теплообменниках водородной энергетики, основанных на применении каталитических комплексов нового поколения, направленные на разработку энергоэффективных процессов получения синтез-газа и водорода в водородной энергетике и синтеза Фишера-Тропша для получения высокомолекулярных углеводородов.