Ученый КФУ совместно с коллегами из Университета Брайтона создал модель испарения многокомпонентных аэрозолей

 

Она позволит глубже изучить  процессы, связанные с загрязнением атмосферы Земли и механизмы воздействия аэрозолей на человека.  

Образование и поступление в атмосферу аэрозолей связано как с естественными источниками, так и с антропогенными. Наряду с однокомпонентными каплями, состоящими из одного вида жидкости, аэрозольные системы часто включают в себя многокомпонентные капли, состоящие из нескольких видов жидкости или жидкости и твердых включений. Многокомпонентные капли формируются в выбросах космических ракет-носителей и автомобилей, использующих многокомпонентные топлива. Лекарственные аэрозоли в фармацевтике также представляют собой многокомпонентные капли.

Заведующий кафедрой моделирования экологических систем Института экологии и природопользования, сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Вычислительные технологии и компьютерное моделирование» САЕ “Астровызов”, профессор  Казанского федерального университета Шамиль Зарипов вместе с учеными Университета Брайтона  (Великобритания) построил математическую модель испарения капель аэрозоля с малыми твердыми включениями. Работа проводилась в рамках совместного проекта по  гранту РФФИ – Королевского научного сообщества Великобритании. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Heat and Mass Transfer.

Основой для новой модели стали разработанные ранее профессором Университета Брайтона Сергеем Сажиным математические модели испарения однокомпонентных капель, описанные в его известной монографии Droplets and Sprays  .

Созданная международной группой ученых модель испарения многокомпонентных аэрозолей основана на аналитическом решении для уравнений теплопроводности и диффузии отдельных компонент капли внутри многокомпонентной сферической капли. Малые твердые частицы в среде испаряющейся жидкости интерпретируются как не испаряемая компонента двухкомпонентной капли.

Разработанная математическая модель включает описание трех основных процессов: нагрев капель, диффузия компонент внутри капель и испарение летучих компонент. Модель использована для анализа сушки спрея, состоящего из хитозана, растворенного в воде. Для капли с начальным радиусом 10 мкм и с начальными массовыми долями хитозана и воды равными 0.004 и 0.996 при температуре газа 393 К построены зависимости временной эволюции радиуса капли, температуры и массовых фракций компонент. После завершения процесса испарения капля превращается в сплошной шар радиусом 1.5 мкм.

Ученые отмечают, что  созданная ими математическая модель станет основой для будущих исследований в области испарения многокомпонентных капель.