Метод молекулярной динамики для математического моделирования массопереноса и оптимизации процессов разделения смесей в нанопорах анодного оксида алюминия

• Автор: Чан Хыу Куе
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 232 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Классификация мембран
1.2 Получение мембран на основе анодного оксида алюминия
1.3 Механизмы переноса газа через пористые мембраны
1.4 Метод молекулярной динамики для описания массопереноса в поре мембраны
1.5 Экспериментальные исследования по изучению массопереноса (газопроницаемости, фактора разделения) в пористых мембранах анодного оксида алюминия
1.6 Экспериментальные исследования по разделению газовых смесей
1.7 Применение технологии С1ГОА для организации параллельных 46 расчетов
1.8 Выводы по главе 1 и постановка задачи исследований диссертационной работы
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО РАЗДЕЛЕНИЮ И ПРОНИЦАЕМОСТИ ШИРОКОГО СПЕКТРА ГАЗОВ НА ПОРИСТЫХ МЕМБРАНАХ АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ОКСИДА ТИТАНА
2.1 Экспериментальная установка для измерения высокотемпературной газопроницаемости мембран
2.2 Исследование газопроницаемости мембран
2.3 Исследование фактора разделения
Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ, АЛГОРИТМОВ И СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЯВЛЕНИЙ МАССОПЕРЕНОСА В ПОРЕ НА ОСНОВЕ МЕТОДА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
3.1 Основные положения математического описания
3.2 Описание движения частиц в поре
3.3 Описание движения частиц в поре с использованием потенциала взаимодействия Леннарда-Джоиса
3.4 Определение коэффициента диффузии
3.5 Учет многокомпонентное модели, определение фактора разделения
3.6 Описание хранилища частиц
3.7 Алгоритм сортировки частиц
3.8 Разработка алгоритма параллельных вычислений
3.9 Алгоритмы проверки соударений частиц со стенкой, друг с другом, расчета сил взаимодействия
3.10 Разработка общей блок-схемы алгоритма
3.11 Определение количества итераций для расчета установления коэффициента диффузии
3.12 Ускорение счета процесса массопереноса в поре с числом молекул -200 ООО в зависимости от модели вычислительных видеокарт Т4УГО1А
на основе графических процессоров с архитектурой С1ГОА
3.13 Описание программного комплекса для моделирования
массопереноса в поре мембраны методом молекулярной динамики
Выводы по главе
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА В ПОРАХ АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ
4.1 Математическое моделирование массопереноса одиокомпонентпых газов в папопорах (с размерами: диаметр пор 2-40 нм, длина 2-20 мкм) в

условиях кнудсеновской диффузии. Расчет коэффициентов диффузии
4.1.1 Зависимость коэффициента диффузии аргона от параметров: размеров поры, температуры, давления
4.1.2 Зависимость коэффициента диффузии водорода от параметров: размеров поры, температуры, давления
4.1.3 Зависимость коэффициента диффузии метана от параметров: размеров поры, температуры, давления
4.1.4 Исследование вида функциональной зависимости коэффициентов диффузии газов от М'0,
Выводы по разделу 4.
4.2 Математическое моделирование массопереноса в пористых мембранах анодного оксида алюминия (с размерами: диаметр пор 3-110 нм, длина 3-140 мкм). Расчет коэффициента диффузии, проницаемости в зависимости от молекулярных весов газов, температуры
4.2.1 Взаимосвязь коэффициента диффузии и проницаемости
4.2.2 Получение расчетных зависимостей для проницаемости анодного оксида алюминия и коэффициента диффузии от температуры для газов Не, № в порах с размерами: диаметр 110 нм, длина 140 мкм
4.2.3 Математическое моделирование массопереноса
однокомпонентных газов в порах мембраны анодного оксида алюминия с размерами: диаметр 64 нм, длина 23 мкм, при давлении
0,1 атм и температуры 298 К
4.2.4 Математическое моделирование массопереноса
однокомпопентных газов СО?, Аг, N2, СН4, Не, Н2 в порах мембраны анодного оксида алюминия с размерами: диаметр 3 нм, длина 100 мкм, при давлении 0,04 атм и температуре 773 К
4.2.5 Математическое моделирование массопереноса в нанопорах мембран оксида алюминия с учетом нелинейного эффекта давления..
Выводы по разделу 4.

при комнатной температуре. Далее, остаточный МААС обжигали при температуре 873 К в течение 2 ч в воздухе.
Микроструктура МААС была изучена при помощи просвечивающей электронной микроскопии (JEM-2010, JOEL, Ltd., Tokyo, Япония), работающей при напряжении 200 кВ. Распределение размеров пор МААС определялось с помощью сорбционного анализа по N2 (Autosorb-1, Quantachorme/Yuasa Ionics, Ltd., Osaka, Япония).
Поведение проницаемости газа определялось с помощью «time-lag» метода [91], так называемый манометрический метод постоянного объема, как показано на рисунке 1.15 [90]. Проницаемости газов С02, Ar, СО, N2, СН4, Не, Н2 были измерены по отдельности при температурах вплоть до 773 К.
Рисунок 1.15 - Экспериментальная установка для измерения проницаемости газов в мембране на основе манометрического метода постоянного объема
Скорость потока питающего газа при подаче контролировались с помощью регулятора массового расхода, со стороны подачи поддерживалось атмосферное давление. Напротив, со стороны пермеата (газопровод и буферная емкость объемом 3-Ю 4 м3) поддерживался вакуум (абсолютно разреженное состояние) при температуре 323 К, после чего запорный клапан закрывался,