Моделирование процессов переноса и динамики межфазных границ в высыхающих жидкостях, содержащих микро- и наночастицы

• Автор: Исакова, Ольга Петровна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Астрахань
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Оглавление

Введение. Общая характеристика работы .

Глава 1. Самоорганизация в высыхающих каплях многокомпонентных жидкостей эксперименты, модели, приложения .

1.1. Введение.

1.2. Квазиодномерные модели.

1.3. Двумерные модели.

1.4. Расчеты поля скоростей внутри испаряющейся на твердом

горизонтальном основании капли

1.5. Выводы.

Глава 2. Влияние режима испарения на пространственное перераспределение компонентов в испаряющейся капле жидкости на твердой горизонтальной подложке

2.1. Теоретический анализ.

2.2. Модельные законы, описывающие плотность потока пара над поверхностью жидкости
2.3. Результаты моделирования.
2.3.1. Плотность потока пара для тонкого диска . .
2.3.2. Плотность потока пара по Девису.
2.3.3. Плотность потока пара по Фишеру.
2.4. Выводы
Глава 3. Индуцированное испарением течение внутри цилиндрической ячейки
3.1. Течение внутри капли
3.1.1. Определение усредненной по высоте скорости с использованием закона сохранения вещества уравнения неразрывности.
3.1.2. Определение поля скоростей с использованием уравнения Лапласа
3.2. Выводы
Глава 4. Эволюция фазового фронта в высыхающей капле
коллоидной жидкости
4.1. Основные предположения
4.2. Описание модели.
4.2.1. Модель гладкой поверхности
4.2.2. Модификация модели гладкой поверхности
4.2.3. Модель постоянного угла
4.2.4. Модель, использующая предположения о форме поверхности вблизи границы зольгель
4.3. Выводы .
Глава 5. Моделирование пространственновременной динамики концентрации и эволюции формы высыхающей на горизонтальной подложке капли коллоида. Приложение к альбумину сыворотки крови человека .
5.1. Модель.
5.1.1. Основные положения модели
5.1.2. Параметры модели.
5.2. Результаты моделирования.
5.3. Выводы.
Заключение
Глава А.Численное решение обыкновенных дифференциальных уравнений
Глава В.Численный метод решения дифференциальных уравнений в частных производных параболического типа.
Глава С.Численное решение задачи с начальными условиями для уравнений параболического типа в среде программирования МАТЬАВ
Литература


V Всероссийская школа-семинар «Математическое моделирование и биомеханика в современном университете», пос. Дивноморское, 1—5 июня г. Международная конференция «Потоки и структуры в жидкостях: физика геосфер», - июня г. Москва. International Conference «Mathematical Modeling and Computational Physics», 7- July , Dubna. Международная конференция «Процессы самоорганизации в высыхающих каплях многокомпонентных жидкостей: эксперименты, теории, приложения», 3-6 мая г. Астрахань. Неделя науки Астраханского государственного университета - гг. Публикации по теме диссертации. Web of knowledge, Scopus и др. Личный вклад автора и роль соавторов. Основные результаты работы, основные расчеты, положения и выводы, выносимые на защиту, принадлежат лично соискателю. Роль соавторов заключается в следующем. Тарасевичу Ю. Ю. принадлежит постановка задач проводимых исследований и участие в разработке моделей. Водолазская И. В. принимала участие в проведении исследования влияния модельного закона испарения на гидродинамические течения внутри капли, испаряющейся в открытой цилиндрической ячейке [], кроме того ей принадлежит одно из предположений о форме капли вблизи фазовой границы золь-гель для модели, описанной в главе 4 [], а также идея применения «lubrication aproximation» и зависимости вязкости раствора от объемной доли коллоидных частиц в модели, представленной в главе 5 []. Савицкая (Авдеева) А. В. и Ко1щухов В. В. принимали участие в исследовании влияния характера испарения на перераспределение веществ в высыхающей капле многокомпонентной жидкости []. Абдель Латиф Сорур Мохамед принимал участие в расчетах течений внутри капли, испаряющейся в открытой цилиндрической ячейке []. Все соавторы принимали участие в обсуждении и интерпретации результатов. Связь с научными проектами. РФФИ 0-р_поволжье_а «Моделирование процессов переноса, фазовых переходов и самоорганизации в системах нано- и микрочастиц». Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, 3 приложений (А, В, С) и списка литературы из ИМ наименований. Объем диссертации — 0 страниц. Во введении формулируются цели и задачи исследования, обосновывается актуальность проблемы, указываются объекты и методы исследования, научная новизна, объясняется теоретическая и практическая значимость исследования, выявляется вклад соискателя в разработку проблемы, апробация работы, связь с научными проектами. В первой главе представлен аналитический обзор публикаций по направлению исследований процессов самоорганизации в высыхающих каплях. Во второй главе проанализировано влияние выбора модельного закона испарения на пространственное перераспределение веществ внутри высыхающей капли жидкости. В третьей главе представлены исследования влияния модельного закона испарения на гидродинамические течения внутри капли, испаряющейся в открытой цилиндрической ячейке. Для построения модели было учтено изменение формы капли вблизи фазовой границы золь-гель. В пятой главе предложена модель, позволяющая описывать динамику формы высыхающей сидячей капли коллоидного раствора. Модель отличается от предложенных ранее тем, что была учтена зависимость вязкости коллоидного раствора от концентрации коллоидных частиц. Основное внимание было сосредоточено только на второй стадии высыхания капли, когда на ее краю возникает твердая фаза (гель, стекло), система ст ановится двухфазной, происходит движение фазового фронта к центру капли. В заключении подводятся итоги исследования и формулируются положения, выносимые на защиту. В приложениях А, В и С описаны численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений с применением универсального математического пакета Мар1е и вычислительной среды МАТЬАВ. Аналитический обзор, представленный в данной главе, в основном опубликован соискателем в материалах 1 международной конференции «Процессы самоорганизации в высыхающих каплях многокомпонентных жидкостей: эксперименты, теории, приложения» []. Структуры, образующиеся при высыхании сидячих капель биологических жидкостей, привлекли внимание исследователей по крайней мере полвска назад [-].