Многомасштабное моделирование процессов очистки газа

Abstract

Рассматривается проблема моделирования процессов очистки воздушной среды от мелкодисперсных твердых загрязняющих примесей, кластеризованных в виде наночастиц. Выбранная для исследования технология очистки предполагает применение системы, состоящей из нанофильтров и сорбентов. Оба используемых в ней способа очистки являются в настоящее время весьма востребованными и часто комбинируются в соответствующих устройствах. Первый способ очистки с помощью нанофильтров позволяет получить высокое качество последней. Однако этот способ является дорогостоящим вследствие необходимости частой замены фильтрующих элементов (мембран) и к тому же требует утилизации этих элементов. Второй способ очистки с помощью сорбентов дает относительно низкое качество очистки, однако позволяет проводить последнюю многократно после промывки сорбента специальными жидкостями. Для оптимизации устройств воздушной очистки, использующих нанофильтры и сорбенты, необходимо детальное исследование протекающих в системе очистки процессов. В предлагаемом исследовании рассматривается часть проблемы, связанная с прохождением воздушного потока, содержащего твердые наночастицы загрязнителя, через слой гранулированного сорбента. Для этого разработаны многомасштабная математическая модель, численный алгоритм и параллельная реализация модели на макроскопическом масштабе. Новизна подхода связана с использованием квазигазодинамической модели для описания течения в сорбирующем слое, а также с предложенной многомасштабной постановкой задачи. Предварительные расчеты на основе макромодели показали работоспособность предложенного подхода.