Ученые Томского политехнического университета представили новую аналитическую модель, которая предсказывает поведение бинарных капель при спрейном распылении. Разработка выполнена совместно с коллегами из Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе и Университета Бергамо при поддержке Российского научного фонда.
Новая модель уникальна тем, что она учитывает сопряженный тепломассоперенос не только в окружающем газе, но и внутри самой капли, состоящей из двух компонентов. Традиционные подходы чаще всего рассматривали упрощенные случаи монокомпонентных или однородно прогретых капель, что не позволяло достоверно прогнозировать поведение сложных микрокапель в условиях нестационарного теплового потока и влажного газа. Подобные условия характерны для движения аэрозолей в дыхательных путях человека. Понимание этих процессов является ключевым для совершенствования методов ингаляционной терапии.
Как поясняет один из авторов модели, руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Антонов, разработанный подход позволяет предсказывать динамику изменения радиуса бинарной капли во времени при ее нагреве и испарении.
Разработанный подход позволяет моделировать прогресс и испарение бинарных капель в условиях, приближенных к движению аэрозолей в дыхательных путях. Метод прогнозирует изменение радиуса капли во времени, а также распределение температуры и концентрации компонентов внутри нее. Эта возможность крайне важна для точной доставки лекарственных средств с заданным составом в целевые участки дыхательной системы.
Для проверки точности моделирования ученые сравнили полученные данные с результатами экспериментов по нагреву и испарению бинарных капель, состоящих из воды и этанола. Сопоставление подтвердило эффективность подхода. В перспективе разработка томских политехников может лечь в основу более эффективных алгоритмов для адресной доставки лекарств.
Ранее в Томском политехе разработали катализатор для переработки углекислого газа и метана.
