High-performance intellectual information technologies for the study of filtration systems in different-sized nanoporous particles media

Abstract

Запропоновано інформаційну технологію дослідження нанопористих систем фільтрації, що базується на раніше розробленій феноменологічній моделі двофазного та дворівневого транспорту «нанофільтрація-консолідація» в системі «міжчастковий простір – нанопористі частинки», який враховує складний зворотний зв’язок-взаємодію внутрішнього потоку адсорбованої речовини з нанопор сферичних частинок і масового потоку речовини, що знаходиться в міжчастковому просторі. Нанопористе середовище розглядається як багаторівнева пориста система з міжчастинковими та внутрішньочастинковими мережами пор і каналів, що використовуються в якості траспортних потоків для рідини. В свою чергу, частинки середовища містять рідину з різних хімічних компонентів, та утворюють нанопористий шар, що піддається одновимірному стисненню. Частиники розділені пористою мембраною. Шар частинок вважається двопористим середовищем: системи макропор у міжчастинковому просторі та системи нанопор у внутрішньочастинкових просторах, яка включає два підпростори частинок різного розміру. На етапі числового моделювання розроблено спеціальний програмний комплекс для дослідження внутрішньої кінетики процесів фільтрації в середовищах з різнорозмірними нанопористими частинками. Програмне забезпечення створено з використанням сучасного підходу до розроблення програмного забезпечення та з урахуванням найкращих практик програмної інженерії. Результати проведеного чисельного моделювання показують сповільнене падіння тиску у внутрішньочастинковій мережі та уповільнення кінетики консолідації для сеоедовищ з різнорозмірними нанопористими частинками. В рамках наукоємних інформаційних технологій для дослідження процесів фільтрації в середовищах з різнорозмірними нанопористими частинками на основі описаної математичної моделі побудовано спеціальний програмний комплекс. Основними цілями розроблення такого комплексу були можливість швидкого вивчення процесів фільтрації для науковців, можливість роботи на будь-яких сучасних платформах, високопродуктивне чисельне моделювання та зручний користувацький інтерфейс. Використання сучасних практик розроблення програмного забезпечення дозволило розробити архітектуру програмного забезпечення, яку можна легко розширити або вдосконалити в майбутньому з можливістю додавання покращень або нового функціоналу.

In the paper, the technologies for the high-performance intellectual nanoporous filtration systems based on the mathematical model of the two-level transport «filtration-consolidation» in the system of nanopores in two intraparticle spaces, which includes two subspaces of different-sized nanoporous particles are developed.