Математическое моделирование физико-химических процессов в пористых средах при решении задач создания нанокомпозиционных материалов и влагонаполнения

Введение. Сложность и трудоемкость системных экспериментальных исследований физико-химических процессов в объеме и на поверхности раздела фаз пористой среды определяют необходимость применения математического моделирования. Это позволяет не только выявить и исследовать определяющие физико-химические процессы в пористой среде, но и решать задачи оптимизации и оптимального управления процессами и режимами посредством выбора наиболее благоприятных условий. Материалы и методы. Методом математического моделирования исследуются физико-химические процессы: 1) создание композиционных и нанокомпозиционных материалов; 2) увлажнение пористых материалов; 3) влагопоглощение в пористых материалах. Пористый материал рассматривается как псевдооднородная среда с усредненными физическими и технологическими параметрами. Результаты. Для всех рассматриваемых задач разработаны математические модели и сформулированы краевые условия для расчета распределения физико-химических процессов в объеме пористой среды. Для каждой конкретной задачи и каждого конкретного материала определяются физические и эффективные константы. Исследуются физико-химические процессы в пористой среде при металлизации углеграфитового волокнистого материала, увлажнении компактно сформированного текстильного материала принудительным потоком кондиционированного воздуха и процессы поглощения влаги пористыми строительными материалами. Обсуждение. Обсуждается адекватность математических моделей реальным физико-химическим процессам. Сравниваются результаты расчетов, полученных по моделирующим уравнениям, реализованным в виде компьютерных вычислительных алгоритмов и экспериментов. Выводы. Установлено, что приведенный метод математического моделирования и полученные зависимости являются эффективным инструментом для исследования процессов распределения физико-химических реакций в пористой среде и могут быть использованы для теоретических исследований закономерностей и для расчета оптимальных значений технологических параметров. Показана работоспособность использования математических методов для определения эффективных технологических режимов металлизации углеграфитового волокнистого материала.