Ученые Томского политехнического университета разработали математическую модель, которая достоверно описывает испарение капель солевых растворов в камерах термического обезвреживания сточных вод. На их основе политехники вывели формулы для проектирования и настройки очистного оборудования. В будущем это позволит экономить энергию и ускорить процесс термической очистки воды.
Исследования поддержаны грантом Министерства науки и высшего образования (№ 075–15−2025–007). Результаты работы ученых опубликованы в журнале International Journal of Heat and Mass Transfer (Q1, IF: 5,8).
Нехватка пресной воды — одна из глобальных проблем. Для ее решения существует несколько методов, одним из которых является термический метод очистки воды. Он обеспечивает высокую эффективность с точки зрения удельного объема получаемой воды. Однако данный метод требует значительных энергозатрат.
Ученые Томского политеха разработали математическую модель, которая описывает, как происходит испарение воды из капель солевых растворов в камерах, используемых для термического опреснения. Она учитывает этапы кристаллизации соли в растворе и масштабирование на спрей.
Достоверность разработанной модели политехники проверили при сравнении с экспериментальными данными в процессе испарения водных растворов хлорида натрия, хлорида аммония и сульфата меди с массовыми концентрациями от 1 до 20%. Испытания проходили в условиях, приближенных к реальным камерам термического обезвреживания сточных вод.
Уникальность предложенной модели заключается в том, что ее алгоритмы масштабируются и позволяют описать поведение капель в зависимости от их взаимного расположения. Благодаря этому можно достоверно спрогнозировать время испарения капель в спрее и оценить энергетические затраты,
— отмечает один из авторов исследования, инженер-исследователь лаборатории тепломассопереноса ТПУ Анастасия Микулич.
На основе этих данных ученые вывели инженерные выражения для расчета времени испарения от концентрации примесей, температуры газа, которые можно использовать для проектирования и донастройки камер термического обезвреживания жидкостей.
«Во время тестирования нового подхода зафиксировано несколько важных закономерностей. В частности, при повышении концентрации антропогенной соли в объеме раствора требуется больше времени на испарение воды из него. А тип соли слабо влияет на время испарения воды из солевых растворов», — добавляет Анастасия Микулич.
По словам ученых, предложенный алгоритм позволит настраивать камеры термической очистки под конкретный состав загрязнений и особенности оборудования, что значительно ускорит процесс очистки воды и уменьшит расходы энергии.