Математические модели для проектирования композиционных материалов с барьерными свойствами

  • В. К. Гореленков ООО Научно-исследовательский институт эластомерных материалов и изделий (ООО «НИИЭМИ»), Москва, Россия
Ключевые слова: чрезвычайно опасные и высокоопасные вещества, полимерные и композиционные защитные материалы, барьерные свойства, тепло- массоперенос, математическое моделирование

Аннотация

Одним из важных направлений обеспечения химической безопасности являются разработка и совершенствование средств индивидуальной защиты для персонала химически опасных объектов и аварийно-спасательных подразделений МЧС. Современные средства индивидуальной защиты от опасных веществ выполняются на основе многослойных полимерных композиционных материалов с барьерными свойствами. Обоснована актуальность математического моделирования процессов тепломассопереноса при проектировании этих изделий и материалов для них, с учетом широкого набора воздействующих токсичных и агрессивных сред и различных по мощности и природе тепловых факторов. В статье представлен обзор математических моделей для описания тепло- и массопереноса через полимерные (в том числе композиционные) материалы, теплозащитные покрытия, поглощающие системы. Приведены наработанные к настоящему времени приемы решения входящих в них уравнений, которые успешно используются в смежных областях инженерной деятельности и могут быть рекомендованы для проектирования новых защитных материалов и покрытий.

Литература

State report “On the state of protection of the population and territories of the Russian Federation from natural and man-made emergencies in 2018”. М.: Ministry of Emergency Situations of Russia, 2019. 344 p. [in Russian]. http://docs.cntd.ru/document/902181800 (accessed: 20.11.2019).

Barrer R.M. Transient flow of gases in sorbents providing uniform capillary networks of molecular dimensions // Trans. Faraday Soc. 1949. V. 45. P. 358. DOI: https://doi.org/10.1039/TF9494500358.

Crank J. The Mathematic of Diffusion. Oxford: Clarendon Press, 1956. 384 p.

Lykov A.V., Mikhailov Yu.A. Theory of heat and mass transfer. М.: Gosenergoizdat, 1963. 535 p. [in Russian].

Grinberg G.A. // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. 1967. V. 31. No. 2. P. 393 [in Russian].

Lyubov B.Ya., Kartashov E.M. // Izvestiya vuzov. Ser. Fizika [Soviet physics journal]. 1970. No. 12. P. 97 [in Russian].

Hwang S.T., Kammermeyer K. Membranes in Separation Techniques of Chemistry. N.Y.: Wiley Interscience, 1975.

Sherwood T.K., Pigford R.L., Wilke C.R. Mass transfer. N.Y.: McGraw-Hill Inc., 1975.

Lyubov B.Ya., Yalovoy N.N. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 1959. V. 17. No. 4. P. 679 [in Russian].

Zubov L.I. et al. // Vysokomol. soed. Ser. А [Polymer Science. Series A]. 1980. V. 22. No. 6. P. 1347 [in Russian].

Rudobashta S.P., Kartashov E.M. Diffusion in chemical engineering processes. М.: Khimiya, 1993. 208 p. [in Russian].

Stepanov R.D., Shlenskii O.F. Strength calculations for plastic constructions working in liquid media. М.: Mashinostroyeniye, 1981. 136 p. [in Russian].

Chalykh A.E. Diffusion in polymer systems. М.: Khimiya, 1987. 321 p. [in Russian].

Kartashov E.M. Analytical methods in the theory of thermal conductivity of solids. Manual. 2 Ed. М.: Vysshaya shkola, 1985. 480 p. [in Russian].

Kartashov E.M. // Izvestiya AN SSSR. Ser. Energy eng. and transport [Thermal Engineering].1986. No. 6. P. 116 [in Russian].

Kartashov E.M. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2012. V. 85. No. 5. P. 1 [in Russian].

Bogdanova L.M., Irzhak V.I., Rozenberg B.A. // Vysokomol. soed. Ser. А [Polymer Science. Series A]. 1986. V. 28. No. 7. P. 1518 [in Russian].

Astarita G. Mass transfer with chemical reaction. Amsterdam, London: Elsevier, 1967.

Moiseev Yu.V., Zaikov G.E. Chemical stability of polymers in aggressive media. М.: Khimiya, 1979. 287 p. [in Russian].

Zaikov G.E., Iordanskiy A.L., Markelov V.S. Diffusion of electrolytes in polymers. М.: Химия, 1984. 240 p. [in Russian].

Lykov A.V. // Izvestiya AN SSSR. Ser. Energy eng. and transport [Thermal Engineering]. 1969. No. 2. P. 3 [in Russian].

Peterlin A.J. // Separ. Sci. Technol. 1979. V. 14. No. 9. P. 239.

Crank J. The Mathematics of Diffusion. 2nd Ed. London: Oxford University Press, 1985.

Lykov A.V. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 1965. V. 9. No. 3. P. 287 [in Russian].

Soloviev I.A. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 1981. V. 40. No. 2. P. 373 [in Russian].

Kudinov V.A., Kudinov I.V. // High Temperature. 2013. V. 51. P. 268. DOI: 10.1134/S0018151X1204013X.

Kosenko R.Yu., Iordanskiy A.L., Zaikov G.E. // Vysokomol. soed. Ser. А [Polymer Science. Series A]. 1986. V. 28. No. 4. P. 878 [in Russian].

Polyshchuk A.I. et al. // Vysokomol. soed. Ser. А [Polymer Science. Series A]. 1988. V. 30. No. 5. P. 1023 [in Russian].

Kartashov E.M. Analytical methods in the theory of thermal conductivity of solids. М.: Vysshaya shkola, 2001. 540 p. [in Russian].

Kartashov E.M. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics 2001. V. 74. No. 2. P. 171 [in Russian].

Kudinov V.A., Kartashov E.M., Kalashnikov V.V. Analytical solutions to the problems of heat and mass transfer and thermoelasticity for multilayer structures. М.: Vysshaya shkola, 2005. 432 p. [in Russian].

Rudobashta S.P., Kartashov E.M. Diffusion in chemical engineering processes. М.: Kolos, 2010. 480 p. [in Russian].

Kartashov E.M. Extended abstract of doctor. sci. (Phys. And Math..) dissertation. L., 1982 [in Russian].

Troitskiy G.V. In.: Electrophoretic methods of protein analysis. Novosibirsk: Nauka, 1981. P. 10 [in Russian].

Trofimov N.I., Kanovich M.Z., Kartashov E.M et al. Physics of composites. М.: Mir, 2005. V. 1. 456 p. [in Russian].

Kartashov E.M., Bartenev G.M. Dynamic effects in solids under conditions of interaction with intense energy flows. // Itogi nauki i tekhniki. Ser. Khimiya i tekhn. vysokomol. soed. [Sci. techn. findings. Ser. Polymers]. М.: VINITI,1988. V. 25. P. 3. [in Russian].

Kartasov E.M., Remizov O.I. // Izvestiya vuzov. Ser. Energetika [Bulletin of higher ed. inst. Ser. Energ. Eng.]. 2004. No. 1. P. 62 [in Russian].

Manin V.N., Gromov A.H. Physico-chemical resistance of polymeric materials under operating conditions. L.: Khimiya, 1980. 248 p. [in Russian].

Kudinov V.A., Kudinov I.V. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2011. V. 84. No. 5. P. 1065 [in Russian].

Aleksashenko A.A., Komarov Yu.A., Molchadskii I.S. Heat and mass transfer in fire conditions. М.: Stroiizdat, 1982.175 p. [in Russian].

Kartashov E.M., Krotov G.S. // Mathematical modeling. 2008. V. 29. No. 3. P. 77 [in Russian].

Kokotov Yu.A., Zolotarev P.P., El’kin G.E. Theoretical basis of ion exchange. Complex ion exchange systems. L.: Khimiya, 1986. 280 p. [in Russian].

Vasenin R.M. // Vysokomol. soed. [Polymer Science].1960. V. 2. No. 8. P. 857 [in Russian].

Timofeev D.P. Kinetics of adsorption. М.: Izd. AN SSSR, 1962 [in Russian].

Long F.A., Richman D. Concentration Gradients for Diffusion of Vapors in Glassy Polymers and their Relation to Time Dependent Diffusion Phenomena // J. Am. Chem. Soc. 1960. V. 82. No. 3. P. 513. DOI: https://doi.org/10.1021/ja01488a002.

Kishimoto A., Kitahara T. Differential permeation and absorption. J. Polym. Sci. P. A-1. Polym Chem. 1967. V. 5. No. 8. P. 2147. DOI: https://doi.org/10.1002/pol.1967.150050830.

Derachits N.A. // Proceedings of 5 All-Union Meeting Carbon sorbents and their application in industry. Perm, 1991 [in Russian].

Nikolaev N.I. Diffusion in membranes. М.: Khimiya, 1980. 232 p. [in Russian].

Raichenko A.I. Mathematical theory of diffusion in applications. Kiev: Naukova dumka, 1981. 395 p. [in Russian].

Popov A.M. et al. In: Issues of combustion and quenching of polymeric materials in oxygen-enriched materials. Issue 2. М.: VNIIPO, 1977 [in Russian].

Sergeev G.G. Foundations of heat and mass transfer in reactive media. Minsk: Nauka i tekhnika, 1977. 232 p. [in Russian].

Kartashov E.M., Parton V.Z. Dynamic thermoelasticity and thermal shock problems // Itogi nauki i tekhniki. Ser. mekh. deform. tv. tela. [Sci. techn. findings. Ser. Mechanics deform. solids]. М.: VINITI, 1991. V. 22. P. 55 [in Russian].

Chalykh A.E., Babaevskii P.G. Porous polymeric materials. Structure, hygroscopicity, permeability. М.: Legk. pishch. prom., 1982. 35 p. [in Russian].

Reitlinger S.A. Permeability of polymeric materials. М.: Khimiya, 1974. 268 p. [in Russian].

Опубликован
2019-12-26
Как цитировать
Гореленков, В. К. (2019). Математические модели для проектирования композиционных материалов с барьерными свойствами. Химическая безопасность, 3(2), 20 - 36. https://doi.org/10.25514/CHS.2019.2.16011
Раздел
Моделирование химических и экологических процессов