Abstract—

This paper considers modeling the processes of cleaning air from finely dispersed solid contaminants clustered in the form of nanoparticles. The purification technology chosen for the study involves the use of a system consisting of nanofilters and sorbents. Both cleaning methods used in it are currently in high demand and are often combined in appropriate devices. The first cleaning method using nanofilters ensures a high purification quality. However, this method is expensive as it requires frequent replacement of the filter elements (membranes) and the disposal of these elements. The second method of cleaning with sorbents gives a relatively low quality of cleaning but enables multiply repeated a purification procedure after washing the sorbent with special liquids. The optimization of air cleaning devices using nanofilters and sorbents requires a detailed investigation of the processes occurring in the cleaning system. The proposed study addresses part of the problem associated with the passage of an air flow containing solid contaminant nanoparticles through a layer of granular sorbent. For this purpose, a multiscale mathematical model, a numerical algorithm, and a parallel implementation of the model on a macroscopic scale have been developed. The novelty of the approach consists in the use of a quasigasdynamic model for describing the flow in the absorbing layer and in the proposed multiscale formulation of the problem. The preliminary calculations based on the macromodel showed the efficiency of the proposed approach.

中文翻译：

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气体净化过程的多尺度模拟

摘要—

本文考虑对从以纳米颗粒形式聚集的细分散固体污染物中净化空气的过程进行建模。选择用于研究的纯化技术涉及使用由纳米过滤器和吸附剂组成的系统。当前，对其中使用的两种清洁方法都有很高的要求，并且通常将它们组合在适当的设备中。使用纳米过滤器的第一种清洁方法可确保较高的净化质量。然而，该方法是昂贵的，因为它需要频繁地更换过滤器元件（膜）并处置这些元件。用吸附剂清洁的第二种方法产生的清洁质量相对较低，但是在用特殊液体洗涤吸附剂之后，可以多次重复进行纯化程序。使用纳米过滤器和吸附剂对空气净化设备进行优化需要对清洁系统中发生的过程进行详细研究。拟议的研究解决了与包含固体污染物纳米颗粒的气流通过颗粒状吸附剂层有关的部分问题。为此，已经开发了多尺度数学模型，数值算法以及该模型在宏观尺度上的并行实现。该方法的新颖之处在于使用拟动力学模型来描述吸收层中的流动以及提出的多尺度问题描述。基于宏模型的初步计算表明了该方法的有效性。拟议的研究解决了与包含固体污染物纳米颗粒的气流通过颗粒状吸附剂层有关的部分问题。为此，已经开发了多尺度数学模型，数值算法以及该模型在宏观尺度上的并行实现。该方法的新颖之处在于使用拟动力学模型来描述吸收层中的流动以及提出的多尺度问题描述。基于宏模型的初步计算表明了该方法的有效性。拟议的研究解决了与包含固体污染物纳米颗粒的气流通过颗粒状吸附剂层有关的部分问题。为此，已经开发了多尺度数学模型，数值算法以及该模型在宏观尺度上的并行实现。该方法的新颖之处在于使用拟动力学模型来描述吸收层中的流动以及提出的多尺度问题描述。基于宏模型的初步计算表明了该方法的有效性。并且已经开发了该模型在宏观规模上的并行实现。该方法的新颖之处在于使用拟动力学模型来描述吸收层中的流动以及提出的多尺度问题描述。基于宏模型的初步计算表明了该方法的有效性。并且已经开发了该模型在宏观尺度上的并行实现。该方法的新颖之处在于使用拟动力学模型来描述吸收层中的流动以及提出的多尺度问题描述。基于宏模型的初步计算表明了该方法的有效性。