Аспирант физико-технического факультета Томского госуниверситета Роман Турубаев при поддержке гранта РФФИ разрабатывает модель двухфазного турбулентного закрученного течения в комбинированном аппарате порошковой технологии. Это позволит в том числе усовершенствовать способ производства материалов для 3D-принтеров, обеспечив однородность частиц сырья для печати.

Мелкодисперсные порошки с заданными размерами нашли широкое применение в 3D-печати, где всё строится по принципу наслоения. Из-за небольшого размера частиц слои можно делать очень тонкими, это позволяет напечатать объекты сложной формы. Однако разница в размере частиц может привести к тому, что слои будут получаться неоднородными и, как следствие, снизится качество готового продукта. Поэтому важно, чтобы частицы были не только мелкими, но и однородными.

— Важно также, чтобы производство сырья было экологичным. Сейчас установок, обеспечивающих это, достаточно мало, и при этом вопрос разделения по размерам для них остается нерешенным. Один из таких аппаратов есть в НИИ ПММ ТГУ, но у него не очень высокая эффективность. Мы решили это исправить. Раньше можно было получить X грамм порошка заданного размера за определенное время, а с нашим вариантом получается сделать это быстрее, — рассказал Роман Турубаев.

Повысить эффективность классификации порошков решили за счет модификации лопаток ротора. Само устройство сконструировано таким образом, что частицы проходят два этапа сепарации. Сначала они запускаются снизу из трубки и за счет аэродинамической силы огибают вращающийся отбивной диск. Если частица слишком большая, то по инерции она летит прямо, ударяется о диск и падает вниз для повторного измельчения. Легкие частицы попадут в верхнюю часть, где вращающийся ротор обеспечивает второй этап сепарации.

— Проблема в том, что когда подлетают легкие частицы – они неравномерно распределяются по высоте ротора и скапливаются в верхней части камеры. Было предположение, что можно выровнять распределение частиц за счет изменения формы лопаток ротора с прямоугольной на трапецеидальную. Так ротор приобретает трапециевидную форму, за счет чего частицы равномерно распределяются, и как следствие, процесс сепарации происходит эффективней, — пояснил Роман Турубаев.

Чтобы убедиться в эффективности этой геометрии, молодой ученый провел два этапа расчетов: расчет аэродинамики (как течет газ, который поднимает частицы вверх) и расчет траектории частиц. Была написана программа, где учтены случайные колебания, которые могут быть у частицы. Затем, чтобы избежать трудозатратных экспериментов, рассчитали поведение частиц в новом роторе в условиях ламинарности.

experiment-rsu.png

— Минусы экспериментов в том, что на это требуются ресурсы — как человеческие, временные, так и денежные. Сейчас с ростом вычислительной мощности машин всё это можно моделировать. Пишется программа, которая численно решает дифференциальные уравнения, а в результате мы понимаем, будет ли работать та или иная задумка, — добавил Роман Турубаев.

На данном этапе отлаживается решение турбулентной задачи, где процессы максимально приближены к реальности, а по результатам исследования приняты к печати две научные статьи. Также предстоит построить кривые эффективности и оформить патент для дальнейшего внедрения технологии в производство. Как только расчеты будут завершены, новую модель можно будет использовать как для совершенствования существующих аппаратов, так и для создания устройств нового типа.

— Наше исследование позволяет получить мелкие порошки фиксированного размера экологически чистым путем. Используя их, можно изготовить качественные материалы, которые лежат в основе очень большого количества изделий. Например, в атомной, химической, фармацевтической промышленности, авиации или машиностроении. Будь то таблетка, автомобиль или ракета — необходимо иметь хорошие материалы с микрокристаллической, наноразмерной структурой, которая, в свою очередь, позволяет значительно повысить физико-механические и функциональные свойства изделий, — подытожил Роман Турубаев.​

Похожие новости

  • 01/04/2021

    3D-печать, нейросети и наноматериалы для «Новой медицины»

    ​Нейросети, 3D-печать имплантатов, доставка лекарств с помощью наноматериалов – об этом вы узнаете в заключительной, третьей части обзора уникальных исследований и технологий университетов Проекта 5-100 по направлению «Новая медицина».
    293
  • 27/04/2021

    В ТГУ придумали, как за 2 часа рассчитать процессы в двигателе ракеты

    ​Аспирант физико-технического факультета Томского государственного университета Александр Кирюшкин совместно с профессором кафедры математической физики ФТФ ТГУ Леонидом Миньковым усовершенствовал алгоритм расчета внутрикамерных процессов в ракетных двигателях, существенно увеличив его точность и сократив время работы до 2-х часов.
    269
  • 03/02/2021

    Программа мероприятий, посвященных Дню российской науки

    ​Ежегодно 8 февраля российское научное сообщество отмечает свой профессиональный праздник — День российской науки. ​ По традиции к этой дате в институтах и вузах, находящихся под научно-методическим руководством Сибирского отделения РАН, приурочены научно-популярные мероприятия: дни открытых дверей, экскурсии, лекции и так далее.
    1499
  • 13/08/2020

    РФФИ поддержал 29 проектов аспирантов ТПУ

    ​Томские политехники подали на конкурс более 40 заявок, поддержку получили 29 проектов. Среди них, например, исследование «Процессы смачивания и испарения капель жидкостей с полированных и обработанных лазерными импульсами поверхностей алюминиевого сплава» аспирантки Инженерной школы энергетики Ксении Батищевой.
    335
  • 15/04/2021

    Гиперзвуковые двигатели на полимерах: новая ступень развития авиации

    Аспирант физико-технического факультета ТГУ Надежда Скибина при поддержке РФФИ проводит исследование процессов, протекающих при работе прямоточного воздушно-реактивного двигателя со сверхзвуковым течением окислителя в камере сгорания.
    511
  • 04/03/2021

    Сотрудниками ТУСУРа получено первое в 2021 году решение о выдаче патента

    24 февраля принято решение о выдаче патента на изобретение «Способ трассировки проводников модального фильтра с круговым сечением» (заявка № 2020130252). Авторы проекта – А. О. Белоусов, Т. Р.
    335
  • 18/11/2019

    Учёные ТГУ стали «Золотыми именами высшей школы» России

    ​Завкафедрой теоретической механики ММФ, заведующий научно-исследовательской лабораторией моделирования процессов конвективного тепломассопереноса Михаил Шеремет и научный сотрудник ММФ, доцент кафедры теоретической механики Надежда Бондарева вошли в число победителей проекта «Золотые имена высшей школы».
    967
  • 29/12/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: добыча высоковязкой нефти и солнечная энергия для Якутии

    ​​​​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за ноябрь и декабрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 70, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 6,182.
    579
  • 13/04/2021

    Изобретение сотрудников ТУСУРа позволит защитить радиоэлектронную аппаратуру от сверхкоротких импульсов

    Сотрудники кафедры телевидения и управления ТУСУРа (заведующий кафедрой Тальгат Газизов и ассистент кафедры Антон Белоусов) предложили переосмысление традиционной реализации модальных фильтров (МФ) в сторону их исполнения в виде кабелей, в которых требования к «длине» итогового устройства будут мягче ввиду его гибкости.
    335
  • 17/08/2020

    Аспиранты сибирских вузов – победители конкурса РФФИ: НГАУ, ТГУ, ИРНИТУ

    Аспиранты сибирских вузов получили гранты за лучшие проекты фундаментальных научных исследований. РФФИ на основании решения бюро совета Фонда (протокол № 10(237) от 06.08.2020) публикует списки поддержанных проектов по конкурсу на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемые молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре («Аспиранты»).
    762