<div>
	Моделирование процессов переноса излучения в газожидкостных пенах</div>

Исаева Анна Андреевна, Исаева Елена Андреевна , Пантюков Алексей Викторович

doi:10.17586/2226-1494-2022-22-6-1197-1204

2022 , ТОМ 22, НОМЕР 6 ( ноябрь-декабрь )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-6-1197-1204

УДК 535.3, 519.85

Моделирование процессов переноса излучения в газожидкостных пенах

Исаева А.А., Исаева Е.А., Пантюков А.В.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Исаева А.А., Исаева Е.А., Пантюков А.В. Моделирование процессов переноса излучения в газожидкостных пенах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 6. С. 1197–1204. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-6-1197-1204

Аннотация

Предмет исследования. Представлены результаты численного моделирования процесса переноса излучения в газожидкостных пенах. Для исследования переноса зондирующего излучения в газожидкостных пеноподобных средах на различных этапах старения предложен метод численного моделирования Монте-Карло. Для учета переотражения на границах раздела двух фаз применена методика на основе формул Френеля. Метод. В качестве модельной среды рассмотрены ячеистые структуры Кельвина, имитирующие газовые пузырьки в жидкой матрице в процессе старения (coarsening), представляющем переход пеноподобной среды от «влажной» к «сухой». Подобный переход для изолированной системы обусловлен медленным стеканием жидкости по стенкам газовых ячеек и каналам Плато–Гиббса вследствие влияния гравитационной силы. В процессе эволюции происходит уменьшение объемной доли жидкой фазы и увеличение среднего размера газовых ячеек пеноподобной среды. Трехмерная ячеистая структура на разных этапах эволюции представлена как система плотноупакованных упорядоченных сфер или тетрадекаэдров различных геометрических размеров в зависимости от длительности процесса старения. Основные результаты. На основе численного моделирования методом Монте-Карло и формул Френеля получены значения коэффициентов пропускания и обратного рассеяния зондирующего излучения для газожидкостной пены. Полученные результаты хорошо коррелируют со спектрометрическими измерениями вспененной жидкости производства Gillete (Gillete shaving cream). Приведен анализ влияния фактора анизотропии среды на среднюю оптическую длину зондирующего излучения. Практическая значимость. Разработка теоретических подходов к диагностике двухфазных пеноподобных материалов позволит оптимизировать синтез вспененных материалов с заданными реологическими и структурными свойствами и повысить эффективность оценки функциональных параметров подобных материалов.

Ключевые слова: газожидкостные пены, ячейка Кельвина, коэффициент пропускания, метод Монте-Карло, формулы Френеля

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 21-79-00051).

Список литературы

Li N., Fu Y., Lu Q., Xiao C. Microstructure and performance of a porous polymer membrane with a copper nano-layer using vapor-induced phase separation combined with magnetron sputtering // Polymers. 2017. V. 9. N 10. P. 524–527. https://doi.org/10.3390/polym9100524
Poh P.S.P., Chhaya M.P., Wunner F.M., De-Juan-Pardo E.M., Schilling A.F., Schantz J.-T., van Griensven M., Hutmacher D.W. Polylactides in additive biomanufacturing // Advanced Drug Delivery Reviews. 2016. V. 107. P. 228–246. https://doi.org/10.1016/j.addr.2016.07.006
ZimnyakovD.A., YuvchenkoS.A., Isaeva A.A., Isaeva E.A., Tsypin D.V. Growth/collapse kinetics of the surface bubbles in fresh constrained foams: transition to self-similar evolution // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019. V. 579. P. 123693. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123693
HollisterS.J.Porous scaffold design for tissue engineering // Nature Materials. 2005. V. 4. N 7. P. 518–524. https://doi.org/10.1038/nmat1421
Садовой М.А., Ларионов П.М., Самохин А.Г., Рожнова О.М. Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы // Хирургия позвоночника. 2014. № 2. С. 79–86. https://doi.org/10.14531/ss2014.2.79-86
Ngadiman N.H.A., Yusof N.M., Idris A., Fallahiarezoudar E., Kurniawan D. Novel processing technique to produce three dimensional polyvinyl alcohol/maghemite nanofiber scaffold suitable for hard tissues // Polymers. 2018. V. 10. N 4. P. 353. https://doi.org/10.3390/polym10040353
SeoS.J.,MahapatraC., Singh R.K., KnowlesJ.C., KimH.-W. Strategies for osteochondral repair: Focus on scaffolds // Journal of Tissue Engineering. 2014. V. 5. P. 1–5. https://doi.org/10.1177/2041731414541850
Hokmabad V.R., Davaran S., Ramazani A., Salehi R. Design and fabrication of porous biodegradable scaffolds: a strategy for tissue engineering // Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 2017. V. 28. N 16. P. 1797–1825. https://doi.org/10.1080/09205063.2017.1354674
Langer R., Vacanti J.P. Tissue engineering // Science. 1993. V. 260. N 5110. P. 920–926. https://doi.org/10.1126/science.8493529
Celikkin N., Rinoldi C., Costantini M., Trombetta M., Rainer A., Święszkowski W. Naturally derived proteins and glycosaminoglycan scaffolds for tissue engineering applications // Materials Science and Engineering: C. 2017. V. 78. P. 1277–1299. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.04.016
Laube T., Weisser J., Berger S., Börner S., Bischoff S., Schubert H., Gajda M., Bräuer R., Schnabelrauch M. In situ foamable, degradable polyurethane as biomaterial for soft tissue repair // Materials Science and Engineering: C. 2017. V. 78. P. 163–174. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.04.061
O’Brien F.J. Biomaterials & scaffolds for tissue engineering // Materials Today. 2011. V. 14. N 3. P. 88–95. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(11)70058-X
Maitz M. Applications of synthetic polymers in clinical medicine // Biosurface and Biotribology. 2015. V. 1. N 3. P. 161–176. https://doi.org/10.1016/j.bsbt.2015.08.002
DehghaniF., AnnabiN. Engineering porous scaffolds using gas-based techniques // Current Opinion in Biotechnology. 2011. V. 22. N 5. P. 661–666. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2011.04.005
Quirk R.A., France R.M., ShakesheffK.M., Howdle S.M. Supercritical fluid technologies and tissue engineering scaffolds // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2004. V. 8. N 3-4. P. 313–321. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2003.12.004
Loh Q.L., Choong C. Three-dimensional scaffolds for tissue engineering applications: Role of porosity and pore size // Tissue Engineering Part B: Reviews. 2013. V. 19. N 6. P. 485–502. https://doi.org/10.1089/ten.teb.2012.0437
Durian D.J., Weitz D.A., Pine D.J. Multiple light-scattering probes of foam structure and dynamics // Science. 1991. V. 252. N 5006. P. 686–688. http://doi.org/10.1126/science.252.5006.686
Koehler S.A., Stone H.A., Brenner M.P., Eggers J. Dynamics of foam drainage // Physical Review E. 1998. V. 58. N 2. P. 2097–2106. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.58.2097
Kraynik A.M. Foam drainage: Internal Report. 1983. 83-0844.
Schmiedeberg M., Miri M.F., Stark H. Photon channelling in foams // European Physical Journal E. 2005. V. 18. N 1. P. 123–131. http://doi.org/10.1140/epje/i2005-10034-6
Koehler S.A., Hilgenfeldt S., Stone H.A. A Generalized view of foam drainage: experiment and theory // Langmuir. 2000. V. 16. N 15. P. 6327–6341. https://doi.org/10.1021/la9913147
Cantat I., Cohen-Addad S., Elias F., Graner F., Höhler R., Pitois O., Rouyer F., Saint-Jalmes A. Foams: Structure and Dynamics. Oxford: Oxford University Press, 2013. 278 p.
Onaka S.Superspheres: Intermediate shapes between spheres and polyhedra//Symmetry. 2012. V. 4. N 3. P. 336–343.https://doi.org/10.3390/sym4030336
Зимняков Д.А., Ювченко С.А., Исаева А.А., Исаева Е.А., Ушакова О.В. Анизотропия рассеяния света вспененными жидкостями // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. № 5. С. 699–707. https://doi.org/10.21883/OS.2018.11.46846.99-18

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License