Estudos aprofundados do comportamento de misturas de gases sob diferentes condições são fundamentais para o avanço das tecnologias ambientais e industriais. Esta exploração destaca as mudanças sutis entre difusão e mistura convectiva em misturas de gases, fornecendo informações importantes sobre seu processamento prático. A difusão (a mistura de gases devido a gradientes de concentração) e a mistura convectiva (envolvendo movimentos coletivos de gases) são críticas para melhorar a nossa compreensão da composição da atmosfera. A compreensão destes processos não só amplia o nosso conhecimento, mas também abre caminho para abordagens inovadoras para a gestão de gases atmosféricos, anunciando avanços significativos na proteção ambiental e nas práticas industriais.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Vladimir Kossov, com a ajuda de Magzhan Zhaneli da Universidade Pedagógica do Estado do Cazaquistão em Abay, bem como Olga Fedorenko, Dr. Mansiya Asembaeva e Maira Moldabekova da Universidade Nacional Al-Farabi no Cazaquistão, fez progressos significativos na compreensão da dinâmica das misturas de gases. Seu trabalho, publicado no International Journal of Thermofluids, analisa mais de perto o comportamento de misturas de gases sob condições uniformes de temperatura na transição entre mistura difusiva e convectiva. Suas descobertas se concentram em uma variedade de gases, incluindo metano, refrigerante R12, argônio, nitrogênio e n-butano, fornecendo insights sobre a otimização do gerenciamento e distribuição de gás. Isto anuncia novas possibilidades de progresso nos domínios ambiental e industrial.
Uma das implicações mais críticas desta pesquisa reside na identificação da transição exata da difusão (o processo pelo qual os gases se misturam naturalmente de áreas de alta para baixa concentração) para a mistura convectiva (envolvendo movimentos coletivos de gases em grande escala). O Professor Kossoff destacou insights importantes desta estratégia que visa gerir as concentrações de gases com efeito de estufa na atmosfera. Ele observou que “estudos experimentais mostram que para os sistemas considerados… apesar das condições iniciais favorecerem um gradiente de densidade no qual a densidade da mistura diminui com a altura, são registrados tipos de mistura difusional e convectiva.” Esta observação fundamental destaca as abordagens inovadoras que podem ser utilizadas para gerir os gases com efeito de estufa de forma mais eficiente.
A metodologia subjacente a este estudo é tão convincente quanto os seus resultados. Através de uma combinação coordenada de estudos experimentais e modelagem teórica, a equipe analisou cuidadosamente como as mudanças na pressão e na composição de uma mistura de gases afetam seu comportamento de mistura. Esta abordagem integrada permite aos investigadores distinguir as estabilidades destas misturas sob diferentes condições, revelando a interação subtil entre difusão e convecção dentro destes sistemas.
O professor Kossov elabora ainda mais sobre a estrutura teórica que sustenta suas conclusões: “A solução numérica do sistema de equações de difusão nos permite determinar a distribuição das concentrações dos componentes e densidades da mistura dentro de canais planos de difusão vertical para parâmetros especificados. As descobertas são apresentadas graficamente e discutidas detalhadamente. ” Este modelo preditivo é uma ferramenta poderosa para prever o comportamento de misturas de gases sob diversas condições e fornece uma base sólida para o projeto de mecanismos de controle avançados.
Um aspecto particularmente inovador do estudo é a introdução de diagramas de estabilidade. Essas ferramentas distinguem efetivamente entre regiões onde uma mistura gasosa apresenta comportamento difusivo estável de regiões propensas a instabilidades convectivas. O professor Kossoff enfatizou a utilidade desses gráficos, dizendo: “Os gráficos de estabilidade nos permitem identificar o tipo de mistura e elucidar as condições que levam à convecção, especialmente quando a densidade da mistura gasosa no topo do canal de difusão é inicialmente menor do que na parte inferior. Os mapas fornecem orientação valiosa para cientistas e engenheiros em seus esforços para otimizar as condições para resultados de mistura preferidos, seja para aplicações industriais ou para gestão ambiental.
Esta investigação colaborativa não só aprofunda a nossa compreensão da dinâmica das misturas de gases sob diferentes condições, mas também sugere medidas práticas para melhorar o nosso controlo destas misturas. Ao realizar estudos meticulosos da transição entre difusão e mistura convectiva em misturas de gases, o Professor Kossoff, juntamente com os seus estimados colegas, lançou as bases para estratégias inovadoras para a gestão de gases que têm o potencial de redefinir a nossa abordagem a uma variedade de desafios ambientais e industriais.
Referência do diário
Vladimir Kossov, Magzhan Zhaneli, Olga Fedorenko, Mansiya Asembaeva, Maira Moldabekova, “Instabilidades de difusão em misturas de gases de três componentes contendo gases de efeito estufa”. Revista Internacional de Fluidos Térmicos, 2023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100495
Sobre o autor
Vladimir Kosov. Ele é PhD e professor em ciências físicas e matemáticas, membro correspondente da Academia Nacional de Ciências da República do Cazaquistão (2012) e acadêmico da Academia Nacional de Ciências das Instituições de Ensino Superior do Cazaquistão (2017). Seus interesses de pesquisa incluem difusão multicomponente de gases, propriedades de transporte de misturas, estabilidade convectiva e turbulência, tecnologias de economia de energia e ecologia. Sob sua liderança, o Cazaquistão está desenvolvendo orientações científicas relacionadas ao estudo da difusão e instabilidades convectivas em meios multicomponentes. Publicou mais de 300 artigos científicos e 15 patentes. Ele tem sua própria escola de ciências, que formou 2 doutores em ciências físicas e matemáticas, 8 candidatos em ciências físicas e matemáticas e 2 doutores em física. Ele recebeu a Bolsa Científica Nacional do Ministério da Educação e Ciência da República do Cazaquistão para cientistas e especialistas que fizeram contribuições notáveis para o desenvolvimento da ciência e da tecnologia no campo das ciências físicas e matemáticas, e é pesquisador do Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico. Ele recebeu os seguintes prêmios: Medalha do Centro Internacional de Biografia de Cambridge “Realização Científica no Campo da Termofísica” (2007) e o Distintivo do Ministério da Educação e Ciência da República do Cazaquistão “Para o Desenvolvimento Meritório da Ciência na República do Cazaquistão” (2013).
Dra. Olga Fedorenko Professor Associado do Departamento de Termofísica e Física Técnica da Faculdade de Física e Tecnologia da Universidade Nacional do Cazaquistão. Seu trabalho de pesquisa concentra-se em física térmica, transferência de calor e massa em gases. Ela recebeu a Bolsa Nacional de Ciências para Jovens Cientistas de Destaque em 2013-2014. Como coautora, participou no projeto inovador “Dispositivo para separação de misturas de gases de hidrocarbonetos”, que foi apresentado na Expo Internacional “Energia Criativa” 2017 no Pavilhão Nacional de Nur Alem. Participou em projetos científicos financiados pelo Conselho Científico do Ministério da Ciência e Ensino Superior da República do Cazaquistão.
Ashenbayeva ManciaCandidato em Ciências Físicas e Matemáticas, Professor Associado. A pesquisa científica envolve o estudo das características de difusão e convecção de sistemas de gases multicomponentes em diferentes pressões e temperaturas. Participar no desenvolvimento de projetos científicos relacionados com a investigação das propriedades termofísicas dos gases com efeito de estufa.
