Nestacionāru pārneses procesu modelēšana daudzfunkcionālos porainos un daudzslāņu materiālos, ievērojot procesu mijiedarbību un parametru atkarību

Veikto pētījumu rezultātā pilnveidota nestacionāru matemātisko modeļu sistēma un aprēķinu metodikas siltuma un vielas šķidrā un gāzveida stāvoklī pārneses procesu pētījumiem porainos un daudzslāņu materiālos ar atšķirīgiem

Tika izveidota siltuma un vielas pārneses modelim daudzslāņainā materiālā atbilstoša problēmorientēta programmatūra – „rīks” saliktu būvkonstrukciju termiskā un mitruma stāvokļa inženierfizikālai analīzei (skat. arī att. 2). Šī izstrādne ir praktiski nozīmīga būvkonstrukciju siltuma caurlaidības, mitruma stāvokļa un šo konstrukciju ilgtspējīgas izmantošanas reālos ēku ekspluatācijas apstākļos iespēju analīzei, kā arī daudzslāņu būvkonstrukciju optimizācijā. Minēto programmu paredzēts piedāvāt praktiskai izmantošanai projektēšanas iestādēs un pētnieciskiem un mācību mērķiem arī Rīgas tehniskās universitātes Būvniecības un arhitektūras fakultātē. Pašreiz šī programma tiek izmantota arī fizikas bakalaura darba izstrādei LU FMF.

2. att. Programma daudzslāņainu būvkonstrukciju termiskā un mitruma stāvokļa analīzei

Projektu realizējot pilnveidota skaitliskā metodika materiāla siltuma vadītspējas koeficienta aprēķinam, izmantojot siltuma vadīšanas inversās problēmas analītisku un skaitlisku risinājumu. Šī metodika efektīvi var tikt izmantota siltumfizikālo eksperimentu mainīgos temperatūru un siltuma plūsmu apstākļos (t.i., reālos būvkonstrukciju ekspluatācijas apstākļos) datu apstrādei, lai noteiktu saliktu (tai skaitā arī daudzslāņu) konstrukciju siltuma caurlaidību un atsevišķu materiālu siltuma vadītspēju. Arī par šo pētījuma daļu sagatavots zinātnisks raksts.

Vienlaikus tika pārbaudītas komerciālo matemātiskās modelēšanas programmprodukta ANSYS CFX lietojumu iespējas sarežģītu 3D siltuma un vielas pārneses procesu pētījumiem, kad materiālu īpašības (viskozitāte, siltuma vadītspēja u.c.) ir atkarīgas no temperatūras (skat. 3. att.). Veiktie aprēķini parādīja, ka komplicētu struktūru gadījumā šie aprēķini ir ļoti resursietilpīgi un tādējādi lietderīga ir speciālu, problēmorientētu modeļu un metodiku izstrāde, kas var nodrošināt nepieciešamo rezultātu precizitāti, vienlaicīgi būtiski paaugstinot pētījumu efektivitāti, veicot parametru studijas. Tomēr programmas ANSYS CFX izmantošana deva nozīmīgu ieguldījumu izveidoto specifisko modeļu rezultātu verifikācijā.

3. att. Ātrumu (augšā) un temperatūru (apakšā) sadalījumi stikla kausēšanas krāsnī

Projekta izstrādnes ir nozīmīgas energoekonomijai un vides resursu taupīšanai, jo visefektīvākā enerģijas „ražošanas” metode ir enerģijas nepatērēšana.  Īpaši tas Latvijai ir aktuāli ES Energoefektivitātes direktīvas ieviešanas aspektā, kas jāveic līdz 2008. g. Problēmas nozīmību raksturo arī tas, ka, piem., š.g. 25. februārī Rīgā notika LR Vides ministrijas un Pašvaldību savienības organizēta starptautiska konference „Videi draudzīgas un renovētas ēkas”, kuras pamattēma ir ēku energoefektivitātes paaugstināšana, sekmējot arī zema energopatēriņa un tā saucamo „pasīvo” ēku būvniecību. Praksē tas nav iedomājams bez pētījumiem esošā stāvokļa apzināšanai, būvmateriālu īpašību optimizācijas, jaunu efektīvu un ilgmūžīgu būvkonstrukciju, kuru siltuma izolācijas īpašības nepasliktinās apkārtējās vides faktoru (it īpaši mitruma) ietekmē, projektēšanai.