Vol 85, No 6 (2023)

Nanodispersions can be used to solve various practical problems, such as increasing the efficiency of heating systems, cooling of electrical equipment, intensifying oil recovery, etc., because dispersing nanoparticles in liquid media provides an inexpensive and convenient way to significantly improve various functional properties of a base fluid. Although the influence of dispersed particles on surface phenomena in systems comprising nanofluids has been studied for more than 30 years, due to a number of factors, the problem of appropriate and self-consistent description of the behavior of nanofluids will apparently remain to be the focus of scientific attention in the coming decades. This paper presents a brief review of recently published results that are of general importance for understanding the behavior of the surface tension of nanofluids, as well as the processes accompanying wetting with nanofluids and their spreading over various surfaces.

Криогенной обработкой (замораживание при –20°C в течение 12 ч и затем размораживание нагреванием со скоростью 0.03°C/мин) водных растворов поливинилового спирта (ПВС) с концентрацией полимера 100 г/л получены макропористые криогели и исследован характер изменения их физико-химических параметров после уравновешивания образцов с водными растворами аминокислот общей формулы H₂N–(CH₂)_n–COOH (n = 1–5). Показано, что эти аминокислоты, в наибольшей степени глицин (n = 1), в наименьшей – ε-аминокапроновая кислота (n = 5), проявляют космотропное воздействие на свойства криогелей ПВС, вызывая уменьшение их объема, значительное возрастание компрессионного модуля упругости и повышение температуры плавления образцов. Тем не менее высвобождение H₂N–(CH₂)_n–COOH аминокислот из насыщенных их растворами криогелей во внешнее водное окружение происходило без существенных диффузионных затруднений. После исчерпывающего отмывания чистой водой нагруженных аминокислотами криогелей их физико-химические показатели не возвращались полностью к значениям, характерным для образцов до их обработки растворами таких аминокислот вследствие промотируемого космотропными аминокислотами образования дополнительных Н-связанных узлов трехмерной сетки в объеме уже сформированного криогеля.

Криогенной обработкой (замораживание при –21.6°C в течение 12 ч, а затем оттаивание нагреванием до 20°C со скоростью 0.03°C/мин) раствора поливинилового спирта (ПВС; 100 г/л) в диметилсульфоксиде (ДМСО) без и с добавками проявляющей в такой среде космотропные свойства мочевины в концентрации 2 или 4 моль/л, получены “первичные” криогели ПВС. Их последующая гидратация замещением ДМСО на воду вызывала уменьшение объема и массы образцов, а также приводила к существенному росту модуля упругости получаемых “вторичных” криогелей. Абсолютная величина таких эффектов зависела как от концентрации мочевины в исходном растворе ПВС, так и от соотношения объемов гелевых образцов и водного экстрагента при их гидратации. С помощью оптической микроскопии установлено, что присутствие мочевины в исходном ДМСО-растворе полимера в концентрации, близкой к пределу ее растворимости в такой среде, индуцирует формирование крупнопористой морфологии образующейся гелевой матрицы. Поскольку высокомодульные “вторичные” криогели ПВС представляют большой интерес в качестве материалов биомедицинского назначения, в работе была оценена возможность их функционирования в качестве носителей систем доставки лекарственных веществ. Как модельное лекарственное соединение использовалась натриевая соль ибупрофена. С помощью анализа в рамках функции Вейбулла кинетики высвобождения этого вещества показано, что динамическое водородное связывание его карбоксилатных групп с гидроксильными группами ПВС приводит к замедлению высвобождения лекарства из полимерного носителя, т.е. способствует пролонгированию процесса высвобождения. При этом скорость процесса зависит от содержания мочевины в исходном растворе полимера, что, скорее всего, связано с неодинаковой микроструктурой полимерной фазы стенок макропор криогелевой матрицы.

Задачей исследования является увеличение энергоэффективности трубопроводного гидротранспорта водонабухающих алюмосиликатных дисперсий. На основании модельной технической суспензии, наполнителем которой является сложная смесь алюмосиликатов, отработан подход, позволяющий улучшить технологические свойства таких дисперсных систем. Модификация суспензий заключается во внесении добавок ингибиторов набухания частиц дисперсной фазы органической и неорганической природы, а также неионогенных поверхностно-активных веществ. Действие добавок приводит к снижению предела текучести и повышению седиментационной устойчивости гетерогенной системы. Показано, что применение комплексной модифицирующей добавки предотвращает агломерацию частиц модельной суспензии и обеспечивает ее седиментационную устойчивость при температурах до 70°C, что актуально для технического процесса, в котором суспензию планируется использовать. Технически исследование носит прикладной характер. Используется известный подход к модификации суспензий, связанный с борьбой с агрегацией частиц дисперсной фазы и блокированием ионного обмена между ними и дисперсионной средой. Выполнение комплекса реологических сдвиговых и осцилляционных тестов, исследование седиментационной стабильности суспензий в присутствии различных модифицирующих добавок позволило оптимизировать их состав. Практическим результатом работы является успешный гидротранспорт суспензии, в которой содержание дисперсной фазы выше на 50%, относительно немодифицированной суспензии, что повышает энергоэффективность процесса.

A modification of the “Stefan’s rule” for the surface tension coefficients of liquids has been proposed, with the modification consisting in choosing a liquid as a system of comparison with respect to its surface. An expression for the surface tension coefficients has been derived and employed to interpret their temperature dependences for a number of molecular liquids with different physicochemical properties.

This work is devoted to the experimental study of evaporating droplets of titania-, silica-, and diamond-based nanofluids on a substrate under solar radiation. The influence of various factors, including the type of a material, concentration of nanocomponents, irradiation direction, droplet volume, and substrate material, on the droplet evaporation has been investigated. As a result, the critical concentrations of nanoparticles, at which the evaporation rate reaches a stable level, have been determined for droplets of the studied nanofluids. The regimes and stages of the droplet evaporation process have been analyzed for the cases of the subcritical and critical nanoparticle concentrations. The efficiency of droplet evaporation under solar radiation has been shown to strongly depend on radiation direction. The effects of droplet volume and substrate material on the evaporation rate have been studied. In addition to the evaporation efficiency, the morphology of the structures deposited from the droplets has been analyzed. It has been shown that these structures depend on the concentration and material of nanoparticles, as well as on the regime of droplet evaporation. The results of this study enable one to gain a deeper insight into the behavior of the droplets during evaporation under irradiation especially in the IR region and confirm the promise of application of nanofluids in the solar thermal energy systems.