Обзор посвящен образованию твердого углерода (в частности, сажи) при различных условиях конверсии метана: пиролиз, горение диффузионного пламени, паровой риформинг, конверсия в сверхкритической воде и водокислородном флюиде высокого давления. Особое внимание уделяется рассмотрению условий образования углерода при высоком давлении, ставится цель - выявление областей параметров, для которых еще отсутствует или недостаточно представлена экспериментальная информация, но где образование углерода очень вероятно. При проектировании непрерывно работающего технологического оборудования необходимо знать соответствующие параметрические границы областей образования твердого углерода, чтобы избежать аварийных ситуаций и/или снизить амортизационные расходы.
А.В. Кашеваров, А.Л. Стасенко
Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, Жуковский, Россия a.v.kash@yandex.ru
Ключевые слова: пленка, распад на ручейки, профиль NACA0012, расклинивающее давление
Страницы: 323-333
В рамках теории смазки проведены численные исследования движения тонкой пленки по поверхности крыла. Пленка создается налетающими на крыло каплями воды и движется под действием внешнего воздушного потока. Рассмотрена модельная задача об одномерном движении пленки при наличии тормозящего продольного напряжения, вызванного расклинивающим давлением. Для определения толщины пленки получено кубическое уравнение. Если краевой угол смачивания превышает некоторое критическое значение, то решение этого уравнения теряет физический смысл (толщина пленки становится отрицательной) на некотором расстоянии от передней критической точки. Это означает, что допущение об одномерном движении далее не выполняется. Максимальную координату существования одномерного решения можно приближенно считать началом распада пленки на ручейки. В статье также выполнено сравнение теоретических результатов с имеющимися экспериментальными данными.
Объектом исследований является течение по наклонной пластине прямолинейного ручейка, поверхность которого покрыта регулярными нелинейными волнами. Моделировать такие волны можно в полностью трехмерной постановке, но также можно использовать упрощенный квазидвумерный подход, в котором форма поперечного сечения ручейка самоподобна. В работе проводится прямое сравнение результатов моделирования в рамках двумерного и трехмерного подходов с формой волновой поверхности ручейка, восстановленной экспериментально с помощью метода лазерно-индуцированной флюоресценции. Показано, что трехмерная модель достоверно воспроизводит волновую поверхность ручейка, включая такие трехмерные особенности, как искривление фронта волны и малые возмущения ее заднего склона. Двумерная модель в принципе не может воспроизвести эти особенности, однако она хорошо описывает параметры и форму волны в центральном продольном сечении ручейка.
Представлены результаты экспериментального исследования эволюции вихревого течения, формирующегося при воздействии субмиллиметрового дугового разряда, движущегося в постоянном магнитном поле в сверхзвуковом потоке воздуха вблизи плоской поверхности. Благодаря высокой воспроизводимости параметров разряда и точной синхронизации оборудования удалось подробно изучить структуру течения с использованием методов PIV и шлирен-визуализации. Установлено, что изменение направления электромагнитной силы, возникающей в течение разряда, позволяет эффективно контролировать пространственно-временные характеристики создаваемых вихревых структур.
Метод прямого статистического моделирования (ПСМ) широко применяется для решения задач динамики разреженного газа. Выбор модели столкновений частиц между собой при реализации алгоритма ПСМ существенно влияет на точность моделирования и трудоемкость вычислений. Одной из наиболее часто используемых моделей столкновений является VSS-модель. В представленной работе моделируется течение, возникающее при помещении нагретой проволочки в атмосферу покоящегося газа. В качестве покоящегося газа рассматриваются гелий и аргон. Показано, что использование VSS-модели с параметрами, основанными на вязкости и диффузии, может приводить к погрешности при оценке теплового потока с проволочки в окружающий газ.
Т.Ю. Шкредов1,2, Г.В. Шоев1,2 1Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия shkredov@itam.nsc.ru 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия shoev@itam.nsc.ru
Ключевые слова: отрыв, химические реакции, римановские солверы, AUSMPW+
Страницы: 367-386
Обсуждаются вопросы реализации и применения солвера AUSMPW+ для расчета невязких потоков на грани контрольного объема в расчетном коде HyCFS на структурированной сетке. Показано, что применение AUSMPW+ позволяет успешно преодолеть явление карбункула при обтекании цилиндра. Моделирование течений с отрывом пограничного слоя с использованием солвера AUSMPW+ приводит к результатам, совпадающим с полученными с помощью HLLC. Результаты расчетов коэффициентов давления и теплопередачи на поверхности конуса с юбкой с использованием HyCFS совпадают с экспериментальными данными LENS-XX с той же точностью, что и результаты других авторов, полученные независимыми расчетными кодами.
В статье приводятся результаты мультикритериального анализа, полученные на базе экспериментальных данных в процессе изучения основных свойств и характеристик термической конверсии альтернативных жидких топлив. В качестве базового углеводородного компонента использовался керосин. Биодобавки предстаавлены растительными маслами (рапсовое, талловое, рыжиковое, кулинарное отработанное) и метиловыми эфирами жирных кислот, полученными при переработке этих масел. Экспериментально определены характеристики горения топливных композиций: времена задержки зажигания, пороговые температуры инициирования горения, продолжительности выгорания, концентрации основных газовых выбросов. Выделены перспективные для использования топливные композиции с учетом основных энергетических и экологических индикаторов. Обоснованы возможности применения композиций с метиловыми эфирами жирных кислот для снижения удельных антропогенных выбросов в составе продуктов сгорания.
Ч.А. Цгоев1, М.А. Братенков1, Д.И. Сахаров1, В.А. Травников1, А.В. Серёдкин1,2, В.А. Калинин1, Д.В. Фомичев3,4, Р.И. Мулляджанов1,2 1Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия c.tsgoev@g.nsu.ru 2Институт теплофизики им. С.А. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия a.seredkin@g.nsu.ru 3Университет «Сириус», Федеральная территория «Сириус», Россия dvafomichev@rosatom.ru 4Госкорпорация «Росатом», Москва, Россия
Ключевые слова: физически-информированное машинное обучение, нейронные сети, задача конвекции
Страницы: 401-417
Физически-информированные нейронные сети (PINN) представляют собой инновационный метод решения разнообразных задач в областях математики, физики и инженерии. Указанный метод объединяет в себе концепции нейронных сетей и физических уравнений с целью моделирования и анализа различных физических процессов. В частности, PINN может применяться для решения дифференциальных уравнений, включая одномерное уравнение конвекции. Исследование показало, что стандартная реализация PINN эффективно решает одномерное уравнение конвекции при относительно небольших значениях скорости конвекции, однако теряет устойчивость при увеличении данного параметра. В настоящей работе представлен обзор существующих подходов к решению одномерного уравнения конвекции с использованием PINN, а также демонстрируется, как различные методы могут улучшить качество моделей. Результаты сравнения методов свидетельствуют о превосходстве подхода, основанного на динамическом изменении точек коллокации в зависимости от невязки на текущем шаге обучения, по сравнению с другими подходами.
А.В. Троцюк, П.А. Фомин
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия trotsyuk@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: двухтопливная смесь, метан, водород, модель кинетики, детонация, численный расчет, многофронтовая структура, детонационная ячейка, нерегулярная структура
Страницы: 3-17
Предложена обобщенная двустадийная модель химической кинетики детонационного горения бинарной стехиометрической смеси метана с водородом и воздухом. Она позволяет вычислять тепловыделение химической реакции, молярную массу, внутреннюю энергию и показатель адиабаты смеси без расчета ее детального химического состава, что существенно упрощает кинетические расчеты и сокращает их объем по сравнению с детальной кинетикой. Модель физически обоснована и не содержит подгоночных параметров. Для рассматриваемой смеси сделан численный двумерный расчет многофронтовой структуры детонационной волны при вариации соотношения между горючими. Химические превращения описывались по предложенной кинетической модели. Рассчитанный размер детонационной ячейки, а также качественная структура детонационной волны (наличие областей несгоревшего газа в зоне реакции и нерегулярность ячеистой структуры, обусловленная формированием как основных, так и второстепенных поперечных волн) хорошо соответствуют эксперименту.
Б.Ф. Бояршинов
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия boyar@itp.nsc.ru
Ключевые слова: стабилизация пламени, за ребром, за обратным уступом, перенос тепла, импульса, турбулентность, скорость тепловыделения, тепловое расширение
Страницы: 18-29
С целью изучения механизмов стабилизации горения проведено сопоставление параметров газа вблизи передней кромки пламени за ребром и за уступом в пограничном слое с испарением и горением этанола. Показано, что при скорости воздушного потока ≈11 м/с за уступом формируется присоединенное пламя, а интенсивность испарения этанола ниже, чем за ребром с отсоединенным пламенем. На передней кромке пламени за преградами локализована зона, где расположен максимум тепловыделения при температуре воспламенения смеси, а статическое и динамическое давления равны между собой. Показано, что в условиях движения газа с горением и отрывом за ребром максимальный вклад турбулентного переноса импульса достигает ≈30 ÷ 40 % от осредненного конвективного, а доля молекулярного переноса составляет 2 ÷ 3 %.
Наш сайт использует куки. Продолжая им пользоваться, вы соглашаетесь на обработку персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности. Подробнее
