Вычислительный алгоритм для изучения внутренних ламинарных потоков многокомпонентного газа с разномасштабными химическими процессами Научная публикация
| Журнал |
Компьютерные исследования и моделирование
ISSN: 2076-7633 |
||||
|---|---|---|---|---|---|
| Вых. Данные | Год: 2023, Том: 15, Номер: 5, Страницы: 1169-1187 Страниц : 19 DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-5-1169-1187 | ||||
| Ключевые слова | компьютерное моделирование, уравнения газовой динамики с химическими реакциями, расщепление по физическим процессам, радикально-цепные реакции, лазерное излучение, пиролиз этана, computer simulation, gas dynamics equations with chemical reactions, splitting into physical processes, radical chain reactions, laser radiation, ethane pyrolysis | ||||
| Авторы |
|
||||
| Организации |
|
Информация о финансировании (1)
| 1 | Российский научный фонд | 21-19-00429 |
Реферат:
Разработан вычислительный алгоритм для изучения химических процессов во внутренних течениях многокомпонентного газа при воздействии лазерного излучения. Математическая модель представляет собой уравнения газовой динамики с химическими реакциями при малых числах Маха с учетом диссипативных членов, которые описывают динамику вязкой теплопроводной среды с диффузией, химическими реакциями и подводом энергии посредством лазерного излучения. Для данной математической модели характерно наличие нескольких сильно различающихся между собой временных и пространственных масштабов. Вычислительный алгоритм построен на основе схемы расщепления по физическим процессам. Каждый шаг интегрирования по времени разбивается на следующие блоки: решение уравнений химической кинетики, решение уравнения для интенсивности излучения, решение уравнений конвекции – диффузии, расчет динамической составляющей давления и расчет коррекции вектора скорости. Решение жесткой системы уравнений химической кинетики проводится с помощью специализированной явной схемы второго порядка точности или подключаемым модулем RADAU5. Для нахождения конвективных членов в уравнениях применяются численные потоки Русанова и WENO-схема повышенного порядка аппроксимации. На основе полученного алгоритма разработан код с использованием технологии параллельных вычислений MPI. Созданный код использован для расчетов пиролиза этана с радикальными реакциями. Детально изучается формирование сверхравновесных концентраций радикалов по объему реактора. Проведено численное моделирование течения реакционного газа в плоской трубе с подводом лазерного излучения, востребованное для интерпретации экспериментальных результатов. Показано, что лазерное излучение увеличивает в разы конверсию этана и выходы целевых продуктов на коротких длинах ближе к входу в реакционную зону. Сокращение эффективной длины реакционной зоны позволяет предложить новые решения при проектировании реакторов конверсии этана в ценные углеводороды. Разработанные алгоритм и программа найдут свое применение в создании новых технологий лазерной термохимии.
Библиографическая ссылка:
Пескова Е.Е.
, Снытников В.Н.
, Жалнин Р.В.
Вычислительный алгоритм для изучения внутренних ламинарных потоков многокомпонентного газа с разномасштабными химическими процессами
Компьютерные исследования и моделирование. 2023. Т.15. №5. С.1169-1187. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-5-1169-1187 Scopus РИНЦ OpenAlex
Вычислительный алгоритм для изучения внутренних ламинарных потоков многокомпонентного газа с разномасштабными химическими процессами
Компьютерные исследования и моделирование. 2023. Т.15. №5. С.1169-1187. DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-5-1169-1187 Scopus РИНЦ OpenAlex
Даты:
| Поступила в редакцию: | 4 окт. 2022 г. |
| Принята к публикации: | 27 июл. 2023 г. |
Идентификаторы БД:
| Scopus: | 2-s2.0-85176808395 |
| РИНЦ: | 54895506 |
| OpenAlex: | W4388484676 |