Математическое моделирование воздействия ИК-лазерного излучения на встречный поток наночастиц с метаном
Научная публикация
| Журнал |
Computational Mathematics and Information Technologies
, E-ISSN: 2587-8999
|
| Вых. Данные |
Год: 2024,
Том: 8,
Номер: 3,
Страницы: 34-42
Страниц
: 9
DOI:
10.23947/2587-8999-2024-8-3-34-42
|
| Ключевые слова |
математическое моделирование, дозвуковые потоки, двухфазная среда, лазерное излучение, химические реакции |
| Авторы |
Пескова Е.E.
1
,
Снытников В.Н.
2
|
| Организации |
| 1 |
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, г. Саранск, Российская Федерация
|
| 2 |
Институт катализа Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, Российская Федерация
|
|
Информация о финансировании (1)
|
1
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации (с 15 мая 2018)
|
FWUR-2024-0033
|
Введение. Работа посвящена численному исследованию воздействия лазерного излучения на встречный двухфазный поток наночастиц с многокомпонентным газом из углеводородов. При таком воздействии увеличивается содержание водорода в продуктах и происходит связывание метана в углеводороды более сложного строения на поверхности каталитических наночастиц и в газовой фазе. Горячие стенки трубы являются источником основного прогрева реакционной двухфазной среды с каталитическими наночастицами. Материалы и методы. В качестве основного метода используется математическое моделирование, включающее численное решение системы уравнений вязкой газопылевой двухфазной среды с учетом химических реакций и лазерного излучения. Модель позволяет одновременно учитывать двухфазную газопылевую среду, многокомпонентность и многотемпературность среды, обыкновенные дифференциальные уравнения (ОДУ) для температуры каталитических наночастиц, ОДУ химической кинетики, эндотермические эффекты радикально-цепных реакций, диффузию легких метильных радикалов CH3 и атомов водорода H, которые инициируют конверсию метана, поглощение лазерного излучения этиленом и частицами. Результаты исследования. Получены распределения параметров, характеризующих ламинарные дозвуковые течения газопылевой среды в осесимметричной трубе с химическими реакциями. Показано, что поглощение лазерного излучения этиленом во встречном потоке приводит к резкому увеличению конверсии метана и преимущественному выходу ароматических соединений. Обсуждение и заключение. Численное моделирование динамики реакционных двухфазных сред представляет интерес для разработки теоретических основ переработки метана в ценные продукты. Полученные результаты естественным образом подтверждают вывод о необходимости совместного использования средств математического моделирования и лабораторных экспериментов для разработки новых ресурсосберегающих и экономически обоснованных технологий переработки природного газа.