Математическое моделирование воздействия ИК-лазерного излучения на встречный поток наночастиц с метаном
Full article
| Journal |
Computational Mathematics and Information Technologies
, E-ISSN: 2587-8999
|
| Output data |
Year: 2024,
Volume: 8,
Number: 3,
Pages: 34-42
Pages count
: 9
DOI:
10.23947/2587-8999-2024-8-3-34-42
|
| Tags |
математическое моделирование, дозвуковые потоки, двухфазная среда, лазерное излучение, химические реакции |
| Authors |
Пескова Е.E.
1
,
Снытников В.Н.
2
|
| Affiliations |
| 1 |
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, г. Саранск, Российская Федерация
|
| 2 |
Институт катализа Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, Российская Федерация
|
|
Funding (1)
|
1
|
Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation
|
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.