Главная – Журналы – Поиск по журналам

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.

Представлены экспериментальные результаты исследования процессов горения при одноочаговом и двухочаговом искровом инициировании стехиометрической пропан-кислородной смеси в трубках длиной 170 - 860 мм с внутренним диаметром 5 мм. Обнаружено, что в области между двумя очагами инициирования происходит вначале торможение встречных фронтов горения, а затем их ускорение. Эти процессы развиваются за счет генерации встречных газодинамических потоков и сопровождаются взаимным разгоном очагов в виде «искровых плазмоидов», активизирующих горение. Экспериментально показано, что электроразрядные искровые плазмоиды являются определяющими физическими элементами в процессах инициирования и горения пропан-кислородной смеси в трубках.

При определенных условиях переход к турбулентности может сопровождаться возникновением локализованных турбулентных структур, известных как паффы. Паффы представляют собой области турбулентности, окруженные ламинарным течением, и их поведение значительно зависит от числа Рейнольдса (Re). В представленном исследовании изучается влияние начальных условий течения на формирование паффов в круглых трубах различной длины с использованием прямого численного моделирования (DNS) при фиксированном числе Рейнольдса Re ≃ 2200. Из литературы известно, что при числах Рейнольдса около Re ≃ 2000 одиночные паффы формируются как метастабильные структуры с возможностью распада или сохранения, а при Re > 2300 паффы взаимодействуют, образуя более сложные и стабильные конфигурации, такие как двойные и тройные паффы. Устойчивым принято называть пафф, время жизни которого значительно превышает характерное время в данной системе, обычно определяемое как отношение длины рассматриваемой области к значению осевой скорости в ламинарном участке течения. При этом известно об увеличении количества устойчивых паффов с ростом числа Рейнольдса, в то время как вопрос повторяемости конфигурации течения при одном и том же числе Рейнольдса остается открытым. Полученные данные имеют важное значение для прогнозирования и контроля турбулентности в различных инженерных приложениях.

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.

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.

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.