Развитие водородной энергетики неразрывно связано с обеспечением водородной безопасности и исследованием процессов, протекающих при горении водород-содержащих смесей. Использование численного моделирования позволяет исследовать поведение системы в диапазонах изменения основных параметров, не покрытых экспериментальными данными. В данной работе представлена модель, позволяющая моделировать течения химически реагирующих сплошных сред, верифицированная на экспериментальных данных по распространению пламени в ударной трубе с перегородками, заполненной водород-воздушной смесью.
Идентификаторы и классификаторы
- eLIBRARY ID
- 67205354
Стремительно растущий интерес к водородной энергетике, связанный с программами по декарбонизации энергетики, делает необходимым тщательный анализ ее реальных перспектив и возможностей [1].
Развитие водородной энергетики неразрывно связано с обеспечением водородной безопасности в связи с широкими концентрационными пределами горения водородвоздушных смесей, малой энергией воспламенения, его способностью к диффузии через стенки традиционных емкостей, склонностью к стратификации и воздействию на металлы, приводящему к потере ими прочностных свойств. Масштабное производство, хранение, транспортировка и использование водорода сопряжены со значительно большей опасностью в сравнении с углеводородной энергетикой. Особенную опасность применения водорода представляет склонность водород-воздушных смесей к ускоренному переходу от дефлаграционного к детонационному режиму горения.
Проведенные исследования [2–6] показывают существенное изменение характера распространения пламени в водород-воздушных средах с изменением состава смеси и геометрии пространства: существенную роль в ускорении фронта пламени и переходе из дефлаграции в детонацию играет турбулизация течения при наличии загромождений на пути распространения. При этом, несмотря на продолжающиеся по сей день попытки вывести универсальный критерий дефлаграционно-детонационного перехода [6], множество найденных необходимых, но не достаточных, условий ускорения пламени для частных случаев, вопрос ускорения пламени в конкретных условиях по-прежнему остается открытым.
Список литературы
-
Арутюнов, В.С. Проблемы и вызовы водородной энергетики / В.С. Арутюнов // Горение и плазмохимия. - 2021. - Т. 19, № 4. - С. 245-255. EDN: EYAIZK
-
Гельфанд, Б.Е. Водород: параметры горения и взрыва / Б.Е. Гельфанд, О.Е. Попов, Б.Б. Чайванов. - М.: Физматлит, 2008.
-
Dorofeev, S.B. Deflagration to Detonation Transition in Large Confined Volume of Lean Hydrogen-Air Mixtures / S.B. Dorofeev, V.P. Sidorov, A.E. Dvoinishnikov, W. Breitung // Combustion and Flame. - 1996. - V. 104, № 1-2. - P. 95-110. EDN: LDUEWT
-
Veser, A. Deflagration to Detonation Transition Experiments with Hydrogen-Air Mixtures in Shock Tube and Obstacle Array Geometries / A. Veser, W. Breitung, G. Engel, et al. - Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1999.
-
Баженова, Т.В. Ударноволновой механизм самовоспламенения водорода при внезапном истечении из резервуара под высоким давлением / Т.В. Баженова, М.В. Брагин, В.В. Голуб, М.Ф. Иванов // Теплофизика высоких температур. - 2007. - Т. 45, № 5. - С. 733-740. EDN: IAQXPH
-
Lu-Qing Wang. Experimental Study of Detonation Propagation in a Square Tube Filled with Orifice Plates / Lu-Qing Wang, Hong-Hao Ma, Zhao-Wu Shen, et al. // International Journal of Hydrogen Energy. - 2018. - V. 43, № 9. - P. 4645-4656. EDN: YFVTNJ
-
Нигматулин, Р.И. Основы механики гетерогенных сред / Р.И. Нигматулин. - М.: Наука, 1987.
-
Ковалев, Ю.М. Анализ инвариантности некоторых математических моделей многокомпонентных сред / Ю.М. Ковалев, В.Ф. Куропатенко // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математика. Механика. Физика. - 2012. - № 11. - С. 4-7. EDN: OXTDCD
-
Ковалев, Ю.М. Математическая модель газовзвеси с химическими превращениями в приближении парных взаимодействий / Ю.М. Ковалев, Е.Е. Пигасов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2014. - Т. 7, № 3. - С. 40-49. EDN: SJIVSP
-
Оран, Э. Численное моделирование реагирующих потоков / Э. Оран, Дж. Борис. - М.: Мир, 1990.
-
Варнатц, Ю. Горение. Физические и химические аспекты, моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ / Ю. Варнатц, У. Маас, Р. Диббл. - М.: Физматлит, 2006.
-
Гиршфельдер, Дж. Молекулярная теория газов и жидкостей / Дж. Гиршфельдер, Ч. Кертисс, Р. Берд. - М.: Издательство иностранной литературы, 1961.
-
Беляев, П.Е. Адаптация метода Куропатенко для расчета ударных волн в эйлеровых координатах / П.Е. Беляев, И.Р. Макеева, Е.Е. Пигасов, Д.А. Мастюк // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2021. - Т. 14, № 1. - С. 83-96. EDN: RGBYOM
-
Рябинин, В.К. Математическое моделирование адиабатического периода индукции для метан-кислородных смесей в широком диапазоне начальных давлений и температур / В.К. Рябинин, Ю.М. Ковалев // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2013. - Т. 6, № 1. - С. 56-71. EDN: PWCSMF
-
Пигасов, Е.Е. Математическое моделирование адиабатического теплового взрыва для реакции окисления водорода / Е.Е. Пигасов, В.К. Рябинин, Ю.М. Ковалев // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математическое моделирование и программирование. - 2013. - Т. 6, № 3. - С. 130-135. EDN: QNLJUF
-
Зельдович, Я.Б. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, Б.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. - М.: Наука, 1980.
-
Ибрагимова, Л.Б. Сравнительный анализ констант скоростей химических реакций, описывающих горение водородо-кислородных смесей / Л.Б. Ибрагимова, Г.Д. Смехов, О.П. Шаталов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. - 2009. - Т. 8. - 25 c. EDN: LALHHD
-
Димитров, В.И. Простая кинетика // В.И. Димитров. - Новосибирск: Наука, 1982.
-
Бабушок, В.И. Тестовые примеры моделирования кинетики сложных реакций / В.И. Бабушок, А.Н. Дакданча. - Красноярск, 1990. ▼ Контекст
-
Бабушок, В.И. Структура предела цепочно-теплового самовоспламенения / В.И. Бабушок, Т.В. Крахтинова, В.С. Бабкин // Кинетика и катализ. - 1984. - Т. 25, № 1. - C. 5-12.
-
Mullins, B.P. Studies of the Spontaneous Ignition of Fuels Injected into a Bot Air Stream / B.P. Mullins. - NATO AGARD AG S/P2, 1952.
-
Patch, R.W. Shock-Tube Measurement of Dissociation on Rates of H2-J Chem / R.W. Patch // Journal of Chemical Physics. - 1962. - V. 36, № 7. - 6 p.
-
Porowski, R. Experimental Study on DDT for Hydrogen-Methane-Air Mixtures in Tube with Obstacles / R. Porowski, A. Teodorczyk // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. - 2013. - V. 26, № 2. - P. 374-379.
-
Kee, R.J. Chemkin-III: A Fortran Chemical Kinetics Package for the Analysis of Gas-Phase Chemical and Plasma Kinetics / R.J. Kee, F.M.Rupley, E. Meeks, J.A. Miller. - Springfield: Sandia National Laboratories, 1996.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Негативное воздействие вибраций на различные устройства и механизмы может быть значительным, поэтому важно учитывать этот фактор при проектировании, эксплуатации и техническом обслуживании различного оборудования и инженерных систем. Для защиты от негативного воздействия вибраций могут использоваться различные методы и технологии. Часто используются специальные демпфирующие материалы. Данная исследовательская работа посвящена анализу эффективности снижения вибрации с учетом физических параметров эластомерных материалов. Для проведения исследования построена математическая модель, описывающая движение балки, опирающейся на эластомерное основание. Модель основана на системе нелинейных дифференциальных уравнений. В ходе работы был разработан и применен алгоритм численного решения этой системы уравнений. Были проведены численные эксперименты для изучения реакции системы на различные случаи ускорений. В результате были получены величины прогиба для материалов с различными физическими характеристиками. Эти результаты могут послужить отправной точкой для более глубокого изучения материалов и создания более сложных конструкций.
Впервые изучены детерминированная и стохастическая системы Вентцеля уравнений Дзекцера в полусфере и на его границе. В детерминированном случае установлена однозначная разрешимость начальной задачи для системы Вентцеля в специфическом построенном гильбертовом пространстве. В случае стохастической гидродинамической системы пласт - скважина - коллектор используется теория производной Нельсона - Гликлиха и строится стохастическое решение, которое позволяет определять прогнозы количественного изменения геохимического режима грунтовых вод при безнапорной фильтрации. Отметим, что для изучаемой системы фильтрации рассматривалось неклассическое условие Вентцеля, поскольку оно представлено уравнением с оператором Лапласа - Бельтрами, заданным на границе области, понимаемой как гладкое компактное риманово многообразие без края, причем внешнее воздействие представлено нормальной производной функции, заданной в области.
Рассматривается известная задача распознавания ячеек таблиц на изображении. Исследуется обработка налогового российского документа 2-НДФЛ. Несмотря на простую структуру таблиц, способ печати основан на гибком шаблоне. Гибкость формы наблюдается как в части модификаций текстовой информации, так и в области таблиц. Гибкость таблиц состоит в изменении числа и размеров столбцов. Для детектирования таблиц был предложен структурный метод. Входными данными метода являются детектированные горизонтальные и вертикальные отрезки. Поиск отрезков проводился механизмами, реализованными в системе Smart Document Reader. Апробация и внедрение предложенного метода также осуществлялось в системе Smart Document Reader. Кроме детектирования области предполагаемого размещения таблиц решены следующие задачи: поиск ячеек таблиц, именование ячеек таблиц, валидация области таблицы. Валидация области таблицы проводилась для отдельных таблиц, а также для совокупностей таблиц. Применение описаний совокупностей таблиц обеспечило высокую надежность привязки набора таблиц.
В методах сопряженных градиентов формула сопряжения часто является основной точкой концентрации. Техника сопряженных градиентов используется для решения проблем, возникающих в процессе восстановления изображения. Используя квадратичную модель, для операции будет получено совершенно новое сопряжение коэффициентов. Алгоритмы демонстрируют как локальную, так и глобальную сходимость и спуск. Численное тестирование показало, что недавно разработанный метод намного превосходит тот, который существовал до него. Недавно созданная стратегия сопряженного градиента имеет более высокую производительность, чем метод сопряженного градиента FR, который является отраслевым стандартом.
Статья посвящена изучению морфологии фазового пространства математической модели деформации двутавровой балки, которое лежит на гладких банаховых многообразиях с особенностями (k-сборка Уитни) в зависимости от параметров задачи. Математическая модель изучена в случае, когда оператор при производной по времени является вырожденным. Исследование вопроса неединственности решения задачи Шоуолтера - Сидорова для модели Хоффа в двумерной области проведено на основе метода фазового пространства, который был разработан Г.А. Свиридюком. Найдены условия неединственности решения в случае, когда размерность ядра оператора при производной по времени равна 1 или 2. Представлены два подхода для выявления количества решений задачи Шоуолтера - Сидорова в случае, размерности ядра оператора при производной по времени равного 2. Приведены примеры, иллюстрирующие неединственность решения исследуемой задачи на прямоугольнике.
Рассматривается актуальная проблема получения приближенных численных решений обратных задач в виде интегральных уравнений Фредгольма первого рода для систем радио- и гидролокации и дистанционного зондирования. Полученные решения дают возможность существенно повысить точность измерений, а также довести угловую разрешающую способность до значений, превышающих критерий Рэлея. Это позволяет: получать детализированные радиоизображения различных объектов и зондируемых областей; определять количество отдельных малоразмерных объектов в составе сложных целей, которые раздельно не фиксировались без представляемой обработки сигналов; получать координаты таких малоразмерных объектов с высокой точностью; повысить вероятности получения правильных решений задач распознавания и идентификации объектов. Метод применим для современных многоэлементных измерительных систем. Он основан на экстраполяции сигналов, принимаемых всеми элементами, за пределы самой системы. Решена задача создания необходимой для этого нейронной сети и ее обучения. В итоге, синтезируется новая виртуальная измерительная система значительно большего размера, что позволяет резко повысить угловое разрешение и тем самым повысить качество приближенных решений рассматриваемых обратных задач. На примерах демонстрируется эффективность метода, оценивается адекватность и устойчивость получаемых решений. Исследуется степень превышения виртуальной угломерной системой критерия Рэлея в зависимости от отношения сигнал/шум.
Рассматривается задача об одноруком бандите в приложении к пакетной обработке данных, если имеются два альтернативных метода обработки с разной эффективностью, причем эффективность второго метода априори неизвестна. В процессе обработки необходимо определить наиболее эффективный метод и обеспечить его преимущественное использование. Обработка выполняется пакетами, поэтому распределение доходов является гауссовским. Мы рассматриваем случай априори неизвестных математического ожидания и дисперсии одношагового дохода, соответствующих второму действию. Этот случай описывает ситуацию, когда сами пакеты и их количество имеют умеренные или небольшие объемы. Получены рекуррентные уравнения для вычисления байесовского риска и функции потерь, которые затем представлены в инвариантном виде с горизонтом управления, равным единице. Это позволяет получить оценки байесовского и минимаксного рисков, которые справедливы для всех горизонтов управления, кратных количеству обработанных пакетов.
В данной работе исследуется устойчивость решений стохастического уравнения Осколкова, описывающего плоскопараллельное течение вязкоупругой жидкости. Это уравнение мы рассматриваем в виде стохастического полулинейного уравнения соболевского типа. Во-первых, мы рассмотрим разрешимость стохастического уравнения Осколкова методом стохастического фазового пространства. Во-вторых, мы рассмотрим устойчивость решений этого уравнения. Доказаны необходимые условия существования устойчивых и неустойчивых инвариантных многообразий стохастического уравнения Осколкова. При решении задачи стабилизации это уравнение рассматривается как редуцированная стохастическая система уравнений. Задача стабилизации решается на основе принципа обратной связи; показаны графики решения до стабилизации и после стабилизации.
Издательство
- Издательство
- ЮУрГУ
- Регион
- Россия, Челябинск
- Почтовый адрес
- 454080, Уральский федеральный округ, Челябинская область, г. Челябинск, просп. В.И. Ленина, д. 76
- Юр. адрес
- 454080, Уральский федеральный округ, Челябинская область, г. Челябинск, просп. В.И. Ленина, д. 76
- ФИО
- Александр Рудольфович Вагнер (Ректор)
- E-mail адрес
- admin@susu.ru
- Контактный телефон
- +7 (351) 2635882
- Сайт
- https://www.susu.ru