Эта публикация цитируется в 1 статье

Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Математическое моделирование колебаний газа в реакторе пиролиза метана

И. В. Кудинов, К. В. Трубицын, А. В. Еремин, В. Д. Долгих

Самарский государственный технический университет, г. Самара, 443100, Россия

Аннотация: Разработана математическая модель колебаний газа, возникающих под действием внешней гармонической нагрузки, с учетом пространственно-временной нелокальности. Модель построена на основе уравнения равновесия (движения) и модифицированного закона Гука, в который включены релаксационные члены, учитывающие длину и время свободного пробега микрочастиц (электронов, атомов, молекул, ионов и др.).
Численное исследование модели показало, что при совпадении собственной частоты колебаний газа с частотой внешней нагрузки возникает резонанс, характеризующийся резким увеличением амплитуды колебаний, величина которой ограничивается коэффициентом трения газа. В случае, когда частота внешней нагрузки близка к собственной частоте колебаний газа, наблюдаются бифуркационно-флаттерные колебания (биения), сопровождающиеся периодическим увеличением и уменьшением амплитуды колебаний в каждой точке пространственной переменной. При этом колебания газа характеризуются бесконечным множеством амплитуд и частот.
Периодические изменения перемещений и давления газа, варьирующиеся от нуля до некоторого максимального значения и распространяющиеся вдоль реактора пиролиза метана, способствуют очистке его внутренних поверхностей от рыхлых углеродных отложений. Удаленный со стенок реактора углерод скапливается в нижней части между двумя газоплотными задвижками, что позволяет удалять его без остановки процесса пиролиза.
Данная модель может быть полезна для оптимизации процессов очистки реакторов и повышения эффективности пиролиза метана.

Ключевые слова: реактор пиролиза метана, получение водорода и углерода, математическая модель колебаний газа, учет пространственно-временной нелокальности, гармоническая внешняя нагрузка, численное решение, резонансные и бифуркационно-флаттерные колебания, способ удаления углерода

УДК: 517.958:531.332(534-14)

MSC: 76V05, 80A32

Получение: 11 сентября 2024 г.
Исправление: 28 октября 2024 г.
Принятие: 19 ноября 2024 г.
Публикация онлайн: 27 декабря 2024 г.

DOI: 10.14498/vsgtu2115

Реферативные базы данных:

• 
• 
• 
• 
•