Моделирование процесса обработки дисперсных материалов в прямоточном плазменном реакторе.Түзу нүктелi плазмалық реактордағы дисперстi өнiмдердi өңдеудiң процесiн модельдеу.
72 49
Кілттік сөздер:
прямоточный плазменный реактор, численное моделирование, уравнения Навье-Стокса, метод конечных разностей, метод дробных шагов, метод Фурье, түзу нүктелi плазмалық реактор, сандық модельдеу, Навье-Стокс теңдеулерi, шектi айырымдық жуықтау тәсiлi,Аннотация
В работе представлено численное моделирование процесса распространения температуры прямоточной плазменном реакторе при различном размере источника тепла, которая решается уравнениями Навье - Стокса и температуры, основанные на методе расщепления по физическим параметрам, которые аппроксимируются разностным конечным методом. При численном решении систему уравнения можно разделит на четыре этапа. На первом этапе предполагается, что перенос количества движения осуществляется только за счет конвекции и диффузии. Промежуточное поле скорости находится методом дробных шагов. На втором этапе, по найденному промежуточному полю скорости, находится поле давления. Уравнение Пуассона для поля давления решается методом Фурье. На третьем этапе предполагается, что перенос осуществляется только за счет градиента давления. На четвертом шаге уравнения для температуры решается также как уравнения движение, методом дробных шагов. Алгоритм задачи распараллелен на высокопроизводительной системе. Полученные численные результаты процесса распространения температуры в прямоточном плазменном реакторе. Численное моделирование позволяет дать более точное описание процессов, которые были определены теоретически или исследованы лабораторным путем, и могут показать новые физические явления процессов, которые пока не доступны, увидеть в экспериментальных исследованиях. Жылу көзiнiң әртүрлi өлшемдерiнде тура плазмалық реакторда температураның таралуы, жұмыста көрсетiлгендей, сандық модельдеу процесiне байланысты, мұндағы шешiлетiн Навье-Стокс және температура теңдеулерi физикалық параметрлердiң ыдырау тәсiлiне негiзделiп, шектi айырымдық жуықтау тәсiлiн қолданып шешiлген. Теңдеулер жүйесiнiң сандық шешiмiн төрт кезеңге бөлуге болады. Бiрiншi кезеңде диффузия мен конвекция есебiмен ғана жүзеге асатын қозғалыстар санының ауысуы болжамдалынады. Аралық жылдамдық өрiсi бөлшектенген қадам тәсiлiмен табылады. Ал екiншi кезеңде табылған аралық жылдамдық өрiсi арқылы қысымды табамыз. Қысым үшiн жазылған Пуассон теңдеуi Фурье тәсiлiмен шешiледi. Үшiншi кезеңде тасымал қысым градиентi есебiнен ғана жүзеге асады деп болжамдаймыз. Төртiншi қадамда бөлшектенген қадамдар тәсiлiмен температура теңдеуiнiң шешiмi қозғалыс теңдеуi сияқты шешiледi. Есептеу алгоритмi жоғарғы өнiмдiлiк жүйесiнде параллелденген түрде жүргiзiледi. Осылайша есептеу алгоритмi арқылы түзу нүктелi плазмалық реактордағы температураның таралу процесiнiң есептеуi алынды. Эксперименталды зерттеулерде көрсетiлгендей, әзiрге қол жетiмсiз жаңа физикалық құбылыс процестерiн көрсете алады, лабораториялық зерттеулер мен теориялық анықтамалар анықталғандай сандық модельдеу процестерге тура келетiндей сипаттама бере алады.Библиографиялық сілтемелер
[1]1. В.А. Рабинович Дисперсные системы. – Большая энциклопедия химии, 1985. –704 с.
[2] 2.Н. Б. Урьев Высококонцентрированные дисперсные системы. – М., 1980. - 502 с.
[3]3. C. Пaтaнкap Чиcлeнныe мeтoды peшeния зaдaч тeплooбмeнa и динaмики жидкocти. – M.: Энepгoaтoмиздaт, 1984.
- 152 c.
[4]4.B.Ф. Ceмeнoв Pacчeт туpбулeнтнoгo пoтoкa гaзa в кaнaлe плaзмoтpoнa co cтупeнчaтым элeктpoдoм // Becтник
Kыpгызcкo-Poccийcкoгo Cлaвянcкoгo унивepcитeтa. - 2003. № 5.
[5] 5.B.C. Энгeльшт , B.Ц. Гуpoвич , Г.A. Дecяткoв и дp. Teopия cтoлбa элeктpичecкoй дуги. – Hoвocибиpcк: Haукa
CO, 1990, T. 1, – 376 c.
[6] 6.A. Жaйнaкoв , P.M.Уpуcoв ,T.Э. Уpуcoвa Чиcлeнный aнaлиз нeocecиммeтpичных элeктpичecких дуг. – Бишкeк:
Илим, 2001. – 232 c.
[7] 7.И.Г.Пaнeвин , B.И.Хвecюк , И.П.Haзapeнкo и дp. Teopия и pacчeт пpиэлeктpoдных пpoцeccoв. – Hoвocибиpcк:
Haукa CO, T. 10, 1992. – 197 c.
[8] 8.M.Ф. Жукoв , И.M. Зacыпкин , A.H. Tимoшeвcкийи дp. Элeктpoдугoвыe гeнepaтopы тepмичecкoй плaзмы. –
Hoвocибиpcк: Haукa, CП PAH, T. 17, 1999. – 712 c.
[9] 9.M.Ф. Жукoв , A.C.Kopoтeeв , Б.A.Уpюкoв Пpиклaднaя динaмикa тepмичecкoй плaзмы. – Hoвocибиpcк: Haукa CO,
1975. – 298 c.
[10] 10.D. C.Wilcox Turbulence Modeling for CFD, 2nd ed. DCW Industries, 2006. – 522 p.
[11]11. T. H. Shih , W. W. Liou , A. Shabbir ,Z. Yang ,J. Zhu A New k-e Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number
Turbulent Flows-Model Development and Validation // Computers and Fluids. 24(3), 1995. – 227-238 pp.
[12]12. A.J. Chorin Numerical solution of the Navier-Stokes equations. // Math. Comp. 22, 1968. – 745-762 pp.
[13]13. A. Issakhov Large eddy simulation of turbulent mixing by using 3D decomposition method // J. Phys.: Conf. Ser. 318,
Issue 4, 2011. –1282-1288 pp., 042051. doi:10.1088/1742-6596/318/4/042051
[14]14. A. Issakhov Mathematical Modelling of the Influence of Thermal Power Plant on the Aquatic Environment with Different
Meteorological Condition by Using Parallel Technologies // Power, Control and Optimization. Lecture Notes in Electrical
Engineering. Volume 239, 2013. – 165-179 pp.
[15]15. A.Issakhov Mathematical modelling of the influence of thermal power plant to the aquatic environment by using parallel
technologies // AIP Conf. Proc. 1499, 2012. –15-18 pp. doi: http://dx.doi.org /10.1063/ 1.4768963
[16]16. J. Kim ,P. Moin Application of a fractional-step method to incompressible Navier-Stokes equations // J. Comp. Phys.
59, 1985. –308-323 pp.
[17]17. T. J. Chung Computational Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2002. – 1012 p.
[18]18. J. H. Ferziger, M. Peric Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer; 3rd edition, 2013, –426 p.
[19]19. R.Peyret , D. Th. Taylor Computational Methods for Fluid Flow. New York: Berlin: Springer-Verlag. 1983, –358 p.
[20]20. P.J. Roache Computational Fluid Dynamics, Albuquerque, NM: Hermosa Publications. 1972, –434 p.
[1] 1.V.А. Rabinovich Dispersnye sistemy. — Bol’shaja jenciklopedija himii, 1985. –704 p.
[2] 2.N. B. Ur’ev Vysokokoncentrirovannye dispersnye sistemy. – М., 1980. - 502 p.
[3] 3.S. Patankar Chiclennye metody peshenija zadach teploobmena i dinamiki zhidkocti. – M.: Jenepgoatomizdat, 1984. - 152 p.
[4] 4.B.F.semenov Raschet tupbulentnogo potoka gaza v kanale plazmotrona so stupenchatym jelektpodom // – Vestnik Kypgyzcko-Poccijskogo Slavjanckogo univepsiteta. - 2003. № 5.
[5] 5.B.S. Jengel’sht , B.C. Gupovich , G.A. Decjatkov i dr. Teorija stolba jelektricheskoj dugi. -– Hovosibirsk: Hauka SO, 1990, V. 1, – 376 p.
[6] 6.A. Zhajnakov, R.M.Urusov , T.Je. Urusova Chislennyj analiz neosesimmetrichnyh jelektpicheskih dug. — Bishkek: Ilim, 2001. – 232 p.
[7] 7.I.G. Panevin, B.I. Hvecjuk ,I.P. Hazarenko i dr. Teorija i raschet prijelektrodnyh processov. -– Hovosibirsk: Hauka SO,V. 10, 1992. – 197 p.
[8] 8.M.F. Zhukov, I.M. Zacypkin , A.N. Timoshevskij i dr. Jelektpodugovye generatory termicheskoj plazmy. -– Hovosibirsk:Hauka CP RAN, V. 17, 1999. – 712 p.
[9] 9.M.F. Zhukov, A.S. Koroteev , B.A. Urjukov Prikladnaja dinamika termicheskoj plazmy. -– Hovosibirsk: Hauka SO, 1975. – 298 p.
[10]10. D. C.Wilcox Turbulence Modeling for CFD, 2nd ed. DCW Industries, 2006. – 522 p.
[11]11. T. H. Shih , W. W. Liou , A. Shabbir ,Z. Yang ,J. Zhu A New k-e Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows-Model Development and Validation // Computers and Fluids. 24(3), 1995. – 227-238 pp.
[12]12. A.J. Chorin Numerical solution of the Navier-Stokes equations // Math. Comp. 22, 1968. – 745-762 pp.
[13]13. A. Issakhov Large eddy simulation of turbulent mixing by using 3D decomposition method // J. Phys.: Conf. Ser. 318, Issue 4, 2011. –1282-1288 pp., 042051. doi:10.1088/1742-6596/318/4/042051
[14]14. A. Issakhov Mathematical Modelling of the Influence of Thermal Power Plant on the Aquatic Environment with Different Meteorological Condition by Using Parallel Technologies // Power, Control and Optimization. Lecture Notes in Electrical Engineering. Volume 239, 2013. – 165-179 pp.
[15]15. A.Issakhov Mathematical modelling of the influence of thermal power plant to the aquatic environment by using parallel technologies // AIP Conf. Proc. 1499, 2012. –15-18 pp. doi: http://dx.doi.org /10.1063/ 1.4768963
[16]16. J. Kim ,P. Moin Application of a fractional-step method to incompressible Navier-Stokes equations // J. Comp. Phys. 59, 1985. –308-323 pp.
[17]17. T. J. Chung Computational Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2002. – 1012 p.
[18]18. J. H. Ferziger, M. Peric Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer; 3rd edition, 2013, –426 p.
[19]19. R.Peyret , D. Th. Taylor Computational Methods for Fluid Flow. New York: Berlin: Springer-Verlag. 1983, –358 p.
[20]20. P.J. Roache Computational Fluid Dynamics, Albuquerque, NM: Hermosa Publications. 1972, –434 p.
[2] 2.Н. Б. Урьев Высококонцентрированные дисперсные системы. – М., 1980. - 502 с.
[3]3. C. Пaтaнкap Чиcлeнныe мeтoды peшeния зaдaч тeплooбмeнa и динaмики жидкocти. – M.: Энepгoaтoмиздaт, 1984.
- 152 c.
[4]4.B.Ф. Ceмeнoв Pacчeт туpбулeнтнoгo пoтoкa гaзa в кaнaлe плaзмoтpoнa co cтупeнчaтым элeктpoдoм // Becтник
Kыpгызcкo-Poccийcкoгo Cлaвянcкoгo унивepcитeтa. - 2003. № 5.
[5] 5.B.C. Энгeльшт , B.Ц. Гуpoвич , Г.A. Дecяткoв и дp. Teopия cтoлбa элeктpичecкoй дуги. – Hoвocибиpcк: Haукa
CO, 1990, T. 1, – 376 c.
[6] 6.A. Жaйнaкoв , P.M.Уpуcoв ,T.Э. Уpуcoвa Чиcлeнный aнaлиз нeocecиммeтpичных элeктpичecких дуг. – Бишкeк:
Илим, 2001. – 232 c.
[7] 7.И.Г.Пaнeвин , B.И.Хвecюк , И.П.Haзapeнкo и дp. Teopия и pacчeт пpиэлeктpoдных пpoцeccoв. – Hoвocибиpcк:
Haукa CO, T. 10, 1992. – 197 c.
[8] 8.M.Ф. Жукoв , И.M. Зacыпкин , A.H. Tимoшeвcкийи дp. Элeктpoдугoвыe гeнepaтopы тepмичecкoй плaзмы. –
Hoвocибиpcк: Haукa, CП PAH, T. 17, 1999. – 712 c.
[9] 9.M.Ф. Жукoв , A.C.Kopoтeeв , Б.A.Уpюкoв Пpиклaднaя динaмикa тepмичecкoй плaзмы. – Hoвocибиpcк: Haукa CO,
1975. – 298 c.
[10] 10.D. C.Wilcox Turbulence Modeling for CFD, 2nd ed. DCW Industries, 2006. – 522 p.
[11]11. T. H. Shih , W. W. Liou , A. Shabbir ,Z. Yang ,J. Zhu A New k-e Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number
Turbulent Flows-Model Development and Validation // Computers and Fluids. 24(3), 1995. – 227-238 pp.
[12]12. A.J. Chorin Numerical solution of the Navier-Stokes equations. // Math. Comp. 22, 1968. – 745-762 pp.
[13]13. A. Issakhov Large eddy simulation of turbulent mixing by using 3D decomposition method // J. Phys.: Conf. Ser. 318,
Issue 4, 2011. –1282-1288 pp., 042051. doi:10.1088/1742-6596/318/4/042051
[14]14. A. Issakhov Mathematical Modelling of the Influence of Thermal Power Plant on the Aquatic Environment with Different
Meteorological Condition by Using Parallel Technologies // Power, Control and Optimization. Lecture Notes in Electrical
Engineering. Volume 239, 2013. – 165-179 pp.
[15]15. A.Issakhov Mathematical modelling of the influence of thermal power plant to the aquatic environment by using parallel
technologies // AIP Conf. Proc. 1499, 2012. –15-18 pp. doi: http://dx.doi.org /10.1063/ 1.4768963
[16]16. J. Kim ,P. Moin Application of a fractional-step method to incompressible Navier-Stokes equations // J. Comp. Phys.
59, 1985. –308-323 pp.
[17]17. T. J. Chung Computational Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2002. – 1012 p.
[18]18. J. H. Ferziger, M. Peric Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer; 3rd edition, 2013, –426 p.
[19]19. R.Peyret , D. Th. Taylor Computational Methods for Fluid Flow. New York: Berlin: Springer-Verlag. 1983, –358 p.
[20]20. P.J. Roache Computational Fluid Dynamics, Albuquerque, NM: Hermosa Publications. 1972, –434 p.
[1] 1.V.А. Rabinovich Dispersnye sistemy. — Bol’shaja jenciklopedija himii, 1985. –704 p.
[2] 2.N. B. Ur’ev Vysokokoncentrirovannye dispersnye sistemy. – М., 1980. - 502 p.
[3] 3.S. Patankar Chiclennye metody peshenija zadach teploobmena i dinamiki zhidkocti. – M.: Jenepgoatomizdat, 1984. - 152 p.
[4] 4.B.F.semenov Raschet tupbulentnogo potoka gaza v kanale plazmotrona so stupenchatym jelektpodom // – Vestnik Kypgyzcko-Poccijskogo Slavjanckogo univepsiteta. - 2003. № 5.
[5] 5.B.S. Jengel’sht , B.C. Gupovich , G.A. Decjatkov i dr. Teorija stolba jelektricheskoj dugi. -– Hovosibirsk: Hauka SO, 1990, V. 1, – 376 p.
[6] 6.A. Zhajnakov, R.M.Urusov , T.Je. Urusova Chislennyj analiz neosesimmetrichnyh jelektpicheskih dug. — Bishkek: Ilim, 2001. – 232 p.
[7] 7.I.G. Panevin, B.I. Hvecjuk ,I.P. Hazarenko i dr. Teorija i raschet prijelektrodnyh processov. -– Hovosibirsk: Hauka SO,V. 10, 1992. – 197 p.
[8] 8.M.F. Zhukov, I.M. Zacypkin , A.N. Timoshevskij i dr. Jelektpodugovye generatory termicheskoj plazmy. -– Hovosibirsk:Hauka CP RAN, V. 17, 1999. – 712 p.
[9] 9.M.F. Zhukov, A.S. Koroteev , B.A. Urjukov Prikladnaja dinamika termicheskoj plazmy. -– Hovosibirsk: Hauka SO, 1975. – 298 p.
[10]10. D. C.Wilcox Turbulence Modeling for CFD, 2nd ed. DCW Industries, 2006. – 522 p.
[11]11. T. H. Shih , W. W. Liou , A. Shabbir ,Z. Yang ,J. Zhu A New k-e Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows-Model Development and Validation // Computers and Fluids. 24(3), 1995. – 227-238 pp.
[12]12. A.J. Chorin Numerical solution of the Navier-Stokes equations // Math. Comp. 22, 1968. – 745-762 pp.
[13]13. A. Issakhov Large eddy simulation of turbulent mixing by using 3D decomposition method // J. Phys.: Conf. Ser. 318, Issue 4, 2011. –1282-1288 pp., 042051. doi:10.1088/1742-6596/318/4/042051
[14]14. A. Issakhov Mathematical Modelling of the Influence of Thermal Power Plant on the Aquatic Environment with Different Meteorological Condition by Using Parallel Technologies // Power, Control and Optimization. Lecture Notes in Electrical Engineering. Volume 239, 2013. – 165-179 pp.
[15]15. A.Issakhov Mathematical modelling of the influence of thermal power plant to the aquatic environment by using parallel technologies // AIP Conf. Proc. 1499, 2012. –15-18 pp. doi: http://dx.doi.org /10.1063/ 1.4768963
[16]16. J. Kim ,P. Moin Application of a fractional-step method to incompressible Navier-Stokes equations // J. Comp. Phys. 59, 1985. –308-323 pp.
[17]17. T. J. Chung Computational Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2002. – 1012 p.
[18]18. J. H. Ferziger, M. Peric Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer; 3rd edition, 2013, –426 p.
[19]19. R.Peyret , D. Th. Taylor Computational Methods for Fluid Flow. New York: Berlin: Springer-Verlag. 1983, –358 p.
[20]20. P.J. Roache Computational Fluid Dynamics, Albuquerque, NM: Hermosa Publications. 1972, –434 p.
Жүктелулер
Как цитировать
Mansurov., Z. A., Urmashev., B. A., & Issakhov., A. A. (2015). Моделирование процесса обработки дисперсных материалов в прямоточном плазменном реакторе.Түзу нүктелi плазмалық реактордағы дисперстi өнiмдердi өңдеудiң процесiн модельдеу. Қазұу Хабаршысы. Математика, механика, информатика сериясы, 85(2), 42–57. вилучено із https://bm.kaznu.kz/index.php/kaznu/article/view/286
Шығарылым
Бөлім
Математика
