Компьютерное моделирование течения углеводородного флюида в химическом реакторе со слоем катализатора

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе рассмотрен процесс изомеризации углеводородного флюида в химическом реакторе со слоем катализатора, предназначенном для синтеза перспективных продуктов и материалов. Выделены основные параметры течения, необходимые для корректного описания гидроизомеризации в химическом реакторе. Построена новая математическая модель, включающая регуляризованные на основе квазигидродинамического подхода уравнения Навье-Стокса, усредненные по репрезентативному элементарному объему, и систему уравнений конвекции-диффузии для расчета концентрации сырья и продуктов реакции. Для предложенной модели разработан вычислительный алгоритм и выполнена его компьютерная реализация. Оригинальность разработанной методологии моделирования состоит в объединении квазигидродинамического подхода с методами расчета течений углеводородов в пористых средах. В рамках данной методологии проведены пробные расчеты конкретной прикладной задачи, показавшие корректность разработанного численного подхода.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Поляков

ФИЦ Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: polyakov@imamod.ru
Россия, Москва

В. О. Подрыга

ФИЦ Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук

Email: polyakov@imamod.ru
Россия, Москва

Н. И. Тарасов

ФИЦ Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук

Email: polyakov@imamod.ru
Россия, Москва

К. Ф. Коледина

Лаборатория математической химии Института нефтехимии и катализа УФИЦ РАН

Email: polyakov@imamod.ru
Россия, Уфа

Список литературы

  1. Бакун В.Г., Яковенко Р.Е., Салиев А.Н., Сулима С.И., Земляков Н.Д., Некроенко С.В. Получение синтетических низкозастывающих дизельных топлив: технологии и перспективы // Инженерный вестник Дона. 2017. №4. C 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4537
  2. Савостьянов А.П., Яковенко Р.Е., Нарочный Г.Б., Меркин А.А. Получение арктического дизельного топлива из попутного нефтяного газа // Журнал “Neftegaz.RU”. 2017. Т. 71. № 11. С. 1. https://magazine.neftegaz.ru/archive/503191/
  3. Зайнуллин Р.З., Коледина К.Ф., Ахметов А.Ф., Губайдуллин И.М. Кинетика каталитического риформинга бензина // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. № 3. С. 292.
  4. Зайнуллин Р.З., Коледина К.Ф., Ахметов А.Ф., Губайдуллин И.М. Возможные пути модернизации реакторного блока каталитического риформинга на основе кинетической модели // Эл. науч. журн. “Нефтегазовое дело”. 2018. № 6. С. 78.
  5. Фасхутдинов Р.Р., Зайнуллин Р.З., Ромеро А.Э., Ахметова К.Р. Эффективный метод оценки коммерческих катализаторов каталитического крекинга в лабораторных условиях // Булат. чтен. 2020. Т. 5. С. 290.
  6. Самотылова С.А., Торгашов А.Ю. Применение физически обоснованной математической модели массообменного технологического процесса для повышения точности оценивания качества конечного продукта // Теорет. основы хим. технологии. 2022. Т. 56. № 3. С. 379. [Samotylova S.A., Torgashov A.Y. Application of a first principles mathematical model of a mass-transfer technological process to improve the accuracy of the estimation of the end product quality // Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. № 3. P. 371.]
  7. Rybak I., Schwarzmeier C., Eggenweiler E., Rude U. Validation and calibration of coupled porous-medium and free-flow problems using pore-scale resolved models // Comput. Geosci. 2021. V: 25. P. 621.
  8. Costa V.A.F., Oliveira L.A., Baliga B.R., Sousa A.C.M. Simulation of coupled flows in adjacent porous and open domains using a control-volume finite-element method // Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2024. V: 45. № 7. P. 675.
  9. Das M.K., Mukherjee P.P., Muralidhar K. Modeling Transport Phenomena in Porous Media with Applications. New York: Springer, 2018.
  10. Duzel U., Martin A. Modeling high velocity flow through porous media // Proc. AIAA Scitech 2020 Forum. Orlando, 2020. P. 17.
  11. Поляков С.В., Трапезникова М.А., Чурбанов А.Г., Чурбанова Н.Г. Расчет несжимаемых течений в системе “пористое тело – свободный поток”. Препринт № 71. М.: Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2021.
  12. Elizarova T.G. Quasi-Gas Dynamic Equations. NY: Springer – Verlag, 2009.
  13. Шеретов Ю.В. Математические модели гидродинамики: учеб. пособие Тверь: Твер. гос. ун-т, 2004.
  14. Шеретов Ю.В. Кинетически согласованные уравнения газовой динамики: монография. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2023.
  15. Kaviany M. Principles of Heat Transfer in Porous Media. New York: Mechanical Engineering Series, Springer, 1991.
  16. Ingham D.B., Pop I. Transport Phenomena in Porous Media. V. 2. Oxford: Pergamon Press, Elsevier Science, 2002.
  17. Nield D.A., Bejan A. Convection in Porous Media. 4th ed. New York: Springer, 2013.
  18. Whitaker S. Volume Averaging of Transport Equations // Fluid Transport in Porous Media, 1997. P. 1.
  19. Eymard R., Gallouet T., Herbin R. Finite volume methods // Handbook of Numerical Analysis. 2000. V. 7. P. 713.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расчетная область (единицы измерения – 0.001 м).

Скачать (2KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расчетная область тестовой задачи (единицы измерения – 1 м).

Скачать (1KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределения модуля скорости вдоль центральной линии (штриховые линии – расчеты в Ansys Fluent, сплошные – оригинальная модель, синий – Re = 100, зеленый – Re = 500, пурпурный – Re = 1000).

Скачать (24KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение давления.

Скачать (9KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение модуля скорости.

Скачать (10KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределения 1 – давления и 2 – модуля скорости вдоль линии AB на рис. 5.

Скачать (16KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределение концентрации сырья на момент времени 1000. Фрагмент реактора.

Скачать (9KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределение концентрации продукта реакции на момент времени 1000. Фрагмент реактора.

Скачать (10KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».