A Numerical Algorithm for Studying Subsonic Chemically Reacting Flow in the Presence of Laser Radiation

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The article presents a numerical algorithm for studying subsonic viscous chemically active flows in the presence of laser radiation. The process model is described in the Navier – Stokes approximation   adjusted for the subsonic flow regime, with addition of source terms corresponding to chemical transformations. An additional ordinary differential equation describing the propagation of laser radiation along the length of the region under study is introduced as well. The computational algorithm is based on splitting by physical processes. This makes it possible to calculate separately changes in concentrations during chemical transformations, convective fluxes, dissipative terms, dynamic pressure deviation and propagation of laser radiation. To account for the dissipative terms (diffusion, viscosity, and thermal conductivity), the local iteration method based on Chebyshev polynomials’ ordering. Due to the possible use of a larger total calculation time step, the software implementation of the constructed algorithm reveals shorter calculation times using the local iteration method for calculating dissipative terms in comparison with the algorithm calculating them based on a scheme with central differences.
The algorithm was verified using the example of methane conversion by comparing it with the calculation of the stoichiometric balance of the brutto-reaction, as well as by studying the convergence of the solution on a sequence of thickening grids. Based on the developed algorithm, a numerical study of non-oxidative conversion of methane under the influence of laser radiation in a circular tube was carried out, and graphs of the distribution of the main characteristics of the mixture were obtained.
 

Авторлар туралы

Elizaveta Peskova

National Research Mordovia State University

Email: e.e.peskova@math.mrsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2618-1674

 Ph.D. (Phys. and Math.), Associate professor, Senior Researcher, Department of Applied Mathematics

Ресей, 68/1 Bolshevistskaya St., Saransk 430005, Russia

Olga Yazovtseva

National Research Mordovia State University

Email: yaos@math.mrsu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8075-4491

Ph.D. (Phys. and Math.), Senior Researcher, Department of Applied Mathematics

Ресей, 68/1 Bolshevistskaya St., Saransk 430005, Russia

Maxim Mustaykin

National Research Mordovia State University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: maksimmustajkin@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-8690-0787
Ресей, 68/1 Bolshevistskaya str., Saransk, 430005, Russia

Әдебиет тізімі

  1. E. A. Lashina, E. E. Peskova, V. N. Snytnikov, "Mathematical Modeling of the Dynamics of Thermal Conversion of Methane-Ethane Mixtures in a Wide Temperature Range", Chemistry for Sustainable Development, 31:3 (2023), 278–286. doi: 10.15372/KhUR2023467
  2. V. I. Bezyaev, N. K. Sadekov, "On Hemodynamics Problems on Graphs", Journal of Mathematical Sciences, 239:6 (2019), 725–738. doi: 10.1007/S10958-019-04322-W
  3. A. I. Sukhinov, A. E. Chistyakov, Yu. V. Belova, I. Yu. Kuznetsova, "Analytical and numerical study of the problem of plankton population dyncrossrefamics in the presence of microplastics", Matematicheskoe modelirovanie, 36:3 (2024), 95–114 (In Russ.). doi: 10.20948/mm-2024-03-07
  4. A. Majda, J. Sethian, "The derivation and numerical solution of the equations for zero Mach number combustion", Combustion Science and Technology, 42 (1986), 185–205. doi: 10.1080/00102208508960376
  5. R. G. Rehm, H. R. Baum, "The equation of motion for thermally driven, buoyant flows", Journal of Research of the National Bureau of Standards, 83:3 (1978), 297–308. doi: 10.6028/jres.083.019
  6. E. E. Peskova, V. N. Snytnikov, R. V. Zhalnin, "The computational algorithm for studying internal laminar flows of a multicomponent gas with different-scale chemical processes", Computer research and modeling, 15:5 (2023), 1169–1187. doi: 10.1080/00102208508960376
  7. M. S. Day, J. B. Bell, "Numerical simulation of laminar reacting flows with complex chemistry", Combustion Theory and Modelling, 4:4 (2000), 535–556. doi: 10.1088/1364-7830/4/4/309
  8. F. V. Bunkin, N. A. Kirichenko, B. S. Luk'yanchuk, "Thermochemical action of laser radiation", Uspekhi fizicheskih nauk, 138:1 (1982), 45–94 (In Russ.). doi: 10.3367/UFNr.0138.198209b.0045
  9. R. T. Hall, G. C. Pimentel, "Isomerization of Nitrous Acid: An Infrared Photochemical Reaction", The Journal of Chemical Physics, 38:8 (1963), 1889–1897. doi: 10.1063/1.1733892
  10. N. G. Basov, E. P. Markin, A. N. Oraevsky, A. V. Pankratov, "Photochemical action of infrared radiation", Doklady Akademii Nauk SSSR, 198:5 (1971), 1043–1045 (In Russ.).
  11. A. P. Torbin, P. A. Mikheyev, V. N. Azyazov, "Heterogeneous reactions of iodine atoms in the laser medium O₂ (¹Δ ) - I", Izvestiya Samarskogo Nauchnogo Tsentra, 15:4 (2013), 133–135 (In Russ.).
  12. Vl. N. Snytnikov, V.N. Snytnikov, N. S. Masyuk, T. V. Markelova, "The Absorption of CO2 Laser Radiation by Ethylene in Mixtures with Methane", Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 253:107119 (2020). DOI: 107119.-10.1016/j.jqsrt.2020.107119
  13. E. E. Peskova, V. N. Snytnikov, "Numerical Study of Methane Mixtures' Conversion Under the Influence of Laser Radiation", Middle Volga Mathematical Society Journal, 25:3 (2023), 159–173. doi: 10.15507/2079-6900.25.202303.159-173
  14. G. I. Marchuk, Splitting methods, Nauka, Moscow, 1988, 264 p.
  15. V. T. Zhukov, O. B. Feodoritova, N. D. Novikova, A. P. Duben, "Explicit-Iterative Scheme for the Time Integration of a System of Navier–Stokes Equations", Mathematical Models and Computer Simulations, 12:6 (2020), 958–968. doi: 10.1134/S2070048220060174
  16. E. Hairer, G. Wanner, Solving Ordinary Differential Equations II, Springer-Verlag, 1996 doi: 10.1007/978-3-662-09947-6.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

© Peskova E.E., Yazovtseva O.S., Mustaykin M.S., 2025

Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қолжетімді Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».