Все выпуски

В работе рассматривается модель химической кинетики, для которой вывод уравнений не опирается на закон действующих масс, а строится на основе таких принципов, как геометрическая вероятность, а также совместная вероятность для двух событий. Для этой модели строится обобщение на случай реакции-диффузии в гетерогенной среде, а также учитывается конвекционный и диффузионный перенос тепловой энергии. Построение данного обобщения проводится по альтернативной методике на основе систем обыкновенных дифференциальных уравнений и без перехода к частным производным. По своему описанию этот подход близок к методу конечных объемов, но в отличие от него для описания диффузии применяются статистические упрощения и принцип геометрической вероятности. Подобный альтернативный вариант позволяет значительно упростить численную реализацию итоговой модели, а также упростить ее качественный анализ методами теории динамических систем. Помимо этого, также значительно повышается эффективность параллельной реализации численного метода для итоговой модели. Дополнительно к этому мы также рассмотрим приложение модели для описания эталонного примера кинетики с квазипериодическим режимом, а также рассмотрим алгоритм перевода стандартных моделей с размерными кинетическими константами к ее формализму.

The paper considers a model of chemical kinetics for which the derivation of equations does not rely on the law of mass action, but is rather based on such principles as geometric probability and joint probability. For this model a generalization is constructed for the case of reaction-diffusion systems in heterogeneous medium, with respect to the convective and diffusive transfer of heat. The construction of this generalization is carried out by an alternative methodology, which is based fully on systems of ordinary differential equations, without a transition to partial derivatives. The description of this new method is a bit similar to the finite volume method, except that it uses statistical simplifying positions and geometric probability to describe diffusion processes. Such approach allows us to greatly simplify the numerical implementation of the resulting model, as well as to simplify its quantitative analysis by dynamical systems theory methods. Moreover, the efficiency of parallel implementation of the numerical method is increased for the resulting model. In addition, the author considers an application of this model for the description of some example reaction with quasi-periodic regime, as well as an algorithm for the transition from standard models with dimensional kinetic constants to its formalism.

В статье выполнен теоретический анализ основополагающих уравнений, выражающих фундаментальные законы сохранения в континуальном и дисконтинуальных приближениях, и методов решения задач гидродинамики как одного из важнейших подразделов механики сплошных сред. Данная работа является попыткой более точно описать физико-химические макропроцессы. Показано, что для компьютерного моделирования больше всего подходят уравнения, которые выражают законы сохранения при естественных ограничениях на минимальные пространственный и временной масштабы, то есть уравнения без частных производных и ограничений на гладкость решений. На примере уравнений неразрывности и теплопроводности, приведен феноменологический способ построения и численного решения основополагающих уравнений, и сравнение с традиционным подходом.

The article presents a theoretical analysis of the governing equations expressing the fundamental conservation laws in the continuum and discontinuum approximations, and methods for solving problems of hydrodynamics as one of the most important subfields of continuum mechanics. This article is an attempt to more accurately describe physicochemical macro-processes. It is shown that the most suitable equations for computer modeling are the conservation laws under natural constraints on the minimum spatial and time scales, i.e., equations without partial derivatives and constraints on the solution smoothness. Using the continuity and thermal conductivity equations, a phenomenological method for constructing and numerically solving the governing equations is presented, and comparison with the traditional approach is given.

В работе приводится моделирование процессов тепло- и массообмена газового (воздушного) пузырька, находящегося в жидкости (воде), охлаждающей нагретую поверхность металла.

The paper presents simulation of heat and mass transfer gas (air) bubble in a liquid (water) cooling the heated metal surface.

Рассматривается нестационарное движение жидкой бинарной смеси в узком протяженном горизонтальном канале с твердыми стенками, нагревающимися по определенному закону. Используется возможность применения решения Остроумова-Бириха к описанию исследуемого течения, что сводит задачу к решению смешанной краевой задачи для системы параболических уравнений. Особенностью задачи является дополнительное к граничным интегральное условие на расход жидкости, позволяющее вместе с функциями скорости, температуры и концентрации находить горизонтальный градиент давления. Посредством построенной численной процедуры решения поставленной задачи проводится анализ полученных характеристик движения при использовании в качестве смеси водного спиртового раствора. Показаны возможности стабилизации нестационарного течения и управления движением посредством периодически меняющейся тепловой нагрузки на стенке канала.

Nonstationary motion of a liquid binary mixture in a narrow long horizontal channel with rigid walls heated according to a certain law is considered. The possibility of applying the Ostroumov-Birikh solution to the description of the flow under study is used. It reduces the problem to solving a mixed boundary value problem for a system of parabolic equations. A feature of the problem is an additional integral condition on the fluid flow rate. It allows finding the pressure gradient together with the functions of velocity, temperature, and concentration. Applying the constructed numerical procedure, the analysis of the obtained characteristics of motion is carried out using water-ethanol solution as a mixture. The possibilities of stabilizing the unsteady flow and controlling the motion by means of a periodically changing thermal load on the channel wall are shown.