Компьютерное моделирование течения углеводородного флюида в химическом реакторе со слоем катализатора

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

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.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

С. Поляков

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

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: polyakov@imamod.ru
Ресей, Москва

В. Подрыга

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

Email: polyakov@imamod.ru
Ресей, Москва

Н. Тарасов

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

Email: polyakov@imamod.ru
Ресей, Москва

К. Коледина

Лаборатория математической химии Института нефтехимии и катализа УФИЦ РАН

Email: polyakov@imamod.ru
Ресей, Уфа

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Calculation area (units of measurement – ​​0.001 m).

Жүктеу (2KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Calculated area of ​​the test problem (units of measurement – ​​1 m).

Жүктеу (1KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Distributions of the velocity module along the central line (dashed lines – calculations in Ansys Fluent, solid lines – original model, blue – Re = 100, green – Re = 500, purple – Re = 1000).

Жүктеу (24KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Pressure distribution.

Жүктеу (9KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Distribution of the velocity module.

Жүктеу (10KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Distributions 1 – pressure and 2 – velocity modulus along line AB in Fig. 5.

Жүктеу (16KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Distribution of raw material concentration at time 1000. Reactor fragment.

Жүктеу (9KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Distribution of reaction product concentration at time 1000. Reactor fragment.

Жүктеу (10KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024