Кудинов И.В., Трубицын К.В., Еремин А.В., Долгих В.Д. «Математическое моделирование колебаний газа в реакторе пиролиза метана» Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки, 28, № 4, с. 773-789 (2024)

Разработана математическая модель колебаний газа, возникающих под действием внешней гармонической нагрузки, с учетом пространственно-временной нелокальности. Модель построена на основе уравнения равновесия (движения) и модифицированного закона Гука, в который включены релаксационные члены, учитывающие длину и время свободного пробега микрочастиц (электронов, атомов, молекул, ионов и др.). Численное исследование модели показало, что при совпадении собственной частоты колебаний газа с частотой внешней нагрузки возникает резонанс, характеризующийся резким увеличением амплитуды колебаний, величина которой ограничивается коэффициентом трения газа. В случае, когда частота внешней нагрузки близка к собственной частоте колебаний газа, наблюдаются бифуркационно-флаттерные колебания (биения), сопровождающиеся периодическим увеличением и уменьшением амплитуды колебаний в каждой точке пространственной переменной. При этом колебания газа характеризуются бесконечным множеством амплитуд и частот. Периодические изменения перемещений и давления газа, варьирующиеся от нуля до некоторого максимального значения и распространяющиеся вдоль реактора пиролиза метана, способствуют очистке его внутренних поверхностей от рыхлых углеродных отложений. Удаленный со стенок реактора углерод скапливается в нижней части между двумя газоплотными задвижками, что позволяет удалять его без остановки процесса пиролиза. Данная модель может быть полезна для оптимизации процессов очистки реакторов и повышения эффективности пиролиза метана. Ключевые слова: реактор пиролиза метана, получение водорода и углерода, математическая модель колебаний газа, учет пространственно-временной нелокальности, гармоническая внешняя нагрузка, численное решение, резонансные и бифуркационно-флаттерные колебания, способ удаления углерода