Моделювання об’єктів з розподіленими параметрами в середовищі COMSOL Multiphysics
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2025.333974Ключові слова:
моделювання, об'єкти з розподіленими параметрами, три-риформінг метану, програмні засоби, COMSOL Multiphysics, автоматизоване керування, енергоефективністьАнотація
У статті розглянуто математичне моделювання процесу три-риформінгу метану (ТРМ) на основі феномену консервативно-збуреної рівноваги (CPE). Запропоновано комплексний підхід до моделювання реактора ТРМ в середовищі COMSOL Multiphysics з інтеграцією даних, отриманих у DWSIM та MATLAB. Отримано та досліджено модель реактора ідеального витіснення як об’єкту з розподіленими параметрами, що враховує тепломасообмінні процеси та кінетику хімічних реакцій. Продемонстровано досягнення надрівноважних концентрацій цільового продукту у перехідних CPE-режимах, що суттєво підвищує ефективність процесу. На основі отриманих температурних профілів та аналізу розподілу потоків розроблено стратегію автоматизованого керування реактором, спрямовану на підтримку оптимальних умов проведення реакцій. Встановлено, що застосування запропонованого підходу забезпечує стабільний температурний режим без різких перепадів температур по довжині реактора, що сприяє підвищенню продуктивності та енергоефективності процесу. Отримані результати мають практичне значення для автоматизації складних термохімічних систем з розподіленими параметрами та оптимізації їх температурних режимів.
Посилання
Kishan R., Singh D., Sharma A. CFD Analysis of Heat Exchanger Models Design Using Ansys Fluent // Int. J. Mech. Eng. Technol. 2020. Vol. 11. P. 1–9. doi: https://doi.org/10.34218/IJMET.11.2.2020.001.
Reddy S.S., Dey T., Haribabu K., Krishnakumar H. Optimization of Shell and Tube Heat Exchangers for Sea Water Cooling by COMSOL Multiphysics // Int. J. Emerg. Technol. Adv. Eng. 2012. P. 264–270.
Trishch V., Kovaliuk D. Optimization of Technological Parameters of the Methane Tri-Reforming Process Based on the Phenomenon of Conservatively Perturbed Equilibrium // Bull. NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute». Ser. Chem. Eng., Ecol. Resour. Sav. 2024. No. 2. P. 25–32. doi: https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2024.307354.
Vilboi M.O., Trishch V.R., Yablonsky G.S. Conservatively Perturbed Equilibrium (CPE)—Phenomenon as a Tool for Intensifying the Catalytic Process: The Case of Methane Reforming Processes // J. Catal. 2024. Vol. 14(7). P. 395. doi: https://doi.org/10.3390/catal14070395.
Trishch V.R., Vilboi M.O., Yablonsky G.S., Kovaliuk D.O. Hydrogen and CO Over-Equilibria in Catalytic Reactions of Methane Reforming // J. Catal. 2024. Vol. 14(11). P. 773. doi: https://doi.org/10.3390/catal14110773.
Yablonsky G.S., Branco D.P., Marin G.B., Constales D. Conservatively Perturbed Equilibrium (CPE) in Chemical Kinetics // Chem. Eng. Sci. 2019. Vol. 196. P. 384–390. doi: https://doi.org/10.1016/j.ces.2018.11.010.
Yiming X., Xinquan L., Constales D., Yablonsky G.S. Perturbed and Unperturbed: Analyzing the Conservatively Perturbed Equilibrium (Linear Case) // Entropy. 2020. Vol. 22. P. 1160. doi: https://doi.org/10.3390/e22101160.
Yablonsky G.S., Gorban A.N., Constales D., Galvita V.V., Marin G.B. Reciprocal Relations Between Kinetic Curves // EuroPhys. Lett. 2011. Vol. 66. P. 20004. doi: https://doi.org/10.1209/0295-5075/93/20004.
Kubakh S., Tsapar V. Simulation of a Shell-Tube Heat Exchanger in the Oil and Gas Industry // Bull. NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute». Ser. Chem. Eng., Ecol. Resour. Sav. 2023. No. 3. P. 9–22. doi: https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2023.288245.
Hutovskyi D., Zhuchenko O. Mathematical Modeling of Heat Exchange for Efficient Automated Control Systems // Bull. NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute». Ser. Chem. Eng., Ecol. Resour. Sav. 2024. No. 2. P. 18–24. doi: https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2024.307353.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Віталій Русланович Тріщ, Дмитро Олександрович Ковалюк
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
