Моделювання об’єктів з розподіленими параметрами в середовищі COMSOL Multiphysics

Автор(и)

  • Віталій Русланович Тріщ Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml
  • Дмитро Олександрович Ковалюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2025.333974

Ключові слова:

моделювання, об'єкти з розподіленими параметрами, три-риформінг метану, програмні засоби, COMSOL Multiphysics, автоматизоване керування, енергоефективність

Анотація

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.

Біографії авторів

Віталій Русланович Тріщ, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Асистент кафедри технічних та програмних засобів автоматизації Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Дмитро Олександрович Ковалюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент кафедри технічних та програмних засобів автоматизації Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

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

2025-06-30

Як цитувати

Тріщ, В. Р., & Ковалюк, Д. О. (2025). Моделювання об’єктів з розподіленими параметрами в середовищі COMSOL Multiphysics. Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження, (2), 53–59. https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2025.333974

Номер

Розділ

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ