Модели многофазных сред в природных, технических и социальных системахНИР

Multi-phase models in natural, social and technical systems.

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Модели многофазных сред в природных, технических и социальных системах
Результаты этапа: Разработаны математические модели и проведено вычислительное моделирование движения сложных многокомпонентных систем (автотранспортных потоков на магистралях, техногенных загрязнений в околоземном космическом пространстве, полидисперсных смесей с частицами или каплями, течений в пористых средах при учете физико-химических превращений), описываемых с позиций механики сплошных сред.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Модели многофазных сред в природных, технических и социальных системах. этап 2
Результаты этапа: Разработаны вычислительные модели и проведены исследования процессов в природных технических и социальных системах, а именно: 1)взаимодействия ударных волн от взрывов сверхновых с молекулярными облаками и образования филаментных структур; 2)функционирования космических тросовых систем, предназначенных для очистки околоземного пространства от космического мусора; 3)математического моделирования поведения водителей в условиях интенсивного трафика на магистралях с элементами регулирования движения.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Модели многофазных сред в природных, технических и социальных системах. Этап 3
Результаты этапа: Проведены работы по созданию математических моделей движения сложных многокомпонентных систем (автотранспортных потоков на магистралях, техногенных загрязнений в околоземном космическом пространстве, полидисперсных смесей с частицами или каплями, течений в пористых средах при учете физико-химических превращений), описываемых с позиций механики сплошных сред.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Модели многофазных сред в природных, технических и социальных системах. Этап 4.
Результаты этапа: Рассмотрены фундаментальные проблемы предсказательного моделирования многомасштабных процессов в природных и технических системах на супер-ЭВМ. В результате экспериментального, теоретического и численного исследования фильтрационных течений в данной работе были получены следующие результаты: 1) В результате проведенного сравнения данных суперкомпьютерного моделирования процессов вытеснения нефти из образцов неокомских песчанников с лабораторным экспериментом по вытеснению нефтезаменяющих жидкостей водой показана принципиальная возможность определения неизвестных параметров модели, а именно, капиллярных характеристик породы и насыщающих жидкостей. 2) Разработана модель, описывающая размытие фронта вытеснения из-за диффузии, капиллярных эффектов и неустойчивости потока; модель использует две эмпирические константы. Эта модель может описывать особенности фронта вытеснения даже в случае одномерного моделирования.Для оценки эмпирических констант были использованы результаты экспериментов в условиях микрогравитации; эти условия необходимы для исключения фактора сил тяжести, влияющего на поток и уменьшающего капиллярные эффекты. 3) Было показано, что капиллярные эффекты играют значительную роль только тогда, когда внешний градиент давления достаточно мал по сравнению с капиллярными силами, в противном случае капиллярным фактором можно пренебречь. Был введен безразмерный критерий, характеризующий соотношение вынужденной и капиллярной конвекции. При малых значениях критерия капиллярные силы и смачивающие свойства среды играют существенную роль в процессе вытеснения. При больших значениях критерия процесс практически не зависит от смачивающих свойств жидкости. 4) Показано, что при переходе из более проницаемой среды в менее проницаемую скорость границы раздела фаз возрастает. Это связано с тем, что капиллярные силы в среде с низкой проницаемостью больше. При дальнейшем течении в низкопроницаемой среде скорость впитывания уменьшается гораздо быстрее, чем в высокопроницаемой среде. Также показано, что дисперсия жидкости при ее просачивании в низкопроницаемую среду значительно выше. Разработана математическая модель многофазной фильтрации с учетом инерционных эффектов. Результаты эксперимента сопоставлены с результатами численного моделирования течения вязкой жидкости в пористой среде с учетом капиллярных и инерционных эффектов. 5) Исследование влияния трещины гидроразрыва пласта на процесс нефтедобычи показало, что наличие трещины ускоряет вытеснение нефти, при этом суммарное количество добытой нефти не изменяется. Ориентация трещины гидроразрыва может существенно влиять на динамику вытеснения. Таким образом, трещина гидроразрыва не приводит к увеличению нефтеотдачи пласта.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Модели многофазных сред в природных, технических и социальных системах. Этап 5.
Результаты этапа: Основными составляющими кода являются следующие компоненты программы: блок базисных аналитических решений, включающий вычисление коэффициентов влияния для перемещений и напряжений; ввод начальной геометрии трещин и границ тела; ввод граничных условий; формирование глобальной матрицы и вектора правой части системы линейных уравнений для скачков перемещений; программа решения системы и архивация результатов; расчёт поля перемещений и поля напряжений для заданной дискретной системы точек тела; программа определения коэффициентов интенсивности напряжений на границе трещин; визуализация результатов. Программа оттестирована. С этой целью проведено сравнение с аналитическими решениями и численными результатами других авторов. Тестирование проведено для одиночной круглой трещины, для двух параллельных одноосных круглых трещин, для эллиптических трещин. Для задачи плоско-трехмерной модели роста трещины в неоднородных средах результаты показывают, что наличие ослабленных областей способствует росту трещины в этих направлениях и в прилегающих к ним областях, что приводит к локальной выпуклой форме трещины на ослабленных участках. Наличие областей повышенной прочности препятствует росту трещины в этих направлениях и примыкающих областях, что приводит к локальной вогнутой форме трещины в областях повышенной прочности. Чем меньше (больше) прочность областей, тем быстрее (медленнее) растут эти области, что приводит к неравномерному распространению трещины. Положение ослабленных областей и положение областей повышенной прочности являются основными факторами, влияющими на форму трещины. Чем ближе неоднородные области, тем нерегулярнее форма трещины (тем больше она отличается от круговой). Это связано с тем, что с приближением друг к другу пары неоднородных областей взаимодействие между ними усиливается, причем влияние неоднородности прочности пласта на рост трещины также усиливается. При наличии ослабленных областей поверхность трещины растет быстрее в этих областях. Это уменьшает раскрытие трещины в целом, поскольку суммарный объем жидкости в трещине одинаков при одинаковом времени закачки. Доля ослабленных областей (как и доля областей повышенной прочности) существенно влияет на форму трещины и на общую скорость распространения трещины: чем больше доля ослабленных областей (или чем меньше доля областей повышенной прочности), тем больше общая скорость распространения трещины. Это приводит к увеличению разницы между скоростями роста в двух направлениях с увеличением доли ослабленных областей, и форма трещины изменяется с круглого профиля до приближенного эллиптического профиля и далее – до приближенного прямоугольного профиля. Это связано с тем, что с увеличением количества ослабленных областей они влияют друг на друга сильнее, и эффект неоднородности прочности усиливается. В рамках исследования неравновесных процессов в многофазных горючих смесях проанализированы результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований процессов горения и инициирования детонации в гетерогенных полидисперсных смесях. Проведены численные эксперименты. Подробно рассматриваются проблемы распыления, испарения и горения капель топлива, а также неравновесные эффекты при распылении капель и фазовых переходах. Исследовано влияние неравномерности размеров капель и неравномерности пространственного распределения на воспламенение смеси и ускорение пламени при сильном и слабом инициировании детонации: ударной волной и искровым зажиганием с последующим дефлаграционным переходом в детонацию (ДДТ). Изучены особенности струйного впрыска и воспламенения в реакционной камере.Исследование поведения отдельных капель в нагретом воздушном потоке позволило выделить два сценария нагрева и испарения капель. Мелкие капельки последовательно нагреваются, затем охлаждаются за счет потерь тепла на испарение, а затем быстро нагреваются до конца своего срока службы. Более крупные капли могут непосредственно нагреваться до критической температуры, а затем быстро испаряться. Распыление капель мешает сценарию нагрева и испарения.Исследование сильного воспламенения капельного облака ударной волной показало, что увеличение концентрации капель выше определенного значения тормозит начало детонации в дисперсных смесях и порождает детонационный режим, характерный для несмешанных систем, когда активное горение происходит только в тонком пограничном слое облака. В глубине облака ударная волна затухает в результате взаимодействия с холодными каплями.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
2. project_report_gost_Smirn.pdf project_report_gost_Smirn.pdf 44,6 КБ 30 января 2020 [NNS_1954]