Предложена двумерная математическая модель распространения химического превращения в пластине в условиях механического нагружения. Проведено численное исследование задачи для трех вариантов условий для напряжений и перемещений на поверхностях пластины: жесткой заделки, одноосного растяжения, сдвига. Установлено, что вследствие связанности полей температур, концентраций и напряжений режимы превращения в разных условиях нагружения различны. В результате параметрического исследования модели показано, что величина внутренних напряжений может существенно превышать внешнюю нагрузку.

Предложена и исследована математическая модель процесса спекания порошковых катодов. Учитывается, что химические превращения происходят с изменением объема и сопровождаются появлением механических напряжений и деформаций дополнительно к напряжениям и деформациям вследствие высоких градиентов температур. В модели полагается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. В работе проведена оценка параметров модели. Определены распределения температуры, концентраций элементов и соединений, относительного объема образца и объемных деформаций.

Представлены сведения об основных параметрах математических моделей горения материалов в различных режимах. Впервые показано, что учет термодинамических и кинетических характеристик фазовых переходов, сопровождаемых химическими реакциями, позволяет объяснить и описать особенности горения материалов, а также их отличие от горения газовых смесей и перехода горения в детонацию. Для инженеров и научных работников, специализирующихся в области физики и теории горения и взрыва.

В книге рассмотрены вопросы расчета химических реакций, протекающих в типичных для процессов химической технологии реакторах. Изложены основы кинетики гомогенных и гетерогенных процессов, приведены рекомендации по состалению материального и энергетического балансов реакторов, освещены вопросы их гидродинамики. Рассмотрена термодинамика химических реакций. Даны примеры расчетов и задачи для самостоятельного решения. Книга дополнена обзорной статьей о современных направлениях работ в области моделирования химических реакторов и исчерпывающей библиографией. Книга представляет большой интерес для инженерно-технических работников проектных организаций, научно-исследовательских институтов, предприятий химической промышленности и смежных с ней отраслей народного хозяйства. Она будет полезна преподавателям и студентам высших учебных заведений.

В пособии рассматривается круг проблем, связанных с построением макрокинетических моделей сложных реакций. Кратко излагается основной формализм макрокинетики, уравнения скорости, расчет констант равновесия обратимых реакций с участием поправки на неидеальность реакционной смеси. Дается характеристика типовых кинетических экспериментальных реакторов и их математические описания. Приводится метод статистической корректировки экспериментальных данных, математические методы и алгоритмические средства, необходимые для идентификации и анализа кинетических моделей. Материал пособия сопровождается учебными программами для ЭВМ, с помощью которых выполняются упражнения и домашние задания. Для студентов, аспирантов и исследователей в области математического моделирования химических процессов и реакторов.

В монографии изложены анализ и расчеты процессов, протекающих в газожидкостных реакторых с суспендированным катализатором (ГЖРСК). Даны условия достижения кинетической области при экспериментальном изучении кинетики химических реакций в таких системах. Рассмотрены физико-химические основы процесса абсорбции с химической реакцией для трехфазных систем. Предложена методика определения концентрации водорода во время реакции гидрирования на суспендированном катализаторе. Описаны процессы гидрирования как жидкостей, так и газов в ГЖРСК. Изложены данные по гидродинамике, продольному перемешиванию и фазовому составу потоков. Проанализированы математические модели для расчета распространенных типов ГЖРСК. Приведены новые результаты по моделированию периодических процессов в ГЖРСК. Книга адресована научным и инженерно-техническим работникам, занимающимся разработкой химических реакторов.

С учетом связанного характера процессов теплопереноса и деформирования, а также возможного изменения скорости реакции под действием внутренних напряжений в отсутствие внешнего механического нагружения исследуется устойчивость плоского фронта реакции в твердой фазе к малым возмущениям в условиях обобщенного плоского напряженного состояния. Задача решается аналитически с использованием метода малых возмущений. Исследованы условия потери устойчивости различных режимов превращения в зависимости от технологических и физических параметров в некоторых предельных случаях.

В работе численно анализируются деформационные процессы на мезоуровне в трехмерных поликристаллах в условиях растяжения. Трехмерные модели поликристаллических структур сгенерированы методом пошагового заполнения. Упругопластический отклик зерен описывается с учетом соотношения Холла–Петча, деформационного упрочнения и упругой анизотропии на мезоуровне. Методом численного эксперимента исследованы процессы зарождения и развития пластических сдвигов на поверхности и в объеме поликристаллических образцов. Анализируется роль свободной поверхности и межзеренных границ в развитии деформационных процессов на мезоуровне. Ключевые слова: численное моделирование, поликристаллическая структура, трехмерная модель, пластическая деформация.

Предложена двумерная модель синтеза покрытия в условиях электронно-лучевой обработки. Представлены результаты численного исследования модели, иллюстрирующие роль технологических параметров в режимах превращения. Показано, что степень превращения и состав покрытия существенно зависят от режима обработки.

Сформулирована и исследована математическая модель роста покрытия при магнетронном напылении. В оценке средних механических напряжений учитывается вклад как термической, так и диффузионно-химической природы. Показано. что кинетика реакции на поверхности играет не меньшую роль в эволюции напряжений, чем соотношение механических свойств растущего покрытия и подложки.

Описан подход к моделированию экзотермических химических реакций, основанный на концепции клеточных автоматов. Для анализа адекватности подхода приведены результаты моделирования процесса распространения фронта реакции при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе в системе Ni-Al. Показано хорошее согласие между модельными и экспериментальными зависимостями скорости движения фронта и максимальной температуры горения от температуры начального прогрева порошковой смеси. Сделан вывод о необходимости явного учета кинетики реакции, в частности растекания жидкой фазы, для корректного описания влияния пористости на протекание экзотермической реакции.

В работе исследуется влияние нелинейных эффектов поверхностной неравновесной активации и внутренних механических напряжений, наблюдаемых в процессах электронно-лучевой модификации TiNi-сплавов, на диффузию кислорода из адсорбционного слоя вглубь материала. Предложенная математическая модель включает уравнения теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределения температуры, концентрации и напряжений по пространству и времени для широкой области изменения параметров. Определяется глубина зон прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Рассматривается подход, в котором на основе соотношений механики сплошной среды в плоской постановке моделируются задачи о распространении тепла в неоднородном по толщине покрытии и вычислении температурных напряжений.

На основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов изучено влияние напряженного состояния границ раздела структурных элементов в блочных средах на их деформационный отклик при динамических воздействиях. Полученные результаты позволили выделить ряд параметров деформационного отклика, величина которых претерпевает качественное изменение при изменении характера напряженного состояния. В качестве таких параметров выступают величина инициированного воздействием относительного тангенциального смещения блоков и некоторые характеристики частотного спектра скоростей таких смещений. Проведенный анализ позволяет предложить комплексный подход к диагностике напряженного состояния фрагментов активных границ раздела в блочных средах различной природы, в частности в иерархически организованной геологической среде.

The paper reports on numerical modeling of fault structure formation in a geomedium layer under strike-slip displacement of the basement. Consideration is given to structural peculiarities of strain localization zones at different stages of evolution: from nucleation to formation of a main fault. It is found that the localization zones from a rupture in the basement develop as pairs of surfaces similar to oyster valves. It is shown that different types of flower structures can be formed depending on the material properties and layer thickness. One type of flower structures is mostly characterized by Riedel shear surfaces. In another, the initial fracture zones are the surfaces oriented at an angle of-40° in the horizontal plane relative to the displacement axis. A main fault forms from top to bottom after the inclined localization zones reach the free surface.

Методами численного моделирования исследовано влияние размера зерна на характеристики деформационного рельефа, возникающего на поверхности поликристаллических образцов в условиях одноосного растяжения. Показано, что размер зерна влияет на высоту и ширину рельефных складок, возникающих на свободной поверхности. Проведен анализ эволюции рельефных образований в процессе нагружения с использованием методов математической статистики.The paper reports on numerical study that shows that the grain size affects qualitative and quantitative characteristics of the deformation relief formed on the surface of polycrystalline specimens under uniaxial tension. The evolution of relief patterns under loading is analyzed by methods of mathematical statistics.

Можно ли создать формализованный аппарат термодинамики, в том числе и для самоорганизующихся систем, как раздала теоретической физики, соответствующий сегодняшнему пониманию протекающих неравновесных и нелинейных процессов в открытых системах с хаотической динамикой? В монографии излагаются проблемы математического и численного моделирования нелинейных процессов в открытых физико-химических локально-неравновесных системах с фазовыми переходами и самоорганизацией, которые ранее методами классической термодинамики не могли быть решены. Эти задачи на основе принципа локального неравновесия позволяют на феноменологическом уровне в рамках хаотической динамики описать возникновение и эволюцию гомо- и гетерофазных флуктуаций, ответственных за возникновение новых структур. Учитываются трудно формализуемые потери энергии, последействие и релаксация, которые приводят к бифуркационным явлениям, забыванию начальных условий и, как следствие, - необратимости. эффективность разработанного термодинамического подхода проверена на задачах в системах с процессами переноса энергии, массы, импульса и заряда при наличии источников и стоков, межфазного слоя с испарением и конденсацией, химическими реакциями и некоторых задачах нерегулярной динамики, включающих самоорганизацию, в биофизике и медицине. Книга может быть полезна как специалистам в области термодинамики сплошных сред, гидродинамики, синергетики, так и студенческой аудитории, в частности магистрам, специализирующимся в области термодинамик и реальных процессов.

В монографии проанализированы кинетика и динамика нефтехимических процессов превращения углеводородов, на основе которых представлены пути математического моделирования, оптимизации процессов и конструирования реакторов. Представлены научные взгляды на катализ с точки зрения общей эволюции и самоорганизации системы. С позиции глобальных проблем энергетики и экологии авторами детально рассмотрены процессы каталитического превращения низших спиртов - альтернативного источника биотоплива и мономеров синтетического каучука. Все формулировки и выводы основаны на длительном опыте работы в указанной области обоих авторов и являются теоретическим и практическим обобщением. Работа вносит вклад в фундаментальное развитие науки о катализе, содержит важные полезные сведения о научных основах и проектировании гетерогенных каталитических процессов и реакторов. Книга предназначена для студентов химических высших учебных заведений, для аспирантов, инженеров производства.

Впервые с единых методологических позиций современной физико-химической термодинамики изложены методы описания равновесия пар - жидкость, пар - жидкость - твердое тело и выпадения парафинов в системах, содержащих значительное количество неуглеводородных компонентов. Приведены методы расчета и алгоритмы, позволяющие моделировать фазовое состояние систем природных углеводородов в процессе разработки и эксплуатации залежей. Для научных работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Получено асимпотическое решение стационарной задачи о распространении фронта реакции в твердоформируемой среде в приближении малых деформаций. Выявлена область параметров модели, в которой существуют быстрые режимы превращения. Построено аналогичное решение задачи в более полной постановке, учитывающей уравнение неразрывности и уравнение движения в общем виде и не использующей условие малой деформации. показано, что в этом случае задача сводится к поиску массовой скорости горения, а область параметров, где существуют быстрые режимы превращения, существенно расширяется.. Обнаружены по крайней мере, три типа быстрых режимов превращения в твердой фазе.

Влияние многоуровневой макролокализации пластического течения на развитие ротационных мод деформации и характер кривой "напряжение - деформация" рассмотрен на основе анализа производства энтропии и уравнения состояния деформируемого твердого тела. Показано, что в условиях полного самосогласования ротационных мод деформации кривая "напряжение - деформация" изменяется монотонно. В отсутствие полного самосогласования ротационных мод возникает скачкообразность деформации как нелинейный волновой процесс релаксации напряжений, связанных с нескомпенсированными материальными поворотами на макромасштабном уровне. При высоких скоростях нагружения самосогласование ротационных мод деформации происходит механизмом развития динамических ротаций.??.

Задача о распространении стационарного фронта превращения в вязкоупругой среде решается методом сращиваемых асимптотических разложений в приближении малых деформаций. Предполагается, что поток тепла удовлетворяет закону Фурье, а компоненты тензоров напряжений и деформаций связаны соотношениями Максвелла, включающими сдвиговый коэффициент вязкости. Найдены температура продуктов и скорость распространения стационарного фронта реакции. Решение задачи получено для предельных случает малого и большого времени релаксации вязких напряжений. Показано, что в модели существуют различные режимы распространения фронта реакции, как и в связанных моделях твердофазного горения для термоупругого тела, а вязкие напряжения вносят дополнительные особенности.