Представлены тезисы докладов Уфимской сессии V Международной научной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов". Материалы связаны с наиболе важными проблемами моделирования, оптимизации и надежности химико-технологических процессов, связанных преимущественно с нефтепереработкой и нефтехимией. Сборник предназначен для специалистов в области разработки и применения методов математического моделирования, преподавателей, аспирантов и студентов вузов.

Книга является учебным пособием по курсу статистического моделирования. Она содержит подробное изложение методов моделирования случайных величин и процессов, а также изложение приложений этих методов в вычислительной математике, задачах переноса излучения через вещество и массового обслуживания. Рассматриваются некоторые алоритмические языки моделировая и методы их использования.Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентов факультетов прикладной математики университетов и студентов технических вузов, специализирующихся по кафедре прикладной математики. Она будет полезна также широкому кругу специалистов, использующих математические методы в приложениях.

В сборнике представлены материалы совещения по научным основам технологии катализаторов. Совещание организовано Координационным центром в соответствии с планом работ научно-технического сотрудничества стран-членов СЭВ по проблеме "Разработка новых промышленных катализаторов и улучшения качества катализаторов, применяемых в промышленности", основной целью которого являлось обсуждение со специалистами стран основных направлений развития сотрудничества в области научных основ технологии катализаторов. Совещание состоялось в г. Новосибирске в мае 1975 г.

Приведены результаты исследований влияния температурного фактора, полимерных присадок и магнитного поля на кинетику осадкообразования, температуру застывания и микроструктуру нефтяного осадка высокопарафинистой малосмолистой нефти. Вне зависимости от температурных условий воздействия ввод присадок в нефть приводит к снижению количества образующего осадка и скорости осадкообразования. Максимальной ингибирующей способностью обладает новая перспективная присадка К 201, снижающая количество нефтяных отложений почти в девять раз. При совместной обработке нефти магнитным полем и присадкой не происходит дополнительного снижения количества образующегося нефтяного осадка и температуры застывания.

В монографии излагаются теоретические основы внетропического лесного почвообразования, развивающие современные представления о генезисе, географии. истории и эволюции почв лесных биогеоценозов России. Проанализирована генетическая соподчиненность лесной растительности и почв. Раскрываются основные общие факторные и процессно-генетические отличительные особенности, а также пространственно-временные закономерности формирования почв и почвенного покрова. Сформировано представление о научной биогеоценотической природе лесного почвообразования.Для почвоведов, биогеоценологов, лесоводов, экологов, биологов, географов и специалистов, занимающихся проблемами окружающей среды и рационального природопользования.

Книга посвящена одному из важнейших разделов общей теории математического моделирования химико-технологических процессов - проблеме их оптимизации. В книге дается характеристика основных задач оптимизации, возникающих при проектировании новых процессов и интенсификации действующих производств, при разработке автоматизированных систем управления химико-технологическими процессами (АСУТП), и излагается ряд поисковых алгоритмов рещения этих задач. Приведены решения задач оптимизации конкретных процессов. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников предприятий и организаций химической и смежных с ней отраслей промышленности. Она представит также интерес для преподавателей, аспирантов и студентов вузов, специализирующихся в области математического моделирования и автоматизации химико-технологических процессов.

Данная книга - первое наиболее полное изложение статистического метода коррелятивных функций условных распределений, предложенного для описания молекулярных конденсированных систем (твердое тело, жидкость, сильно сжатый газ). Идея метода состоит в том, чтобы описывать не состояния отдельных групп молекул, а отдельные состояния всей совокупности частиц. Развит принципиально новый способ замыкания бесконечной системы интегральных уравнений относительно потенциалов средних межмолекулярных сил. Показана эффективность разработанной итерационной процедуры решения замкнутой системы интегральных уравнений с помощью ЭВМ. На единой статистикомеханической основе описываются твердое и жидкое состояния и фазовые переходы кристалл - жидкость, жидкость - газ и кристалл - газ. Теория обобщается на многокомпанентные равновесные смеси, а также на неравновесные состояния.

В книге рассмотрены плазмохимические процессы переработки угля в газообразные и жидкие продукты. Охарактеризованы химические основы этих процессов, влияние строения угля и природы плазмообразующего газа на состав и выходы продуктов. Описаны кнструкции плазмотронов, реакторов, закалочных устройств. Рассмотрены основные принципы процессов переработки угля. Книга предназначена для специалистов в области физической химии двухфазных процессов, энергетиков.

На основе метода молекулярной динамики проведено изучение эволюции каскадов атомных смещений, генерируемых при радиационном воздействии, в сплаве железо-хром. Энергия каскадов атомных смещений варьировалась от 1 до 20 кэВ. Рассчитаны основные характеристики каскадов атомных смещений: количество точечных дефектов на основных стадиях развития каскада, продолжительность баллистической стадии, эффективность каскада, объем радиационно-поврежденной области. Обнаружено, что объем каскада атомных смещений является линейной функцией энергии каскада. Исследованы особенности распределения кластеров выживших точечных дефектов по размеру. При энергиях каскада атомных смещений, превышающих 15 кэВ, в области каскадов могут формироваться дислокационные петли а100{100}, состоящие из вакансий.

Методами дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD), оптической и атомно-силовой микроскопии, а также методом численного моделирования исследованы закономерности огрубления поверхности образцов технического титана ВТ1-0 в процессе одноосного растяжения. Показано, что внутризеренное скольжение обусловливает поворот поверхностных зерен, который сопровождается наклоном их поверхности, а также формированием ступени на их границе с соседними зернами. Продемонстрировано влияние кристаллографической ориентации зерен на характер их формоизменения, а также степень их поворотов, развивающихся в условиях стесненности пластической деформации.

The paper studies how the stress state of the interface between structural elements in a block-structured medium affects its deformation response to dynamic loading. It is shown that the normalized shear stress and mean stress are the major factors that determine the deformation response of the interface. We propose to describe the dependence of the value of induced irreversible displacement at the interface on the normalized shear stress using a logistic function. The central point of this function is the point of transition from the quasi-elastic to quasi-plastic stage of the interface shear deformation. The obtained empirical dependences are important for understanding the mechanism of irreversible strain accumulation in fault zone fragments and, particularly, for the development of an earlier proposed approach to estimate the characteristic level of active shear stresses in separate tectonic fault regions.

Adhesive contact with exponential adhesive interaction is simulated with the use of the method of dimensionality reduction. The developed procedure is illustrated with an example of adhesion of a cylindrical punch and an elastic half space. However, it is general and can be used for any form of interaction potential and any form of indenter.

The paper is a theoretical study into the influence of the content and distribution of soft-phase inclusion agglomerates in the matrix of a ceramic composite specimen on its strength and deformation properties. The movable cellular automata method was used to simulate uniaxial compression of two-dimensional composite material specimens with an aspect ratio of 1:1. It is found that the strength and deformation properties of the generated composites decrease nonlinearly with the growing volume fraction of inclusions. The average size of inclusion agglomerates at the same volume fraction of the soft-phase particles slightly affects the strength and deformation properties of the simulated specimens. The obtained theoretical results can be used to develop new ceramic materials, such as composite ceramics with dimensions preserved at varying temperature.

Приведены классификация процессов и сопоставление различных технологий переработки тяжелой нефти: от термических до термокаталитических и гидрогенизационных процессов. Рассмотрены важные вопросы совместимости и стабильности тяжелых видов нефтяного сырья, особое внимание уделено асфальтенам и их роли в образовании кокса. Выполнен анализ основных факторов, влияющих на сложную цепь реакций, равновесие фаз, массоперенос, диффузию в частицы катализатора. Отдельные главы посвящены моделированию процесса газификации и термических процессов висбрекинга и коксования. Для каждого процесса приведены экспериментальные данные, даны практические рекомендации по реализации моделей, определению ключевых параметров и их влиянию на выбор технологии и типа реактора. Результаты моделирования процессов и реакторов подтверждены сравнительными экспериментальными и фактическими данными.

Том 1 содержит 2 статьи. В первой статье представлены основные детерминированные и стохастические модели потоков в насадочных аппаратах, методы определения их параметров по функциям отклика на типовые возмущения и методы проверки адекватности моделей реальным процессам химической технологии. Рассмотрено применение математических моделей для расчета динамики диффузионных процессов в насадочных аппаратах. Во второй статье приведены математические модели ректификации многокомпонентных смесей, методы расчета парожидкостного равновесия, описание кинетики массопередачи и гидродинамики потоков в тарельчатых и насадочных колоннах, алгоритмы для моделирования колонн и их комплексов на ЦВМ. Анализируются возможности использования моделей для проетирования химико-технологических производств.

Том 2 содержит 2 обзора. В первом обзоре рассматриваются вопросы синтеза схем разделения многокомпонентных смесей и методы их анализа. Приводятся матричные, релаксационные методы расчета простых и сложных колонн ректификации, а также технологических схем. Даны методы обеспечения сходимости расчета. Синтезируются схемы разделения с применением эвристических, эволюционных, декомпозиционных и прямых методов оптимизации. Во втором обзоре даны основные принципы математического моделирования экстракторов с учетом структуры потоков в них; методы исследования и расчета для оценки параметров математических моделей экстракторов; методы расчета экстракторов в стационарных и нестационарных режимах; оценка параметрической чувствительности экстракторов при изменении параметров, характеризующих гидродинамическую обстановку.

Анализируются результаты многолетних комплексных экспедиционных исследований динамических явлений в ледовом покрове озера Байкал, обладающем многоуровневой блочной структурой, а также общностью структурных, реологических и динамических (сейсмотектонических) характеристик с литосферой. Средствами физического моделирования исследованы параметры деформационного и сейсмического режима, а также контактного взаимодействия в блочной геологической среде. Установлены и оценены метеорологические факторы, воздействующие на ледовую обстановку и формирующие отклик в виде динамического разрушения ледовых пластин и мощных ледовых ударов, сопровождающихся излучением сейсмических колебаний, сходных с землетрясениями. Анализируется сходство закономерностей сейсмических проявлений в блочной ледовой среде, в том числе на границах раздела ее блоков, и в субдукционных, коллизионных и сдвиговых зонах контактирования тектонических плит. В соответствии с известным законом динамических аналогий и благодаря выявленному сходству процессов деструкции в ледовой и геологической средах полученные результаты могут быть использованы для решения научных и прикладных задач, в частности для совершенствования методов прогноза землетрясений, установления закономерностей контактного взаимодействия между литосферными плитами в зонах разломов.

Исследовано влияние кристаллографической ориентации монокристаллического полого цилиндра на особенности зарождения и развития в нем пластической деформации в условиях высокоскоростного осесимметричного нагружения. Преимуществом предлагаемой схемы нагружения является одновременная реализация всех вариантов нагружения в рамках выбранной кристаллографической плоскости основания цилиндра, а также достижения различных степеней деформации вдоль сечения образца. С использованием молекулярно-динамического моделирования показано различие в деформационных свойствах нагружаемого образца в зависимости от выбранной кристаллографической ориентации плоскости основания. Результаты исследования могут быть использованы для понимания основных механизмов пластического деформирования кристаллических тел.

В сборнике опубликованы материалы VIII Всесоюзного совещания по стеклообразному состоянию, проведенного в Ленинграде 28-31 октября 1986 г. Совещание было организовано Секцией по строению стекла и природе стеклообразного состояния Научных советов Государственного комитета по науке и технике СССР и Отделения физикохимии и технологии неорганических материалов Академии наук СССР и ордена Трудового Красного Знамени Институтом химии силикатов им. И. В. Гребенщикова Академии наук СССР. Настоящий сборник посвящен вопросам строения стекла, оптическим и спектроскопическим методам изучения его строения, связи между свойствами стекол и их составом и структурой, а также научным основам и современным проблемам технологии стекла.

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.

В монографии дано систематическое изложение теории МГД-колебаний неоднородной магнитосферной плазмы. Оно построено по принципу постепенного усложнения используемых моделей среды. Последовательно рассматриваются МГД-колебания в однородной плазме, а также в одно-, двух- и трехмерно-неоднородных моделях магнитосферы. Исследованы особенности процессов генерации и распространения МГД-колебаний в моделях среды, параметры которых максимально приближены к реальности. Рассмотренные в монографии волновые процессы дают в совокупности общую картину МГД-колебаний магнитосферы. Исследования высокоширотных неустойчивых МГД-колебаний, представленные в монографии, выполнены в рамках работы по проекту Российского научного фонда № 14-37-00027. Они направлены на изучение волновых процессов в области токового слоя геомагнитного хвоста и сопряженных с ними областях высокоширотной ионосферы в периоды геомагнитных возмущений. Для научных работников и специалистов в области геомагнетизма, а также студентов и аспирантов, обучающихся по соответствующим специальностям.

В предлагаемом тематическом сборнике представлены статьи, посвященные различным аспектам мониторинга, моделирования и прогноза параметров природной среды в Арктике. В сборник вошли результаты исследований, выполненных в лаборатории гидрометеорологии Арктики Гидрометцентра России в 2014-2016 гг. в рамках проекта гранта РНФ 14-37-00053. Обсуждаются современные проблемы долгосрочного прогнозирования и подходы к их решению на основе физико-статистических и гидродинамических (численных) методов. Особое внимание уделено описанию современных математических моделей процессов и явлений применительно к Арктическому региону. В отдельных статьях рассмотрены разработка новых расчетных и программных алгоритмов, опыт применения совместных моделей с высоким пространственным разрешением, результаты валидации моделей натурными данными.Сборник представляет интерес для специалистов в области прогнозирования и мониторинга окружающей среды в полярных регионах.

Научно-методическое пособие посвящено проблемам, связанным с изменчивостью уровня Каспийского моря (УКМ). Основное внимание уделено многолетним колебаниям УКМ и причинам. их вызывающих. Анализируется роль климатического, тектонического и антропогенного факторов. Описывается уравнение водного баланса Каспийского моря и вклад его компонент в изменения уровня. Излагаются методы долгосрочного и сверхдолгострочного прогноза УКМ. Описаны условия возникновения сгонно-нагонных явлений и методы их прогнозирования.Для специалистов в области океанологии, преподавателей, аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование формирования бикомпонентных наноразмерных частиц при синхронном электрическом взрыве медной и никелевой проволочек. Исследовано влияние внутренней структуры взрываемых металлических проволочек и расстояния между ними на динамику их разрушения, размеры и стехиометрический состав формируемых наночастиц Показано, что основным механизмом синтеза частиц является процесс агломерации, а вторичным - осаждение атомов газовой фазы на поверхность частиц. Обнаружено, что распределение химических элементов неоднородно по сечению бикомпонентных частиц. Концентрация атомов меди в приповерхностной области выше, чем в объеме частицы. Варьируя параметрами нагружения (температурой нагрева, расстоянием между проводниками) можно управлять размерами и внутренней структурой формируемых бикомпонентных частиц.

Численно исследовано напряженно-деформированное состояние в алюминиевых образцах с неразъемным соединением, полученным сваркой трением с перемешиванием, при растяжении и сжатии. Краевая динамическая задача решалась численно методом конечных разностей в постановке плоского деформированного состояния. Проведены расчеты на макро- и мезоуровнях. Структурная неоднородность сварного шва учитывалась явно посредством задания различия в механических свойствах материалов в различных зонах СТП соединения. На макроуровне в каждой зоне задавалась своя функция деформационного упрочнения, полученная на основе обработки экспериментальных кривых течения. На мезоуровне параметры функции упрочнения в локальных областях материала зависели от размера зерна поликристаллической структуры в соотношении Холла-Петча. Выявлена общая закономерность локализации напряженно-деформированного состояния в структурно-неоднородной среде.

The paper studies the localization of plastic deformation and fracture in a material with a porous coating. A dynamic boundary value problem in the plane strain formulation is solved. The numerical simulation is performed by the finite difference method. The composite structure corresponds to the experimentally observed one and is specified explicitly in the calculation. A generation procedure of the initial finite-difference grid is developed to describe the coating structure with adjustable porosity and geometry of the substrate-coating interface. Constitutive equations for the steel substrate include an elastic-plastic model of an isotropically hardening material. The ceramic coating is described by a brittle fracture model on the basis of the Huber criterion which accounts for crack nucleation in triaxial tension zones. It is shown that the specific character of deformation and fracture of the studied composite results from the presence of local tensile regions in the vicinity of pores and along the coating-substrate interface, in both tension and compression of the coated material. The interrelation between inhomogeneous plastic flow in the steel substrate and crack propagation in the coating is studied.

The regular grid generation method was generalized for a 3D region based on the solid mechanics equations that describe deformation of a finite volume. Test calculations of fracture of ceramic composites with inclusions are represented which are based on the developed model of quasi-brittle media with regard to damage accumulation.

Исследованы гидродинамические и тепловые процессы при хранении жидкого органического топлива и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках, оснащенных системами циркуляционного подогрева. Представлено математическое моделирование и результаты численных исследований тепловых и гидродинамических процессов для затопленных плоских стесненных и свободных струй вязкой жидкости в заполненных резервуарах хранения. Даны математические модели и результаты численных исследований теплогидравлических процессов при раздельном и совмещенном циркуляционных подогревах в резервуарных парках. Приведены методики расчета разветвленных систем мазутопроводов с паровыми спутниками, подогревателей и способов циркуляционного подогрева нефтепродуктов в резервуарах. Расчеты проведены для мазутных хозяйств тепловых электрических станций. Для научных сотрудников, инженерно-технических работников проектных организаций, аспирантов и студентов.

Прогнозирование заполнения литьевой формы при инжекционном формовании изделий сложной формы имеет большое значение, поскольку прочность конечного изделия прямо зависит от наличия остаточных пустот при формовании. Математическое моделирование позволяет провести раннее прогнозирование неточностей заполнения литьевой формы и параметров литья до этапа изготовления. В данной работе расчеты проведены в предположении ламинарного процесса течения вязкой неньютоновской жидкостью. Используемый подход позволяет определить время заполнения литьевой формы, оценить влияние температуры и вязкости, в зависимости от скорости сдвига, а также инжекционного давления, на процесс заполнения формы, предсказать образование пустот в области, вызванных дефектами геометрии формы.