|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Математическое моделирование динамических процессов в электролизе металловНИР
- Руководитель НИР: Савенкова Н.П.
- Участники НИР: Складчиков С.А., Шобухов А.В.
- Подразделение: Лаборатория математического моделирования в физике
- Срок исполнения: 1 января 2011 г. - 31 декабря 2015 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 2.14
- Номер ЦИТИС: 01201154997
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Математическое моделирование и численные методы
- ПН России: Информационно-телекоммуникационные системы
- Направление технологического прорыва России: Стратегические информационные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 27.35.37 Математические модели электродинамики движущихся сред
- 27.35.46 Математические модели конвекции
- 31.15.33 Электрохимия
-
Ключевые слова:
многофазные течения, электролиз алюминия, солитоны, электродиффузия, магнитно-гидродинамические процессы
-
Описание:
Количественное исследование большинства сложных технологических процессов может быть выполнено лишь на основе математического моделирования из-за невозможности проведения натурных экспериментов, как в силу большой их стоимости, так и из-за принципиальной нереальности их осуществить в силу опасности реализации техногенных катастроф. Особенно важным является изучение устойчивости данных процессов. Представленная тема НИР включает в себя математическое и компьютерное моделирование на многопроцессорных ЭВМ МГД стабильности процесса электролиза алюминия в промышленных условиях с целью выявления физико-химических закономерностей этого процесса и на их основе разработки рекомендаций по увеличению выхода алюминия для конкретных электролизных ванн. Другим направлением работы является численное исследование электро-диффузионных процессов в литий - ионных источниках тока с пористыми электродами в целях увеличения их ёмкости и длительности использования. В ходе выполнения работы будет также проведено математическое моделирование динамики вспыхивающих и пылевых сфероидов, полученных в результате физического эксперимента, а также изучение при помощи математического моделирования устойчивости вихревых образований в тонком слое жидкости на сферической поверхности с неоднородным рельефом и неравномерным распределением температуры по поверхности. В рамках представленной НИР будут также разработаны численные методы нахождения солитонных решений нелинейных нестационарных уравнений различной природы. Планируется изучить устойчивость магнитно-гидродинамических, электрохимических и электро-диффузионных процессов в электролизе металлов.
-
Основные результаты:
Различными способами проведено математическое моделирование распределения давления в рабочем пространстве ванны алюминиевого электролизера. Результаты сопоставлены с натурным экспериментом и между собой. Проведён сравнительный анализ МГД-стабильности электролизёра Содерберга и многоанодного электролизёра с обожжёнными анодами. Проведено математическое моделирование динамики жидкости внутри объёма сложной формы и на его поверхности. На основе математического моделирования проведено исследование зависимости МГД-стабильности ванны от формы рабочего пространства. Проведено трёхмерное моделирование движения жидкости в кольцевом канале под действием воздушных потоков. Впервые проведено математическое моделирование основного и отражённого солитонных решений трёхмерной задачи Гросса-Питаевского. Защищена диссертация на звание кандидата физико-математических наук.
- Добавил в систему: Врагова Елена Юрьевна
Соисполнители НИР
| МГУ имени М.В.Ломоносова | Координатор |
Источник финансирования НИР
| госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. | Математическое моделирование динамических процессов в электролизе металлов |
| Результаты этапа: | ||
| 2 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. | Математическое моделирование динамических процессов в электролизе металлов |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Математическое моделирование динамических процессов в электролизе металлов |
| Результаты этапа: | ||
| 4 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Математическое моделирование динамических процессов в электролизе металлов |
| Результаты этапа: Различными способами проведено математическое моделирование распределения давления в рабочем пространстве ванны алюминиевого электролизера. Результаты сопоставлены с натурным экспериментом и между собой. Проведён сравнительный анализ МГД-стабильности электролизёра Содерберга и многоанодного электролизёра с обожжёнными анодами. Проведено математическое моделирование динамики жидкости внутри объёма сложной формы и на его поверхности. На основе математического моделирования проведено исследование зависимости МГД-стабильности ванны от формы рабочего пространства. Проведено трёхмерное моделирование движения жидкости в кольцевом канале под действием воздушных потоков. Впервые проведено математическое моделирование основного и отражённого солитонных решений трёхмерной задачи Гросса-Питаевского. Защищена диссертация на звание кандидата физико-математических наук. | ||
| 5 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Математическое моделирование динамических процессов в электролизе металлов |
| Результаты этапа: 2011 г. Н.П. Савенкова. 1) Построена математическая модель опыта Вуда. 2) Проведено численное исследование МГД стабильности алюминиевого электролизёра в зависимости от управляющих параметров. 3) Построена математическая модель ветрового солитона. Ю.В. Трощиев. 1) Изучались методы моделирования примесей в газе. Разработаны и написаны двумерная математическая модель и программа для PC для численных расчетов газодинамических задач в (r,z) геометрии с учетом примесей. 2) Проведено математическое моделирование тороидальных вихрей с примесью и без примеси газа в воздухе. 3) Осуществлен выход на Regatta и Blue Gene. Освоены OMP и в начальной форме MPI. А.В. Шобухов. Математическое моделирование электрохимических процессов. 2012 г. В.С. Лапонин Математическое моделирование солитонных решений в средах с кубической нелинейностью. Н.П. Савенкова 1. Проведены численные эксперименты с целью исследования зависимости МГД-стабильности алюминиевого электролизёра от управляющих параметров – конфигурации электромагнитных полей (в т.ч. внешних), распределения токов по анодам. 2. Построена модель – и было проведено исследование поведения (устойчивости и динамики) вихревых структур в подвижных средах – на примере моделирования Гатчинского разряда. 3. Разработан и реализован численный метод нахождения 2D и 3D солитонных решений некоторых прикладных задач. 4. Численно исследовано явление самоподдержания вихревой структуры. С.А. Складчиков Защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Ю.В. Трощиев 1) Написаны MPI программы для расчета газодинамических задач в двумерных геометриях. 2) Участвовал в исследовании тороидальных вихрей. 3) Осуществлен выход на суперкомпьютер Ломоносов. 4) Начата работа над написанием на языке C или C++ программы для трехмерного расчета алюминиевого электролизера (запланированная работа над трехмерной газодинамической программой не производится в связи с изменением задания). А.В. Шобухов В 2012 году я продолжал работу над математическим моделированием электрохимических и электродиффузионных процессов. Было обнаружено явление гистерезиса при моделировании циклической зарядки и разрядки пористых электродов литий-ионных батарей. Были получены достаточные условия устойчивости симметричных стационарных состояний в одномерной модели электродиффузии. Совместно с проф. Хироши Коибучи (Национальный Технологический колледж Ибараки, Япония) начата работа над стохастической моделью скопления электродных частиц. С.А.Складчиков В 2013-2014 годах продолжал работы по математическому моделированию высокотемпературных тороидальных вихревых структур, моделированию гидродинамических процессов, протекающих внутри и на поверхности глаза, а также по моделированию нелинейных структур на поверхности жидкости в кольцевом канале. Савенкова Н.П. В 2013-2014 годах продолжала работы по разработке трёхфазной модели алюминиевого электролизёра, учитывающей процессы тепло- и массопереноса.; провела численные эксперименты по исследованию гидродинамики жидкости внутри и на поверхности глаза; выполнила численное моделирование динамики возникновения и развития нелинейных структур на поверхности жидкости. Шобухов А.В. В 2013-2014 годах продолжал работы по математическому моделированию электрохими¬ческих процессов. С.А.Складчиков В 2015 году продолжал работы по математическому моделированию высокотемпературных тороидальных вихревых структур, моделированию гидродинамических процессов, протекающих внутри и на поверхности глаза, а также по моделированию нелинейных структур на поверхности жидкости в кольцевом канале. Савенкова Н.П. В 2015 году продолжала работы по разработке трёхфазной модели алюминиевого электролизёра, учитывающей процессы тепло- и массопереноса; провела численные эксперименты по исследованию гидродинамики жидкости внутри и на поверхности глаза; выполнила численное моделирование динамики возникновения и развития нелинейных структур на поверхности жидкости. Шобухов А.В. В 2015 году продолжал работы по математическому моделированию электрохимических процессов. | ||
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".