Методы и модели исследования и оптимизации инновационных энергетических процессов и установок

Отчёт о научно-исследовательской работе (промежуточный) включает основные результаты, полученные в 2022 году в ходе выполнения проекта «Методы и модели исследования и оптимизации инновационных энергетических процессов и установок» Программы фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долго-срочный период (2021-2030 годы). В отчёте представлены следующие результаты. Проведены технико-экономические исследования установок ожижения и сжатия водорода. Представлена методика создания математических моделей теплофикационных ядерных энергоблоков электростанций, предназначенных для проведения оптимизационных исследований автономных электроэнергетических систем. Проведены оптимизационные исследования теплосиловой части перспективного атомного энергоблока ВВЭР-1200 для оценки его возможного участия в атомно-водородных технологиях. Представлены оптимизационные исследования парогазовой установки с внутрицикловой газификацией бурых углей на основе различных моделей газогенератора. Дан анализ технологий совместного производства электроэнергии и синтетического жидкого топлива из газа подземной газификации угля. В рамках выполнения проекта проведены исследования термического превращения углей и растительной биомассы в различных условиях. Методом масс-спектроскопии изучены химические превращения структуры древесной биомассы и состав продуктов ее разложения. Выполнен анализ экспериментальных данных термогравиметрического ана-лиза в инертной и окислительной среде древесного сырья, левоглюкозана, целлюлозы, лигнина и образцов древесины разной степени термической конверсии. Определены со-ставы соединений, выделяющихся при термохимической конверсии исследуемых образцов. Предложен новый метод кинетического анализа разложения биомассы: изменение ведущих механизмов разложения отслеживается по изменению состава обнаруживаемых продуктов. С помощью математического моделирования проведена оценка достижимой эффективности процесса паровоздушной газификации нескольких марок бурых углей. Определены оптимальные условия газификации, получены значения химического КПД и состав генераторного газа. Установлена зависимость доли механического недожога от условий конверсии. Предложены вариационные формулировки для уравнений, описы-вающих стационарные состояния неизотермических одномерных реакторов, в том числе при конвективном переносе. Для предложенных вариационных формулировок рассматриваются несколько вариантов численного решения (на основе метода локальных вариаций и метода Рэлея-Ритца). Рассматриваются модификации задачи теплового зажигания с учетом конвективного переноса и теплопотерь. Предложен вариационный принцип, определяющий структуру фронта горения при заданной скорости распространения. Этот вариационный принцип может быть применен совместно с принципом минимального производства энтропии для полного решения задачи о стационарном распространении волны экзотермической реакции. Рассматривается один из механизмов погасания пламени метана над слоем газового гидрата. Результаты анализируются на основе простой математической модели, позволяющей оценить тепловую устойчивость диффузионного горения. Обсуждаются вопросы выбора коэффициентов и характерных масштабов для численного моделирования рассматриваемых процессов. Представлена методика обработки результатов теплофизических экспериментов, основанная на решении двух видов задач нелинейного математического программирования. Проведено исследование влияния геометрии торца волокна и некоторых теплофизических характеристик на поле скоростей при росте и схлопывании пузырька