Научный архив: статьи

Работа посвящена численному моделированию положительного столба разряда постоянного тока в поперечном потоке воздуха и является продолжением работы [1]. При расчете использовалась кинетическая модель, включающая 23 компоненты плазмы. Показано, что на начальной стадии развития разряда, когда поле в плазме выше порогового, поперечный размер разряда определяется скоростью волны ионизации, а на следующей стадии — диффузией активных частиц. На заключительном этапе на процессы в разряде начинает оказывать нагрев газа в центральной области, где начинают преобладать положительные ионы окиси азота.

Аннотация: Важным этапом разработки метаноугольных месторождений является выбор наиболее перспективных пластов в угленосном разрезе, предварительная оценка дебитов газа и продолжительности добычи. Эффективным способом решения этих задач является численное моделирование процесса добычи метана, который зависит от очень многих параметров: газоносности пласта, параметров изотермы Ленгмюра, характерного времени десорбции метана, трещинной пористости, проницаемости и сжимаемости угольного пласта, зависимости пористости и проницаемости от давления, размеров области дренирования и способа интенсификации притока (горизонтальная скважина, трещина ГРП). На предварительном этапе необходимо провести численное моделирование очень большого количества провести численное моделирование очень большого количества вариантов задачи, что сложно сделать с помощью трехмерных гидродинамических симуляторов. В данной статье приведены результаты разработки приближенных 1D и 2D моделей добычи метана из угольных пластов с помощью вертикальных, горизонтальных скважин, а также с помощью трещины ГРП, которые могут быть использованы в инженерных приложениях. Проведено сравнение моделей добычи газа с помощью горизонтальной скважины и трещины ГРП, скважины с эффективным радиусом и трещины ГРП. Показано, что комбинация 1D и 2D моделей может быть использована для приближенного моделирования трехмерного (в общем случае) течения флюидов в угольном пласте. Разработана приближенная модель основной стадии добычи метана из угольного пласта. Показано, что задача может быть сведена к решению уравнения для распределения давления в резервуаре. В этом случае дебит газа и продолжительность основной стадии добычи определяются скоростью фильтрации газа, выделившегося при дегазации угля, газоносностью и изотермой Ленгмюра. Abstract: An important stage in the development of methane-coal deposits is the selection of the most promising seams in the coal-bearing section, a preliminary assessment of gas flow rates and production duration. An effective way to solve these problems is numerical modeling of the methane extraction process, which depends on many parameters: gas content of the formation, parameters of the Langmuir isotherm, characteristic time of methane desorption, fracture porosity, permeability and compressibility of the coal seam, dependence of porosity and permeability on pressure, dimensions of the drainage area and inflow stimulation method (horizontal well, hydraulic fracture). At the preliminary stage, it is necessary to carry out numerical modeling of a very large number of variants of the problem, which is difficult to do using three-dimensional hydrodynamic simulators. This article presents the results of the development of approximate 1D- and 2D-models of methane production from coal seams using vertical, horizontal wells, as well as using hydraulic fractures, which can be used in engineering applications. A comparison was made of gas production models using a horizontal well and a hydraulic fracture, a well with an effective radius and a hydraulic fracture. It is shown that a combination of 1D- and 2D-models can be used for approximate modeling of three-dimensional (in the general case) fluid flow in a coal seam. An approximate model of the main stage of methane production from a coal seam has been developed. It is shown that the problem can be reduced to solving an equation for pressure distribution in a tank. In this case, the gas flow rate and the duration of the main stage of production are determined by the filtration rate of the gas released during coal degassing, gas content and the Langmuir isotherm. For citation: Shishlyaev V. V., Shvachko E. V., Vasiliev A. N., Pimenov V. P. Аpproximate numerical modeling ofmethane production from coal seam. Scientific Journal of the Russian Gas Society. 2024;2(44):38-48. (In Russ.). EDN AITWIL

Аннотация: Начальный градиент давления (НГД) является критически важным параметром, влияющим на эффективность разработки низкопроницаемых и сложных пластов. В газовых коллекторах он характеризует минимальный перепад давления, который необходимо создать в пласте, чтобы преодолеть сопротивление связанной воды и обеспечить фильтрацию газа через породу. Учёт этого параметра позволяет оптимизировать методы добычи и повысить конечную газоотдачу. В работе представлены результаты численного моделирования добычи газа из пористых и трещиновато-пористых коллекторов с учётом НГД. Установлено, что в однородных пористых средах даже незначительный начальный градиент давления (около 0.02 МПа/м) существенно снижает дебит скважин, а при значениях НГД выше 0.1 МПа/м добыча становится экономически нецелесообразной. В трещиновато-пористых коллекторах НГД в слабопроницаемых блоках значительно меньше влияет на продуктивность скважины. Даже при НГД 10 МПа/м дебит снижается лишь на 10%, что объясняется формированием необходимых градиентов давления в слабопроницаемых блоках в большом объёме пласта за счёт падения давления в трещинах. Abstract: The initial pressure gradient (IPG) is a critical parameter affecting the efficiency of developing low permeability and complex formations. In gas reservoirs, it characterizes the minimum pressure difference that must be created in the formation to overcome the resistance of bound water and ensure gas filtration through the rock. Taking this parameter into account allows optimizing production methods and increasing the final gas recovery. The paper presents the results of numerical modeling of gas production from porous and fractured-porous reservoirs taking into account the IPG. It was found that in homogeneous porous media, even an insignificant initial pressure gradient (about 0.02 MPa/m) significantly reduces well flow rate, and at IPG values above 0.1 MPa/m, production becomes economically inexpedient. In fractured-porous reservoirs, IPG in lowpermeability blocks has a much smaller effect on well productivity. Even with an IPG of 10 MPa/m, the flow rate decreases by only 10%, which is explained by the formation of the necessary pressure gradients in low permeability blocks in a large volume of the formation due to a drop in pressure in the cleat. For citation: Shishlyaev V. V., Pimenov V. P. Numerical modeling of gas production from reservoirs with an initial pressure gradient. Scientific Journal of the Russian Gas Society. 2025;2(48):64-71. (In Russ.). EDN UTJGIS.

Аннотация: В настоящее время в структуре запасов и добычи углеводородов в Российской Федерации значительное место занимают месторождения природного газа со сложнопостроенными низкопроницаемыми коллекторами, которые относят к месторождениям с трудноизвлекаемыми запасами газа. При разработке таких месторождений применяются технологии повышения продуктивности скважин, в большинстве случаев – многостадийный гидроразрыв пласта. В настоящей работе представлена численная модель добычи газа из низкопроницаемых пластов с высокой начальной водонасыщенностью с использованием горизонтальной скважины с многостадийным гидроразрывом пласта. Рассматриваются однородные трещинно-пористые пласты с начальным градиентом давления для фильтрации газа в низкопроницаемых блоках – с проницаемостью от 0,001 до 1 мД. Разработанная 2D XY прокси-модель продуктивного пласта с горизонтальной скважиной с многостадийным гидроразрывом пласта позволяет в течение 1–3 минут рассчитывать показатели добычи газа из низкопроницаемых пластов с использованием горизонтальных скважин с несколькими трещинами разрыва и, таким образом, в кратчайшие сроки обосновать наиболее эффективный тип скважин и их параметры для разработки газовых залежей с низкопроницаемыми пластами на основе анализа значительного количества возможных вариантов.

овременный уровень развития компьютерных технологий позволяет выполнять расчеты подземных сооружений с учетом сложных геометрических форм применяемых конструктивных элементов, неоднородности грунтов, а также влияния нагрузок от зданий и сооружений на земной поверхности. В то же время, компьютерные программные комплексы, реализующие принципы дискретизации и конечно-элементного моделирования реальных объектов, нуждаются в соответствующих настройках, которые могут быть выполнены на основе применения строгих аналитических методов расчета, основанных на более простых, в основном линейных, геомеханических моделях, позволяющих учитывать основные особенности статической работы подземных конструкций. Цель работы - сравнение результатов расчета напряжено-деформированного состояния обделок параллельных тоннелей, выполненного с помощью численного моделирования методом конечных элементов (применялся программный комплекс Midas FEA NX), и аналитического расчета по схеме контактного взаимодействия крепи и породного массива. Методика проведения исследования.

Цель. Статья посвящена исследованию процессов теплопередачи в трубе Леонтьева, основанной на принципе газодинамической температурной стратификации. Цель работы заключается в описании механизма взаимодействия дозвуковых и сверхзвуковых потоков и выявлении ключевых параметров, влияющих на эффективность стратификации.

Метод. Исследование выполнено с использованием аналитического подхода и численного моделирования в среде ANSYS Fluent. В рамках численного анализа были визуализированы температурные и скоростные поля, а также проанализирована плотность теплового потока. Применена модель турбулентности

Рассчитана скорость декогеренции ансамблевых кубит в виде цепочек изотопа 29Si в кремниевом вычислительном кластере в зависимости от количества атомов n в них и степени когерентности M. Установлено, что скорость декогеренции выше скорости релаксации ядерной поляризации при наличии локального электронного центра, а ее величина снижается с ростом расстояния от кластера до центра. Показано, что скорость релаксации преобладает над скоростью декогеренции либо в отсутствие электронного центра, либо в случае n=10 и расстоянии до электронного центра 10 нм.

Проведены теоретическое исследование и компьютерное моделирование пространственно-временнóй фокусировки фотоэлектронных пучков в нестационарных электрических полях. Разработана конструкция и изготовлены экспериментальные образцы фотоэлектронной пушки, совмещающей в себе функции фотохронографа и формирователя ультракоротких электронных пучков, предназначенных для экспериментов по электронной дифракции с временным разрешением (TRED). Экспериментально подтверждена возможность сокращения длительности исходного фотоэлектронного пучка в десятки раз (исходный 7 пс импульс был “сжат” до 285 фс). Показано, что теоретический предел временнóго разрешения, установленный в 1955 г. Е. К. Завойским и С. Д. Фанченко, может быть увеличен благодаря применению временнóй фокусировки фотоэлектронных пучков в специально выбранных электрических полях.

Создание численных моделей для обоснования проектных решений системы «сооружение-основание» служит примером идеализации параметров многих элементов расчетной схемы. Таким образом, исследование факторов, влияющих на результаты расчетов, а также методов вычисления осадки остается актуальной задачей научных исследований. Изучено влияние параметров моделирования комплексов сооружений на их осадку на примере проектируемых зданий с плитным фундаментом. Рассмотрены следующие ключевые аспекты: учет проектно-технологического решения - временного деформационного шва при моделировании разнонагруженных секций, располагающихся на одном стилобате; применение нескольких сжимаемых толщ при моделировании всех корпусов с различными нагрузками в одной расчетной схеме; последовательность возведения соседних корпусов комплекса. По результатам исследования учет временного деформационного шва в совокупности с локальными сжимаемыми толщами позволяет уточнить итоговые перемещения фундаментной плиты в сторону снижения вертикальных перемещений и способствует более равномерному распределению осадок соседних секций комплекса. Дополнительно подтверждено, что стадийность моделирования соседних корпусов не оказывает существенного влияния на конечные перемещения их фундаментных плит, что позволяет сократить трудозатраты при моделировании комплексов сооружений.

Приводится предложенный авторами подход для расчётного обоснования агрегатных блоков высоконапорных ГЭС со сталежелезобетонной конструкцией спиральной камеры. При разработке подхода учтён отечественный и зарубежный опыт численных и экспериментальных исследований подобных конструкций. Подход продемонстрирован на примере анализа напряжённо-деформированного состояния агрегатных блоков Рогунской ГЭС. Даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию предложенного подхода.

В релятивистской СВЧ‐электронике существует проблема использования больших токов релятивистских электронных пучков (РЭП), т. е. удается использовать пучки с током меньшим, чем токи действующих сильноточных ускорителей. Показана возможность увеличения мощности генерируемого в плазменном релятивистском генераторе (ПРГ) СВЧ‐излучения за счет увеличения абсолютного значения тока. При токах пучка, близких к значению предельного вакуумного тока, эффективность СВЧ‐генерации уменьшается, поэтому рассмотрены схемы ПРГ с высоким значением предельного вакуумного тока, т. е. схемы с малым зазором между трубчатым РЭП и стенкой волновода. В работе рассмотрены результаты эксперимента и численного моделирования.

Одно из основных направлений развития двигателей с воспламенением от сжатия - повышение эффективности их работы, которая сопровождается ростом их мощностных, экономических и экологических показателей, что, в свою очередь, влияет на тепловое состояние деталей двигателя. В работе исследована зависимость температуры огневого днища, выпускных каналов, головки блока цилиндров, втулки цилиндра, блока цилиндров от расхода охлаждающей жидкости для вариантов конструкций рубашки охлаждения. Показано, что перераспределение потоков охлаждающей жидкости путем конструктивных изменений рубашки охлаждения и, как следствие, локальное увеличение скорости охлаждающей жидкости наряду с увеличением расхода на головку блока цилиндров приводит к значительному снижению температуры в зоне огневого днища. Предложенный вариант конструкции охлаждающей полости головки блока цилиндров, полученный в результате расчетных исследований, позволил обеспечить приемлемые температуры, снизив локальные значения температур в зоне огневого днища на 11 %, седел впускных клапанов - на 16 %, седел выпускных клапанов - на 3 %, колодца форсунки - на 20 %