Numerical modeling of mesoscale atmospheric transport processes of multicomponent impurities at peat firing

Abstract

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, РоссияПредложена математическая модель процесса легирования поверхности металла с помощью импульсного лазерного излучения, в которой учитывается зависимость температурного градиента поверхностного натяжения от концентрации поверхностно-активного вещества в расплаве и температуры разогрева. Проведено численное моделирование, результаты которого выявили развитие многовихревых течений, способствующих проникновению легирующего материала в глубину расплава.Ключевые слова: легирование металла, лазерное излучение, конвективный тепломассоперенос, численное моделирование NUMERICAL STUDY OF THE EFFECT OF A SURFACE ACTIVE AGENT ON CONVECTIVE MASS TRANSFER IN LASER SURFACE MELTING OF METAL V.N. Popov Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS, Novosibirsk, RussiaA mathematical model is proposed to describe the process of surface alloying of metals by laser pulses. The model takes into account the dependence of the surface tension gradient induced by temperature on the concentration of a surface active agent in the melt and on the heating temperature. Numerical simulation reveals the probability of occurrence of multi-vortex flows that promote the penetration of the alloying material into the metal.Key words: metal alloying, laser radiation, convective heat and mass transfer, numerical simulation ВведениеЛазерное излучение находит широкое применение при модификации поверхностей деталей для улучшения их эксплуатационных свойств, таких как твердость, термо-и износостойкость, антифрикционность, коррозионностойкость и тому подобных. Легирующие элементы либо вводятся в расплав газовым потоком, либо предварительно наносятся на поверхность материала в виде покрытия или слоя порошка и проникают в него при подплавлении. Процессы, происходящие в поверхностном слое металлов при воздействии лазерного излучения, изучаются довольно продолжительное время [1][2][3][4][5][6][7]. Известно, что одним из главных факторов, определяющих качество легирования с применением лазерного излучения, является термокапиллярная конвекция. Наряду с этим, в последние годы появились работы, обсуждающие влияние присутствующих в расплаве примесей поверхностно-активных веществ (ПАВ) на температурный градиент поверхностного натяжения [7][8][9][10][11], который определяет структуру течений в образующейся жидкой лунке.В настоящей работе с использованием численного моделирования исследуется распределение легирующего материала, проникающего в металлическую подложку с ее поверхности при импульсном лазерном воздействии. Считается, что процесс имеет нестационарный характер и охватывает разогрев металла, его плавление, тепло-и массоперенос в расплаве и далее, после окончания импульса, затвердевание. В качестве подложки выступает сплав железа с углеродом (0,42 % по массе), в качестве легирующего материала -сера. Эта система выбрана ввиду наличия у входящих в нее материалов известных значений теплофизических параметров и физических констант [11,12], необходимых...

Numerical Modeling of Distribution of Air Pollutants in Near Zone Taking into Account Local Meteorological Conditions

“…The turbulent diffusion equations (2)-(5) are solved by the component-by-component splitting method [11,16]. The difficulties are caused by the need to calculate the coefficients of turbulent diffusion depending on the state of the atmosphere [12,14].…”

“…Despite the wide range of existing models for the spread of impurities [3,4,12,14], the diversity of environmental conditions necessitates the creation of models that take into account the influence of many additional factors in the spread of impurities, such as meteorological conditions and terrain. In particular, this problem requires further development for regions with a wide range of local features and local conditions [6,10,[12][13][14][15][16][17][18][19]. The improvement of numerical prediction methods is facilitated by a more complete account of the physical and chemical atmospheric processes that determine atmospheric pollution.…”

Modeling and numerical calculation of piston-like oil displacement for doubly-periodic systems of field development

“…Построим двумерную модель на основе локально-равновесного подхода [11] для редукции исходных трехмерных уравнений (1)-(9) к двумерным по методике, подробно описанной в работах [13][14][15]. Ограничимся рассмотрением мезомасштабных процессов, то есть полагаем, что…”

“…Для исследования циркуляционных систем мезомасштаба, которые проявляются в нижней атмосфере и вызваны неоднородностью температуры и влажности, удобен метод, изложенный в монографии [11]; его основные идеи кратко описаны в обзоре [12]. С помощью этого подхода решен ряд задач [13][14][15], где отмечается связь температурной неоднородности подстилающей поверхности с распространением примеси в окрестности города Березники [13], города Кирова [14] и, при наличии торфяного пожара, вблизи города Перми [15].…”