Моделирование процессов возникновения и роста фрактальных структур и дефектов камер теплоэнергетических установок. Часть 1

Рассматривается моделирование возникновения и роста возможных фрактальных структур и дефектов на внутренней поверхности камер тепловых энергетических установок, допускающих контролирование и регулирование развития таких стохастических динамических процессов. Речь идет об использовании процедур моделирования для приводимого анализа, имеющих достаточно универсальный характер в рамках определенных подходов. Приведено общее качественное рассмотрение моделирования процессов как осаждения материалов на твердую поверхность различных сложных конфигураций, так и возникновения ее трещиноватости и дефектов фрактальных типов. В первой части проводится аналогия процессов возникновения и роста фрактальных структур и дефектов камер с лазерными процессами управляемого осаждения веществ на поверхность твердого тела и роста ее трещиноватости. Развит ряд моделей возникновения и роста фрактальных неоднородностей разного типа и конфигураций на твердой поверхности с выявлением возможности их предварительного мониторинга на начальном этапе появления. При этом проанализированы как различные поверхности в виде покрытий, так и образование трещиноватости и кластерных зон неоднородностей и дефектов. Акцент в ходе исследований сделан на анализе регулируемой их структуры, а также на динамике роста трещиноватости и кластерных зон неоднородностей и дефектов в определенном направлении. На начальном этапе осуществлялся мониторинг указанного процесса образования в пространстве трещиноватости и кластерных зон неоднородностей и дефектов с различным масштабированием: нано- и микромасштабами. Данное исследование проведено в рамках аналогии в условиях: во-первых, заданного управления характеристиками подобных объектов в соответствующем лазерном эксперименте; во-вторых, наличия реальной возможности обеспечения их образования на внутренних поверхностях камер при контакте с рабочим веществом; в-третьих, возможности влияния таких структур  на эффективность работы тепловых энергетических установок разного типа в контексте достижения нужной направленности и/или нежелательности изменения показателей и характеристик установок с учетом закономерностей технической термодинамики.

1. Хрусталев, Б. М. Техническая термодинамика: учеб. для строит. и энергетич. специальностей вузов: в 2 ч. / Б. М. Хрусталев, А. П. Несенчук, В. Н. Романюк. Минск: Технопринт, 2004. Ч. 1. 486 с.

2. Техническая термодинамика: учеб. для машиностроит. специальностей вузов / В. И. Крутов [и др.]; под ред. В. И. Крутова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991. 384 с.

3. Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла / А. П. Несенчук, Н. П. Жмакин. Минск: Вышэйш. шк., 1974. 295 с.

4. Лазерные технологии обработки материалов: современные проблемы фундаментальных исследований и прикладных разработок / В. Я. Панченко [и др.]; под ред. В. Я. Панченко. М.: Физматлит, 2009. 664 с.

5. Введение в фемтонанофотонику: фундаментальные основы и лазерные методы управляемого получения и диагностики наноструктурированных материалов: учебное пособие / С. М. Аракелян [и др.]; под общ. ред. С. М. Аракеляна. М.: Логос, 2015. 744 с.

6. Benderskiy, B. Numerical Simulation of Intrachamber Process in the Power Plant / B. Benderskiy, P. Frankovský, A. Chernova // Applied Sciences. 2021. Vol. 11, No 11. P. 4990. https://doi.org/10.3390/app11114990.

7. Convective Heat Transfer In the Channel Entrance with a Square Leading Edge Under Forced Flow Pulsations / I. A. Davletshin [et al.] // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. Vol. 129. P. 74–85. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.066.

8. Ильин, А. П. Структура, свойства и проблемы аттестации нанопорошков металлов / А. П. Ильин, А. В. Коршунов, Л. О. Толбанова // Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. 2009. Т. 314, № 3: Химия. С. 35–40.

9. Сумм, Б. Д. Коллоидно-химические аспекты нанохимии – от Фарадея до Пригожина / Б. Д. Сумм, Н. И. Иванова. Вестник МГУ. Сер. 2, химия, 2001. Т. 42, № 5. С. 300–305.

10. Страумал, Б. Б. Фазовые переходы на границах зерен / Б. Б. Страумал; Рос. акад. наук. Ин-т физики твердого тела. М.: Наука, 2003. 327 с.

11. Действие излучения большой мощности на металлы / С. И. Анисимов [и др.]; под ред. А. М. Бонч-Бруевича, М. А. Ельяшевича. М.: Наука. 1970. 272 с.

12. Скотт, Э. Нелинейная наука. Рождение и развитие когерентных структур / Э. Скотт; пер. с англ. И. А. Макарова; под ред. А. Л. Фрадкова. 2-е изд. М.: Физматлит, 2007. 559 с.

13. Гликман, Б. Ф. Математические модели пневмогидравлических систем / Б. Ф. Гликман. М.: Наука, 1986. 368 с.

14. Лепешов, С. И. Гибридная нанофотоника / С. И. Лепешов [и др.] // УФН. 2018. Т. 188, № 11. С. 1137–1154. https://doi.org/10.3367/ufne.2017.12.038275.

15. Chaudhery, M. H. Handbook of Nanomaterials for Industrial Applications / M. H. Chaudhery. Elsevier, 2018. 1109 p.

16. Осаждение биметаллических кластеров Au/Ag с использованием метода лазерного осаждения наночастиц из коллоидных систем / А. А. Антипов [и др.] // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 116, № 2. С. 349–352.

17. Guido, G. A Practical Implementation of the Box Counting Algorithm / G. Guido// Computers & Geosciences. 1998. Vol. 24, Nо 1. P. 95–100. https://doi.org/10.1016/s0098-3004(97)00137-4.

18. Mroczka, J. Algorithms and Methods for Analysis of the Optical Structure Factor of Fractal Aggregates / J. Mroczka, M. Wozniak, F. R. A. Onofri // Metrol. Meas. Syst. 2012. Vol. 19, № 3. P. 459–470. https://doi.org/10.2478/v10178-012-0039-2.

19. Крайнов, А. Ю. Численные методы решения задач тепло- и массопереноса / А. Ю. Крайнов, Л. Л. Миньков. Томск: STT, 2016. 92 с.

20. Slade, G. Self-Avoiding Walk, Spin Systems and Renormalization / G. Slade // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2019. Vol. 475, Iss. 2221. https://doi.org/10.1098/rspa.2018.0549.

21. Geometric Structure of Percolation Clusters / X. Xu [et al.] // Phys. Rev. E. 2014. Vol. 89, Nо 1. P. 012120. https://doi.org/10.1103/physreve.89.012120.

22. Прусова, И. В. Основы механики разрушения: учебно-методическое пособие / И. В. Прусова, В. М. Романчак, О. В. Титюра. Минск: БНТУ, 2009. 100 с.

23. Григорьянц, А. Г. Оборудование для лазерной обработки / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров; под ред. А. Г. Григорьянц. М.: Изд-во МГТУ, 2022. 285 с.

24. Gross, M. S. Computer Simulation of the Processing of Engineering Materials with Laser Theory and First Applications / M. S. Gross, I. Black, W. H. Mueller // J. Phys. D.: Appl. Phys. 2003. Vol. 36, Nо 7. P. 929–938. https://doi.org/10.1088/0022-3727/36/7/324.

25. Абляция тонких пленок молибдена с поверхности прозрачных подложек лазерными импульсами фемтосекундной длительности / А. Е. Гулевич [и др.]. Минск: Беларуская навука, 2012. С. 339–340.