Моделирование процессов возникновения и роста фрактальных структур и дефектов камер теплоэнергетических установок. Часть 2

В данной статье находят дальнейшее развитие модельные исследования по проведению аналогий возникновения возможных неоднородностей и дефектов фрактального типа на поверхности различных объектов под действием лазерного излучения в разных условиях и схемах лазерного имитационного эксперимента в сравнении с реальными процессами в камерах тепловых машин из-за контактов рабочего вещества с их поверхностью. Предмет такого рассмотрения связан с тем, что в лазерных схемах можно относительно легко и регулируемым образом управлять их топологией в разных модификациях (в диапазоне 1D–3D структур, образующихся на поверхностях разной геометрической формы фрактального типа). Это дает большие возможности для изучения различных часто возникающих нежелательных случайных дефектов и неоднородностей сложной конфигурации с развитием неожидаемых процессов при динамических режимах работы энергетических установок разного типа в условиях их реальной эксплуатации и определяется с помощью геометрического анализа в рамках соответствующих нелинейных моделей с различными нелинейными фрактальными образами. Нами использовались в данном аспекте две модели для рассмотрения развития возникающих фрактальных трещиноватых структур: во-первых, диффузионное распространение/рост трещин разной геометрии с совокупностью локальных отрезков и фрагментов в различных направлениях; во-вторых, с диффузно-ограниченной агрегацией их распространения (Diffusion-Limited Aggregation – DLA) с использованием формализма клеточных автоматов в перколяционном приближении для разных алгоритмов образования фрактальных структур. Приведем только итоговые результаты расчетов без деталей их процедуры, что достаточно для наглядного и качественного определения процесса роста трещиноватости и дефектов. При этом конечной целью рассмотрения является изучение возникновения возможных и контролируемых локальных областей/коллекторов, начиная с поверхностных структур, и их ассоциация с реальными объектами на поверхности камер с рабочим веществом в энергосистемах. Обсуждается возможная практическая значимость подобного моделирования и анализа.

1. Zaitsev, D. A. A Generalized Neighborhood for Cellular Automata / D. A. Zaitsev // Theoretical Computer Science. 2017. Vol. 666. Р. 21–35. https://doi.org/10.1016/j.tcs.2016.11.002.

2. Goldenberga, J. Using Cellular Automata Modeling of the Emergenceof Innovations / J. Goldenberga, S. Efronib // Technological Forecasting & Social Change. 2001. № 68. P. 293–308.

3. Богданова, Е. А. Имитационное моделирование как инструмент принятия решений / Е. А. Богданова, А. А. Шерстянкина // Novaum. 2017. № 6. С. 25–28.

4. Козлов, Г.В. Кластерная модель аморфного состояния полимеров / Г. В. Козлов, В. У. Новиков // УФН. 2001. Т. 171, № 7. С. 717–764. https://doi.org/10.3367/ufnr.0171.200107b.0717.

5. Хрусталев, Б. М. Техническая термодинамика: учеб.: в 2 ч. / Б. М. Хрусталев, А. П. Несенчук, В. Н. Романюк. Минск: Технопринт, 2004. Ч. 1. 486 с.

6. Техническая термодинамика: учеб. / В. И. Крутов [и др.]; под ред. В. И. Крутова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1991. 384 с.

7. Несенчук, А. П. Тепловые расчеты пламенных печей для нагрева и термообработки металла / А. П. Несенчук, Н. П. Жмакин. Минск: Вышэйшая школа, 1974. 295 с.

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

9. 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.

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

11. 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. https://doi.org/10.7868/S0030403414020032.

12. Шашин, В. М. Гидромеханика: учеб. / В. М. Шашин. М.: Высшая школа, 1990. 384 с.

13. Рекуператор для регенеративного теплоиспользования тепловых отходов промышленных печей: патент № 13292 Республика Беларусь: МПК (2009) F27D17/00 / А. П. Несенчук, В. И. Тимошпольский, А. П. Ракомсин [и др.]. Опубл. 2010.06.30.

14. Секционный рекуператор для промышленных печей: патент № 5378 U Республика Беларусь: МПК (2006) F27B3/00, F27B9/00, F27B13/00 / А. П. Несенчук, В. И. Тимошпольский, А. П. Ракомсин [и др.]. Опубл. 2009.06.30.

15. Григорьянц, А. Г. Технологические процессы лазерной обработки / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров; под ред. А. Г. Григорьянц. М.: Изд-во МГТУ, 2006. 664 с.

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

17. Gross, M. S. Computer Simulation of the Processes 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.

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