Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті ғалымдары жану үдерістерін 3D модельдеу арқылы оңтайландыруда

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінде сұйық көмірсутекті отындарды жағу үдерістерін оңтайландыруға бағытталған ауқымды ғылыми жоба жүзеге асырылуда. Зерттеу заманауи 3D компьютерлік модельдеу мен физикалық әдістерге негізделіп, жану камераларындағы жылуфизикалық үдерістерді терең талдауға арналған. Жоба «Интеллектуалдық әлеуетті арттыру» басым ғылыми бағыты аясында орындалып, энергетикалық тиімділікті жоғарылатуға және қоршаған ортаға түсетін экологиялық жүктемені азайтуға бағытталған.

Бүгінде сұйық көмірсутекті отындар – бензин, дизель және басқа да мұнай өнімдері – көлік, өнеркәсіп және жылу энергетикасы салаларының негізгі энергия көзі болып қала береді. Әлемдік деңгейде жаңартылатын энергия көздеріне көшу үдерісі жүріп жатқанымен, көмірсутекті отындардың маңызы әлі де жоғары. Осыған байланысты оларды барынша тиімді әрі экологиялық қауіпсіз жағу мәселесі өзекті ғылыми міндетке айналып отыр.

Жобаның негізгі мақсаты – жоғары турбуленттілік жағдайында жану камераларында орын алатын сұйық отынның бүрку, ыдырау, дисперсия және булану үдерістерін физикалық тұрғыдан зерттеу және оларды компьютерлік модельдеу арқылы оңтайлы жану режимдерін анықтау. Бұл үшін ғалымдар физика-математикалық, геометриялық және ғаламдық химиялық кинетикаға негізделген кешенді 3D модель әзірлеуде. Модель отын тамшыларының қозғалысын, өзара әрекеттесуін, тұтануын және реакция өнімдерінің түзілуін жан-жақты сипаттайды.

Зерттеу барысында заманауи есептеу технологиялары қолданылып, жану камерасының нақты геометриясы негізінде есептік тор құрылады. Компьютерлік эксперименттер отын тамшыларының өлшемі, температурасы, массасы және бүрку тәсілі өзгерген жағдайларда жүргізіледі. Нәтижесінде камера ішіндегі температура өрістері, екі фазалы ағын динамикасы, жану өнімдерінің концентрациялық таралуы (көміртек оксидтері, азот оксидтері және басқа қосылыстар), жылу ағынының тығыздығы мен жылдамдық векторларының өрістері анықталады. Алынған деректер үшөлшемді визуализация құралдары арқылы көрнекі түрде ұсынылады.

Жобаның ғылыми жаңалығы – жоғары турбулентті ортада сұйық отын бүркуінің статистикалық моделін әзірлеуінде. Бұл модель тамшылардың ыдырау, бірігу, конденсация және булану механизмдерін сипаттап, жүйенің әртүрлі режимдердегі мінез-құлқын болжауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар модель нәтижелері қолда бар зертханалық эксперимент деректерімен салыстырылып, олардың дұрыстығы тексеріледі. Осындай кешенді тәсіл модельдің сенімділігі мен қайталанымдылығын қамтамасыз етеді.

Жобаның қолданбалы маңызы зор. Жану үдерісін оңтайландыру отын шығынын азайтып, құрылғылардың пайдалы әсер коэффициентін арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен бірге зиянды шығарындыларды – көмірқышқыл газы, азот оксидтері мен күйе бөлшектерін – төмендету арқылы атмосфералық ауаның сапасын жақсартуға ықпал етеді. Бұл әсіресе экологиялық стандарттар күшейтіліп отырған қазіргі кезеңде аса маңызды.

Қазақстан үшін мұндай зерттеулердің стратегиялық мәні бар. Ел экономикасында көмірсутек ресурстары маңызды орын алады, сондықтан оларды тиімді әрі экологиялық тұрғыдан ұтымды пайдалану – энергетикалық қауіпсіздіктің басты шарттарының бірі. Жобада ұсынылған ғылыми шешімдер жылуфизикалық құрылғылар мен бүрку жүйелерін жетілдіруге, сондай-ақ отынды жағудың жаңа технологияларын әзірлеуге негіз бола алады.

Зерттеу нәтижелері халықаралық деңгейде танылған ғылыми журналдарда жарияланып, ғылыми қауымдастықтың сараптауынан өтеді. Бұл университет ғалымдарының әлемдік ғылыми кеңістікке белсенді кірігуіне және отандық ғылыми мектептің беделін арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар жоба аясында жас ғалымдар, магистранттар мен докторанттар белсенді түрде тартылып, олар есептік модельдер құруға, бағдарламалық кешендерді жетілдіруге және алынған нәтижелерді талдауға қатысады. Бұл ғылыми кадрларды даярлаудың сапасын арттырып, елдің зияткерлік әлеуетін нығайтады.

Жобаның әлеуметтік және экономикалық әсері де айқын. Жану үдерістерін тиімді басқару өнеркәсіптік кәсіпорындардың энергия шығындарын қысқартып, бәсекеге қабілеттілігін арттырады. Экологиялық жүктеменің төмендеуі халық денсаулығына оң ықпал етіп, тұрақты дамуға жол ашады. Сонымен бірге жаңа технологиялық шешімдер өндірістік салада инновациялық жобалардың іске асуына және жаңа жұмыс орындарының ашылуына негіз болады.

Осылайша, Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті ғалымдарының бастамасы сұйық көмірсутекті отындарды жағу саласында жаңа ғылыми деңгей қалыптастыруға бағытталған. 3D компьютерлік модельдеу мен физикалық әдістерді үйлестіре отырып, зерттеу тобы жану үдерістерін терең түсіндіруге, оларды тиімді басқаруға және қоршаған ортаға түсетін теріс әсерді азайтуға нақты ғылыми негіз ұсынуда. Бұл жоба дәстүрлі энергетиканы заманауи талаптарға бейімдеп, экологиялық жауапкершілік пен технологиялық жаңашылдықты ұштастыратын маңызды қадам болып табылады.