Глава 3. Численное решение прямой задачи химической кинетики

Chapter 3. The numerical solution of the direct problem of chemical kinetics
из книги   Коробова В.И., Очкова В.Ф. Химическая кинетика: введение с Mathcad/Maple/ MCS

from the book Viktor Korobov & Valery Ochkov "Chemical kinetic with Mathcad & Maple"

png - рисунок для просмотра, MC11, MC13 и MC14-15 - Mathcad-файлы разных версий для скачивания и

MCS - Mathcad-расчет для работы в интерактивном режиме в Интернет (требует 5-10 секунд ожидания открытия файла на сервере)

***- в работе

Fig. 3.1.

Расчет кинетической кривой промежуточного вещества в последовательной реакции второго порядка с помощью функции ODESOLVE

Kinetic curve calculation for an intermediate in a consecutive second-order reaction using Odesolve function

png

MC11

MC13

MC14-15

Mathcad Prime

MCS

Fig. 3.2.

Расчет кинетических кривых всех участников многостадийной реакции с помощью функции ODESOLVE

Calculation of the kinetic curves for all components in a multi-step reaction using ODESOLVE function

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.3

Выбор алгоритма, используемого функцией ODESOLVE в различных версиях Mathcad

Choosing an ODESOLVE algorithm in different Mathcad versions

png

 

Fig. 3.4.

Решение системы «дифференциально-алгебраических» уравнений

Solving a system of "differential—algebraic" equations

png

 

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.5.

Решение краевой задачи с помощью решающего блока

Solving a boundary-value problem with solver

png

MC11

MC13

MC14-15

 

 

Fig. 3.6.

Численное решение прямой задачи для последовательной реакции, идущей с образованием двух промежуточных продуктов

Numerical solution of the direct problem for a consecutive reaction with two intermediates

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.7.

Динамика изменения численности микроорганизмов и количества яда в системе

Microorganism population and poison amount trends

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.8.

Сравнение результатов расчета с фиксированным (сплошная линия) и адаптирующимся (пунктир) шагом интегрирования

Comparison of the results for calculations with fixed step of integration

png

MC11

MC13

MC14-15

 

 

Fig. 3.9.

Пример кинетической схемы, описываемой жесткой системой дифференциальных уравнений

An example of a kinetic scheme described with a stiff set of differential equations

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.10.

Численное решение прямой кинетической задачи средствами Maple

Numerical solution of the direct kinetic problem using Mathcad tools

png

Maple 9

 

Fig. 3.11.

Кинетические кривые участников обратимой реакции, построенные на основании результатов численного расчета

Kinetic curves for reversible reaction participants calculated using numerical calculation results

png

Maple 9

 

Fig. 3.12.

Динамика развития популяций хищников (пунктир) и травоядных (сплошная линия) в модели Лотки-Вольтерры

Population trends for predators (dashed line) and prey (solid line) in the
Lotka–Volterra model

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.13.

Фазовый портрет системы Лотки-Вольтерры с особой точкой

Phase portrait of the Lotka—Volterra system with a critical point

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.14.

Анализ модели “хищник-жертва” средствами Maple

"Predator—prey" model analysis using Maple

png

Maple 9

 

Fig. 3.15.

Фазовый портрет системы Лотки-Вольтерры с полем направлений

Phase portrait of the Lotka—Volterra system using a directional field

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.16.

Фазовый портрет системы с особой точкой типа «узел»

Phase portrait of the system with "node"−type critical point

png

Maple 9

 

Fig. 3.17.

Система с особой точкой типа «седло»

System with a “saddle” critical point

png

MC11

MC13

MC14-15

 

 

Fig. 3.18.

Моделирование кинетики процесса фотосинтеза

Modelling the photosynthesis kinetics

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.19.

Возможные типы особых точек и фазовых портретов в зависимости от собственных значений матрицы Якоби

Possible critical point types and phase portraits versus different Jacobian
matrix eigenvalues

png

 

Fig. 3.20.

Колебательный режим динамики развития колонии микроорганизмов

Oscillation mode of the population trend in microorganism colony

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.21.

Фазовый портрет брюсселятора с предельным циклом

Brusselator phase portrait with a limit cycle

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.22.

Концентрационные колебания в реакции Белоусова -Жаботинского

Concentration oscillations in the Belousov–Zhabotinsky reaction

png

 

MC14/15

 

MCS

Fig. 3.23.

Одно из решений прямой задачи для модели «орегонатор»

One of the direct problem solutions for the oregonator problem

png

MC11

MC13

MC14/15

 

MCS

Fig. 3.24.

Решение задачи о термическом разложении GeCl4

Solution of the GeCl4 decomposition problem

png

MC11

MC13

MC14-15

 

MCS

Fig. 3.25.

Зависимость степени превращения от времени и температуры при различных скоростях нагрева

Conversion vs. time and temperature for different heating rates

png

MC11

MC13

MC14

 

MCS

Fig. 3.26.

Изменение температуры и концентрации реагента в адиабатическом реакторе периодического действия

Temperature and reagent concentration changes in a periodic adiabatic
reactor

png

MC11

MC13

MC14

 

MCS

Fig. 3.27.

Динамика работы неадиабатического реактора периодического действия

Operation dynamics of a periodic nonadiabatic reactor

png

MC11

MC13

MC14

 

MCS

Fig. 3.28.

Изменение температуры и концентрации в адиабатическом проточном реакторе

Temperature and concentration trends in a flow adiabatic reactor

png

MC11

MC13

MC14

 

MCS

Fig. 3.29.

Расчет возможных стационарных состояний и анализ их устойчивости

Computations of possible stationary states and analysis of their
stability

png

MC11

MC13

MC14

 

MCS

Fig. 3.30.

Графическое представление возможных стационарных состояний

Graphical representation of possible stationary states

png

MC11

MC13

MC14

 

MCS

Fig. 3.31.

Фазовый портрет экзотермической реакции, идущей в адиабатическом проточном реакторе

Phase portrait for exothermic reaction in an adiabatic flow reactor

png

MC11

MC13

MC14

 

MCS