name: Математическое моделирование процессов извлечения металлов из растворов электролитов в реакторах с проточными объемно-пористыми электродами
keyword_list: численные методы комплексы программ электролиз дифференциальные уравнения проточные пористые электроды Математическое моделирование
abstract: Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса электролиза в проточном объемно-пористом электролизёре путём оптимизации конструкции электрода в соответствии с результатами компьютерного моделирования электрохимического процесса извлечения металлов из растворов электролитов.
  Задачи диссертационной работы:
  – Модернизировать метод математического моделирования процессов электроосаждения металлов в проточном объемно-пористом электроде, основанного на системе дифференциальных уравнений второго и первого порядка, учитывающих распределение электропроводности и скорости протока электролита по толщине электрода; 
  – Разработать эффективные численные методы для решения систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы в объемно-пористых электродах (ОПЭ), и для определения оптимального распределения электропроводности ОПЭ;
  – разработать комплекс проблемно-ориентированных программ для расчета электрохимических параметров электроосаждения металлов из многокомпонентного раствора электролитов; 
  – Промоделировать процессы электроосаждения металлов в проточном объемно-пористом электроде с применением разработанных методов моделирования и алгоритмов усовершенствованных численных процедур, а также сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными и выработка рекомендаций по повышению производительности электролизёра.
  Для решения поставленных задач были использованы современные методы исследования, базирующиеся на фундаментальных основах математического моделирования, системного анализа, теории вероятностей, численных методов решения дифференциальных уравнений, теории электрохимических процессов, методов оптимального математического управления, а также планирования эксперимента и корреляционно-регрессионного анализа. 
  Научная новизна работы.
  1 Модернизирован метод математического моделирования процессов электроосаждения металлов в проточном объемно-пористом электроде, основанный на решении системы дифференциальных уравнений второго и первого порядка, описывающих закономерности электроосаждения металлов в ОПЭ. Метод отличается от известных тем, что в системе дифференциальных уравнений учитывается распределение скорости протока электролита как функции координаты точки в объеме электрода, что позволяет повысить точность определения параметров электрохимической системы. 
  2 Усовершенствован численный метод Рунге-Кутты для решения систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы в проточных электродах, отличающийся неравномерным шагом интегрирования по сетке, размер которого связан со значениями функции электрохимического потенциала, что при расчете позволяет существенно повысить точность решения, сократить количество шагов и затраты времени. 
  3 На основе принципа максимума Понтрягина разработан алгоритм численного расчета распределения электропроводности проточного объемно-пористого электрода как функции координаты его толщины, позволяющий оптимизировать конструкцию электрода и на этой основе существенно повысить эффективность работы электролизера с ОПЭ. 
  4 Разработан комплекс проблемно-ориентированных программ для расчета электрохимических параметров процесса электроосаждения металлов из многокомпонентного раствора электролитов, реализующий модернизированный метод математического моделирования процессов электроосаждения металлов в проточном объемно-пористом электроде и алгоритм численного расчета с использованием параллельных вычислений, что повышает точность и скорость определения параметров электрохимической системы.
  5 В результате компьютерного моделирования уточнены характеристики электроосаждения металлов в проточных объемно-пористых электродах электрохимических систем, которые позволяют выработать рекомендации по повышению производительности электролизёра.
  Практическая значимость работы.
  1 Разработанные методы, алгоритмы и программы позволяют обосновать наиболее благоприятные режимы процессов электролиза и выявить закономерности процессов электроосаждения на ОПЭ с учетом плотности поляризующего тока, скорости протока электролита и электропроводности электрода.
  2  Применение комплекса проблемно-ориентированных программ, реализующего предложенный метод математического моделирования и алгоритм численного расчета электрохимических параметров процесса электроосаждения металлов из многокомпонентного раствора электролитов дает возможность повысить точность расчета и уменьшить затраты времени на проведение исследования.
  Результаты работы использованы при создании программного продукта: Программный комплекс для расчета параметров электрохимического процесса в проточных углеродных волокнистых электродах (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022616439). 
  Результаты исследовательской работы применяются в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Федеральный Ростовский аграрный научный центр», в Обществе с ограниченной ответственностью Агрофирма «Биокор-С» для повышения оценки точности  возникающих рисков, а также в образовательном процессе Пензенского государственного технологического университета при подготовке бакалавров и магистров по направлению подготовки «Прикладная информатика», что подтверждено актами о внедрении.
  Результаты исследовательской работы применяются в ООО ПКФ «СПЕЦДЕТАЛЬ» в качестве рекомендаций по выбору параметров электролиза в процессе очистки промышленных вод. а также в образовательном процессе процессе кафедры «Программирование» Пензенского государственного технологического университета при реализации основной профессиональной образовательной программы по дисциплинам «Методы вычислений», «Современные численные методы и пакеты прикладных программ» и «Моделирование» для студентов по направлениям подготовки бакалавриата и магистратуры «Информатика и вычислительная техника» и «Программная инженерия», что подтверждено актами о внедрении.
chairman_dissertation_council.name: Игорь
chairman_dissertation_council.surname: Сальников
chairman_dissertation_council.patronymic: Иванович
chairman_dissertation_council.position: Профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: S-6627-2016
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 57192203129
chairman_dissertation_council.rinc_id: 428445
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Дмитрий
organization_supervisor.surname: Пащенко
organization_supervisor.patronymic: Владимирович
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 28.17.19
rubrics.name: Математическое моделирование
rubrics.code: 27.41.19
rubrics.name: Численные методы решения дифференциальных и интегральных уравнений
rubrics.code: 27.29.19
rubrics.name: Краевые задачи и задачи на собственные значения для обыкновенных дифференциальных уравнений и систем уравнений
oecds.code: 01.02.EW
oecds.name: COMPUTER SCIENCE, SOFTWARE ENGINEERING
oecds.code: 01.04.HQ
oecds.name: ELECTROCHEMISTRY
oecds.code: 01.01.PQ
oecds.name: MATHEMATICS
speciality_codes.name: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
speciality_codes.code: 05.13.18
supervisors.fio: Кошев А.Н.
supervisors.scientific_degree: Доктор химических наук
supervisors.speciality_code: Технология электрохимических процессов и защита от коррозии
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Бойков И.В.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Вычислительная математика
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Дидрих В.Е.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, ПЕНЗГТУ, ФГБОУ ВО "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1045802502690
protection_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: ПАЩЕНКО
protection_organization.supervisor_patronymic: ВЛАДИМИРОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, ПЕНЗГТУ, ФГБОУ ВО "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1045802502690
author_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ПАЩЕНКО
author_organization.supervisor_patronymic: ВЛАДИМИРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения