Electric-arc synthesis of soot with high content of higher fullerenes in parallel arc

Предмет исследования. Рассмотрен новый метод математического моделирования процессов синтеза углеродных наноструктур в плазме, отличающийся использованием кинетического уравнения Больцмана, и функций распределения частиц с учетом парных упругих и неупругих столкновений. Широкое использование нанотрубок, фуллеренов в современной промышленности сдерживает высокая стоимость и низкая производительность методов синтеза, которые обусловлены недостаточной теоретической изученностью процессов их формирования. Цель работы-построение модели процессов получения различных углеродных наноструктур в плазме дугового разряда и развитие эффективных численных методов для расчетов условий, позволяющих повысить эффективность синтеза. Метод. Представлен метод численного решения рассмотренной многомерной нелинейной задачи с применением технологии nVidia CUDA в сочетании с технологией распараллеливания на центральном и графическом процессорах, позволяющий получить экономичное решение с использованием ограниченных вычислительных ресурсов персонального компьютера. Основные результаты. Показано, что предложенная модель позволяет адекватно описывать процессы образования и роста кластерных групп, являющихся основой формирования углеродных нанаструктур в плазме дугового разряда, а также учитывать влияние условий синтеза на выход конечного продукта. Практическая значимость. Разработанную математическую модель и ее элементы можно использовать при проектировании установок синтеза углеродных наноструктур методом термического испарения графита. Ключевые слова углеродные наноструктуры, математическая модель, электродуговой синтез, плазма, уравнение Больцмана, метод крупных частиц, CUDA

show abstract

Kinetic approach of plasma processes modeling for synthesis of carbon nanostructures

Гаврилов¹,

Sukhanova²,

Rylev³

2019

Naučno-teh. vestn. inf. tehnol. meh. opt.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

Modeling of formation of carbon cluster groups in electric arc discharge plasma

Гаврилов¹

2018

Vestn. Voronež. gos. univ. inž. tehnol.

View full text Add to dashboard Cite

The problem of modeling complex resource-intensive processes of plasma synthesis of carbon nanostructures (CNS) on the basis of mathematical and numerical methods of solution, focused on the use of parallel and distributed computing for processing large amounts of data, allowing to investigate the relationship and characteristics of processes to obtain an effective, cost-effective method of synthesis of CNS (fullerenes, nanotubes), is an actual theoretical and practical problem. This article deals with the problem of mathematical modeling of motion and interaction of charged particles in a multicomponent plasma based on the Boltzmann equation for the synthesis of ONS by thermal sublimation of graphite. The derivation of the collision integral is presented allowing to perform a numerical solution of the Boltzmann - Maxwell equations system with respect to the arc synthesis of CNS. The high order of particles and the number of their interactions involved simultaneously in the process of synthesis of CNS requires significant costs of machine resources and time to perform numerical calculations on the constructed model. Application of the large particle method makes it possible to reduce the amount of computing and hardware requirements without affecting the accuracy of numerical calculations. The use of parallel computing technology on the CPU and GPU with the use of Nvidia CUDA technology allows you to organize all the General-purpose calculations for the developed model based on the graphics processor of the personal computer graphics card, without the use of supercomputers or computing clusters. The results of experimental studies and numerical calculations confirming the adequacy of the developed model are presented. Obtained quantitative characteristics of the total pairwise interactions between the carbon particles and interactions with the formation of clusters of carbon with various types of ties in the plasma of the interelectrode space which are the basis of the synthesized nanostructures. The formation of carbon clusters occurs in the entire interelectrode space of the plasma with different intensity and depends on the process parameters.

show abstract

Evaluation of the state support effectiveness in the agricultural organizations of the Voronezh region

Gavrilova¹,

Рыжкова²

2018

Vestn. Voronež. gos. univ. inž. tehnol.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.

Contact Info

customersupport@researchsolutions.com

10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614

Henderson, NV 89052, USA

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Blog Terms and Conditions API Terms Privacy Policy Contact Cookie Preferences Do Not Sell or Share My Personal Information

Made with 💙 for researchers

Part of the Research Solutions Family.

Electric-arc synthesis of soot with high content of higher fullerenes in parallel arc

Cited by 3 publications

References 10 publications

Kinetic approach of plasma processes modeling for synthesis of carbon nanostructures

Kinetic approach of plasma processes modeling for synthesis of carbon nanostructures

Modeling of formation of carbon cluster groups in electric arc discharge plasma

Evaluation of the state support effectiveness in the agricultural organizations of the Voronezh region

Contact Info

Product

Resources

About