Browsing by Author "Гера, Богдан Васильович"
Now showing 1 - 4 of 4
- Results Per Page
- Sort Options
Item Математичне моделювання епідеміологічних та клініколабораторних проявів туберкульозу(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Iльницький, Григорій Іванович; Iльницький, Ярослав Миколайович; Національний університет "Львівська політехніка"; Соколовський, Я. І.; Гера, Богдан ВасильовичItem Математичне моделювання процесів оксидації чадного газу на неоднорідних каталізаторах(Національний університет "Львівська політехніка", 2019) Рижа, Ірина Андріївна; Костробій, Петро Петрович; Національний університет “Львівська політехніка”; Власюк, Анатолій Павлович; Гера, Богдан ВасильовичДисертаційна робота присвячена побудові та дослідженню математичних моделей реакційно-дифузійних процесів оксидації чадного газу на наноструктурованих платинових каталізаторах. Обґрунтовано та побудовано математичну модель реакційно-дифузійних процесів для механізму Ленгмюра-Гіншелвуда (LH) на поверхні металевого каталізатора, яка базується на описі нерівноважних процесів методом нерівноважного статистичного оператора Д. Зубарєва, що дало змогу врахувати особливості протікання хімічних реакцій типу окиснення на поверхні платинового (Pt) каталізатора. На основі отриманих при такому підході узагальнених рівнянь реакційно-дифузійної динаміки побудовано нову континуальну математичну модель реакційно-дифузійних процесів окиснення чадного газу (СО) на плоскій поверхні платинового каталізатора, яка враховує скінченність швидкості десорбції продукту окиснення вуглекислого газу (CO2) з поверхні каталізатора. Досліджено області стійкості стаціонарних розв’язків отриманої системи кінетичних рівнянь, проаналізовано вплив параметрів моделі (парціальних тисків, констант реакцій, коефіцієнтів дифузії) на область коливного характеру реакції. Досліджено вплив наноструктури поверхні каталізатора на кінетику окиснення чадного газу та показано, що врахування неоднорідності каталітичної поверхні спричиняє появу тонкої структури коливного протікання реакції (змішаного режиму), яка спостерігається експериментально, але яку не вдавалось передбачити іншими моделями. Диссертационная работа посвящена построению и исследованию математи-ческих моделей реакционно-диффузионных процессов окисления угарного газа на наноструктурированных платиновых катализаторах. Обоснованна и построена математическая модель реакционно-диффузионных процессов для механизма Ленгмюра-Гиншелвуда (LH) на поверхности металлического катализатора, основанная на описании неравновесных процессов методом неравновесного статистического оператора Д. Зубарева, что позволило учесть особенности протекания химических реакций типа окисления на поверхности платинового (Pt) катализатора. На основе полученных при таком подходе обобщенных уравнений реакционно-диффузионной динамики построена новая континуальная математическая модель реакционно-диффузионных процессов окисления угарного газа (СО) на плоской поверхности платинового катализатора, которая учитывает конечность скорости десорбции продукта окисления углекислого газа (CO2) с поверхности катализатора. Исследованы области устойчивости стационарных решений полученной системы кинетических уравнений, проанализировано влияние параметров модели (парциальных давлений, констант реакций, коэффициентов диффузии) на область колеблющегося характера реакции. Исследовано влияние наноструктуры поверхности катализатора на кинетику окисления угарного газа и показано, что учет неоднородности поверхности катализатора вызывает появление тонкой структуры колеблющегося протекания реакции (смешанного режима), которая наблюдается экспериментально, но которую не удавалось предсказать другими моделями. The dissertation is devoted to the construction and investigation of mathematical models for reaction-diffusion processes of carbon monoxide oxidation on the nanostructured platinum catalysts. The mathematical model of reaction-diffusion processes for the Langmuir-Hinshelwood (LH) mechanism on the metallic catalyst surface is constructed and justified, based on the description of nonequilibrium processes by a method of D. Zubarev non-equilibrium statistical operator. This enables to account for the particularities of oxidation chemical reactions occurrence on the platinum (Pt) catalyst surface. A new continuum mathematical model for the reaction-diffusion processes of carbon monoxide (CO) oxidation on a two-dimensional platinum catalyst surface is developed on the basis of generalized equations of reaction-diffusion dynamics obtained in this approach. The finiteness of the rate of oxidation product, carbon dioxide (CO2), desorption from the catalyst surface is taken into account. The stability regions of stationary solutions of the obtained system of kinetic equations are investigated and the influence of model parameters (partial pressures, rates of reaction, diffusion coefficients) on the region of reaction oscillatory character is analyzed. The conditions for Hopf and Turing bifurcations to occur are established. It is shown that the obtained model belongs to the class of stiff problems in the region of auto-oscillatory mode. The software for numerical solving of stiff systems of differential equations is improved. A numerical analysis of the proposed mathematical model for CO catalytic oxidation processes on the Pt-catalyst surface is conducted. The spatial and temporal periodic chemical oscillations of CO, oxygen (O), CO2 surface coverages and the fraction of the catalyst surface in the nonreconstructed structure (1×1) are revealed in a narrow region of the phase diagram between two homogeneous stable states of high and low catalytic activity. It is established that when the finiteness of CO2 desorption is taken into account, both the course of the oxidation reaction and the stability region are only slightly affected. The influence of the catalyst surface nanostructure on the carbon monoxide oxidation kinetics is investigated. It is shown that when the faceting and the two-dimensionality of the catalyst surface are taken into account, the reaction stability region changes. The account of the catalyst surface inhomogeneity leads to appearance of a fine structure of the oscillatory course of reaction (mixed mode), which is observed experimentally, but which could not be predicted by other models.Item Математичне моделювання та чисельний аналіз двофазної фільтрації газу та рідини в пористому середовищі(Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригача НАН України, 2018) Вавричук, Петро Григорович; П'янило, Ярослав Данилович; Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригача НАН України; Костробій, Петро Петрович; Гера, Богдан ВасильовичДисертація присвячена математичному моделюванню процесів фільтрації газу та води в пористих середовищах та розробленню методів знаходження параметрів роботи підземного сховища газу за наявності водного фактору. У роботі розв'язано задачу науково-технічного характеру в галузі математичного моделювання та обчислювальних методів. При дослідженні процесу фільтрації газу та води в пористих середовищах було вперше побудовано: математичну модель роботи підземного сховища газу (ПСГ) при наявності підошовної води та законтурної води; математичну модель для оцінки кількості дифундованого газу у воду при роботі ПСГ; математичну модель для оцінки швидкості руху газоводяного контакту з метою недопущення заводнення свердловини. Адаптовано чисельно-аналітичні ітераційні методи для розв’язування вище поставлених задач. Отримані теоретичні результати дали змогу дослідити параметри (дебіт свердловини, тиск на газозбірному пункті, пластовий тиск та швидкість підняття газоводяного контакту), які впливають на роботу ПСГ за наявності водного фактору, та корегувати їх відповідно для покращення роботи ПСГ. Диссертация посвящена математическому моделированию процессов фильтрации газа и воды в пористых средах и разработке методов нахождения параметров работы подземного хранилища газа при наличии водного фактора. В работе решена задача научно-технического характера в области мате-матического моделирования и вычислительных методов. При исследовании процесса фильтрации газа и воды в пористых средах впервые построено: математическую модель работы подземного хранилища газа (ПХГ) при наличии подошвенной и законтурной воды; математическую модель для оценивания количества дифундованого газа в воду при работе ПХГ; математическую модель для оценивания скорости движения газоводяного контакта с целью недопущения заводнения скважины. Адаптированы численно-аналитические итерационные методы для решения вышепоставленных задач. Полученные теоретические результаты позволили исследовать параметры (дебит скважины, давление на газосборном пункте, пластовое давление и скорость поднятия газоводяного контакта) при наличии водного фактора, которые влияют на работу ПХГ, и соответственно корректировать их для улучшения работы ПХГ. The presented work is devoted to mathematical modelling filtration processes of gas and water in porous medium and development of finding parameters methods of an underground gas storage work in the presence of water factor. The task of the scientific and technical character in the field of mathematical modeling and computational methods is solved. While creating and using underground gas stores (UGS) one of the main questions is establishing of functioning parameters for the underground gas store for maintenance of gas extraction process (gas flooding) in case the water is present in formations. Presence of water is detected almost in all gas stores (deposits) created in the depleted fields. Notwithstanding the great amount of the researches, currently no sufficient theory for describing of processes taking place in formations-collectors of gas stores with edge water has been yet proposed. Calculating UGS functioning parameters is getting complicated also due to the uncertainty of the porous medium parameters and its non-homogeneousness. This demands building of the corresponding adaptation models and methods, which allow specification of model parameters in accordance with the measured parameters (pressure, discharge, etc.). To construct the model of gas-water or water-gas displacement in the process of filtration in porous media and motion of two-phase mixtures in vertical wells and sloping areas of pipelines, it is necessary to take into account a lot of dynamic parameters. Despite the large number of studies in this field, there is no comprehensive theory to describe these processes so far. The calculation of filtration and motion of two-phase systems is even more complicated due to the uncertain parameters of porous media and their heterogeneity. In the study of the process of filtration of gas and water in porous media was first built: the ma-thematical model of the work of UGS in the presence of plantar water and water flow; the mathematical model for estimating the amount of diffused gas in water during operation of UGS; the mathematical model for estimating the speed of the gas-water contact in order to prevent flooding of the well. Numerical-analytical iterative methods for solving the above tasks are adapted. Recommendations concerning the operation of UGS in the presence of water factor are proposed. Mathematical model of such a process is being built. Functional connection between the mass flowrate and pressure values in the main gas pipeline and on the outer water edge is being established. Formulas for calculating of the main UGS functioning parameters during the process of gas extraction are obtained. Model problem and formulas for calculating underground gas store parameters are tested during multiple experiments.Item Математичні моделі процесів емісії та стоку вуглекислого газу в лісовому господарстві та при змінах землекористування(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Густі, Микола Іванович; Бунь, Ростислав Адамович; Національний університет «Львівська політехніка»; Виклюк, Ярослав Ігорович; Гера, Богдан Васильович; Мартинюк, Петро МиколайовичРозв’язано комплекс задач, які у сукупності вирішили науково-прикладну проблему математичного моделювання процесів емісії та стоку СО2 у лісовому господарстві та при змінах землекористування для підвищення ефективності прийняття природоохоронних управлінських рішень щодо пом’якшення зміни клімату на глобальному, регіональному та національному рівнях. Зокрема, розроблено метод моделювання вуглецевого балансу лісової екосистеми, з врахуванням таксаційних параметрів деревостану; метод геопросторового моделювання процесів лісокористування та зміни землекористування на глобальному рівні із врахуванням взаємного впливу цих процесів; метод моделювання процесу просторового поширення знеліснення для глобальної геопросторової моделі G4M; метод моделювання процесу прийняття рішень щодо заготівлі заданої кількості деревини та зменшення емісій СО2 від лісокористування при збереженні заготівлі деревини на рівні регіону; метод ідентифікації параметрів G4M (для моделювання процесів зміни землекористування) за даними міжнародних організацій. З використанням розроблених методів створено математичні моделі та проведено аналіз похибок моделей. Розроблено схеми взаємозв’язку G4M з іншими моделями для формування комплексів моделей для інтегральної оцінки. Решен комплекс задач, которые в совокупности разрешили научно-прикладную проблему математического моделирования процессов эмиссии и стока СО2 в лесном хозяйстве и при изменениях землепользования для повышения эффективности принятия природоохранных управленческих решений по смягчению изменения климата на глобальном, региональном и национальном уровнях. В частности, разработан метод моделирования углеродного баланса лесной экосистемы с учетом таксационных параметров древостоя; метод геопространственного моделирования процессов лесопользования и изменения землепользования на глобальном уровне с учетом взаимного влияния этих процессов; метод моделирования процесса пространственного распространения вырубки лесов для глобальной геопространственной модели G4M; метод моделирования процесса принятия решений по заготовке заданного количества древесины и уменьшения эмиссий СО2 от лесопользования при сохранении заготовки древесины в регионе; метод идентификации параметров G4M (для моделирования процессов изменения землепользования) за данными международных организаций. С использованием разработанных методов созданы математические модели и проведен анализ погрешностей моделей. Разработаны схемы взаимосвязи G4M с другими моделями для формирования комплексов моделей для интегральной оценки. The dissertation is devoted to the actual scientific and applied problem of mathematical modeling of CO2 emissions and sinks in land use change and forestry (LUCF) in order to increase the effectiveness of decisions on climate change mitigation at the global, regional and national levels. The 1st chapter analyzes the global CO2 budget, the main processes of carbon cycle in forest ecosystems and mathematical models used for studying processes related to CO2 budget. The 2nd chapter is devoted to development of methods and mathematical models for modeling the carbon budget of forest ecosystems. The 3rd chapter considers the mathematical modeling of forest management (FM) and land use change (LUC) processes and the development of the geospatial mathematical model of FM and LUC - G4M. The 4th chapter describes the validation of the G4M model. In the 5th chapter we give examples of the practical application of the G4M model, describe the schemes of data exchange between G4M and other models for the formation of modelling frameworks for integrated assessments. The 6th chapter considers methods for estimating emission uncertainties and the effect of uncertainties on decision making. Based on the models developed in the 2nd and 3rd chapters computer simulation tools were elaborated. A method for modeling of carbon budget of a forest ecosystem combining processes of carbon cycle and tree-stand taxation parameters is developed. The structure of the mathematical model of the carbon budget of a forest ecosystem has been improved taking into account the available data on forest ecosystems and climatic conditions in Ukraine by introducing additional reservoirs and flows of carbon that makes it possible to account for the dependence of the intensity of the carbon cycle processes on age of the tree stands, as well as reproduce the age and seasonal dynamics of the carbon cycle processes more adequately. A mathematical model of phenological processes in beech and oak forests of the Ukrainian Carpathians is developed based on observational data; the model takes into account the time shift of these processes due to climate change and gives an opportunity to reproduce the seasonal dynamics of carbon cycle processes more adequately. These developments are used for creation of mathematical models of tree stands, which are used to analyze the dynamics of carbon stocks in the components of forest ecosystem during afforestation. A method for geospatial modeling of FM and LUC processes at the global level is developed. The method takes into account the interdependence of these processes, as well as trade in harvested wood, and afforestation and deforestation, making it possible to consistently analyze and project these processes depending on the economic development and CO2 emission limitations. A method for modeling the process of decision-making on harvesting a given amount of wood and reducing FM CO2 emissions while preserving the harvest amount at the country or region level is developed for G4M; it is based on the principle of maximizing net present value, combining information on the harvesting of wood at various geospatial levels (regions, countries and individual raster cells) and gives an opportunity to simulate logging process and implementation of environmental policies. A method for identification of the G4M parameters reflecting the processes of afforestation and deforestation at the local level and taking into account data on afforestation, deforestation and the trend of changes in forest area at the national level is developed; the method makes it possible to reproduce historical LUC CO2 emissions in countries, as well as projecting emissions for different scenarios of socioeconomic development and CO2 prices. The methods and an algorithm for estimating the CO2 emissions from biomass, litter, soil and wetlands are used to improve the G4M model. G4M is used to analyze strategies of CO2 emission reduction at global, regional and national scales. In particular, G4M was applied to assess the effectiveness of the CO2 emission reduction policy for Ukrainian forests under various socio-economic scenarios; for numerical assessment of the Shared Socio-economic Pathways together with scenarios of Representative Concentration Pathways; for the analysis of the potential and costs of using land and forest resources by EU countries; creation of a reference scenario for LULUCF greenhouse gas (GHG) emissions by 2050 for EU countries; for preparation of the European Commission (EC) assessment of the impact of sustainable bioenergy use in EU countries; to support the decision of the EC to reduce LULUCF GHG emissions; preparing scenarios for enhanced emission reduction measures for countries that emit most of the GHGs; preparation of an integrated assessment of climate change mitigation and adaptation in developing countries for the World Bank; analysis of synergy measures to reduce CO2 emissions from deforestation and the risk of species extinction, etc.