Крекинг углеводородного сырья с получением сверхкритического водорода: вариационная термодинамика, критические режимы и эксергетический инвариант Гусева

Крекинг тяжелого углеводородного сырья с получением сверхкритического водорода демонстрирует универсальные критические режимы, которые в корне определяют эффективность производства водорода. Для описания этих переходов разработана вариационная термодинамическая модель. Модель основана на минимизации термодинамических необратимостей и приводит к уравнению Эйлера-Лагранжа, из которого вытекает эксергетический инвариант Гусева в его канонической форме:

Этот инвариант управляет переходом между режимами с низким H₂, плато и высоким H₂. Параметр выхода водорода действует как параметр порядка, в то время как функционал необратимости становится эквивалентным функционалу Ландау-Гинзбурга. Получены критические показатели β = 1/2, γ = 1, δ = 3, которые, как показано, являются универсальными. Установлена структура перенормировочной группы (RG), выявляющая критическую фиксированную точку, соответствующую режиму плато. Эта теория обеспечивает единую основу для оптимизации производства водорода в реакторах сверхкритического крекинга.

1. . Alexander L. Gusev. Physics of Critical Transitions in Supercritical Fluids: Variational Theory, Order Parameter, and the Gusev Exergetic Invariant // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2026. – № 02(443), pp. 34-47.

2. . Landau L. D., Lifshitz E. M. Statistical Physics. Part 1. – M.: Nauka, 1976.

3. . Landau L. D., Lifshitz E. M. Field Theory. – M.: Nauka, 1973.

4. . Ginzburg V. L., Landau L. D. On the Theory of Superconductivity // JETP. – 1950; 20:1064.

5. . Wilson K. G. Renormalization group and critical phenomena // Rev. Mod. Phys. – 1975; 47:773.

6. . Goldenfeld N. Lectures on Phase Transitions and the Renormalization Group. Addison-Wesley, 1992.

7. . Prigozhin I. Introduction to the Thermodynamics of Irreversible Processes. – Moscow: IL, 1960.

8. . De Groot S. R., Mazur P. Non-Equilibrium Thermodynamics. – Dover, 1984.

9. . Kondepudi D., Prigogine I. Modern Thermodynamics. – Wiley, 2014.

10. . Vargaftik N. B. Tables on the Thermophysical Properties of Liquids and Gases. – Hemisphere, 1975.

11. . Pioro I., Duffey R. Heat transfer and hydraulic resistance at supercritical pressures // ASME J. Heat Transfer. – 2007; 129:12.

12. . Oka Y. Supercritical-Pressure Light Water Cooled Reactors. – Springer, 2014.

13. . Jackson J. D. Heat transfer to fluids at supercritical pressure // Nucl. Eng. Des. – 2013; 264:24.

14. . Stroganov S. P., Arnold V. I. Catastrophes and Bifurcations. – Moscow: Nauka, 1990.

15. . Strogatz S. H. Nonlinear Dynamics and Chaos. – Westview Press, 2015.

16. . Cross M. C., Hohenberg P. C. Pattern formation outside equilibrium // Rev. Mod. Phys. – 1993; 65:851.

17. . Ginzburg V. L. On Landau’s theory of phase transitions // Phys. Usp. – 1995; 38:490.

18. . Chaikin P. M., Lubensky T. C. Principles of Condensed Matter Physics. Cambridge Univ. Press, 1995.

19. . Zinn-Justin J. Quantum Field Theory and Critical Phenomena. Oxford Univ. Press, 2002.

20. . Wilson K. G., Kogut J. The renormalization group and the ε-expansion // Phys. Rep. – 1974; 12:75.

21. . Fisher M. E. Renormalization group theory: Its basis and formulation in statistical physics // Rev. Mod. Phys. – 1998; 70:653.

22. . Cardy J. Scaling and Renormalization in Statistical Physics. Cambridge Univ. Press, 1996.

23. . Pioro I. L., Khartabil H. F., Duffey R. B. Heat transfer to supercritical fluids flowing in channels // Nucl. Eng. Des. – 2005; 235:2407.

24. . Yamagata K. et al. Forced convective heat transfer to supercritical water // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1972; 15:2575.

25. . Mokry S. et al. Heat transfer deterioration in supercritical fluids // Exp. Therm. Fluid Sci. – 2011; 35:1425.

26. . Gusev A. L. Universal regime criterion for supercritical heat transfer // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2026; 2 (443):66-77.