Анализ динамики замкнутости массообменных процессов в экспериментальной модели биологической системы жизнеобеспечения

• Main Authors: Бархатов, Ю. В., Ушакова, С. А., Тихомиров, А. А., Дегерменджи, А. Г., Barkhatov, Yuri V., Ushakova, Sofya A., Tikhomirov, Alexander A., Degermendzhy, Andrey G.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Journal of Siberian Federal University. Сибирский федеральный университет 2023
• Subjects: система жизнеобеспечения; математическая модель; коэффициент замыкания; life support system; mathematical model; closure coefficient; Тупик
• Online Access: https://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/152408

В ИБФ СО РАН создана экспериментальная модель биологической системы жизнеобеспечения (БСЖО) человека с высокой степенью замкнутости круговоротных процессов с вовлечением в массообмен растительных отходов и экзометаболитов человека. Для прогноза возможностей дальнейшего повышения степени замкнутости рассматриваемой экспериментальной модели БСЖО построена математическая модель, опирающаяся на кинетические коэффициенты и зависимости, полученные в экспериментальных исследованиях. Процессы массообмена, протекающие в системе БСЖО, представлены в модели как непрерывные динамические процессы и описываются дифференциальными уравнениями, записанными в размерностях массы. Модель описывает основные процессы массообмена, позволяющие исследовать поведение системы, не превращая в то же время ее в сложную для анализа имитационную модель. Верификация модели была проведена по экспериментальным данным, полученным при работе с БСЖО. Ключевой особенностью математической модели является возможность динамического численного расчета коэффициента замыкания системы. Коэффициент замыкания рассматривается здесь как отношение скорости поступления вещества от гетеротрофных организмов к автотрофным к сумме этой скорости и скорости ухода вещества в тупик. Модель замкнутой БСЖО способна указывать пути повышения замкнутости системы путем варьирования параметров модельного счета и его влияния на рассчитываемый коэффициент замыкания An experimental model of a biological life support system (BLSS) created at the Institute of Biophysics SB RAS has a high level of closure of material cycling with plant wastes and human waste products incorporated into mass exchange. To predict the ways to further increase the level of closure of the BLSS experimental model, a mathematical model based on kinetic coefficients and dependences obtained during experimental research has been constructed. The processes of mass transfer occurring in the BLSS are presented in the model as continuous dynamic processes and are described by differential equations written in ...