Виробництво вуглецевих виробів є надзвичайно ресурсо- та енергозатратним через значний вихід браку в кінцевій продукції та значної тривалості енергозатратного виробництва. Підвищення ефективності даного виробництва навіть на незначний рівень призводить до значних фінансових заощаджень, а тому є актуальною науково-практичною проблемою, особливо в сучасних умовах постійного зростання вартості енергоносіїв.На основі проведеного аналізу процесу випалювання встановлено ключову роль етапу «камера під вогнем як основної стадії з точки зору формування параметрів якості готової продукції і потенціалу для підвищення ефективності ресурсо- та енергозбереження процесу виробництва вуглеграфітових виробів в цілому.Підвищення ефективності процесу випалювання вуглецевих виробів базується на визначенні та реалізації у реальному часі оптимальних режимів роботи печі випалювання. Поставлена задача може бути розв'язана шляхом впровадження ефективних систем керування даним технологічним об'єктом на основі його математичної моделі. У зв'язку з цим, потребує розв'язання актуальне науково-практичне завдання розроблення системи оптимального керування процесом випалювання вуглецевих виробів, яка б відповідала сучасним вимогам ресурсо- та енергозбереження.Обґрунтовано застосування методу математичного моделювання, як фактично безальтернативного методу дослідження процесу випалювання, вуглеграфітового виробництва та сформульовані задачі даного дослідження.У результаті проведеного аналізу відомих на сьогоднішній день математичних моделей процесу випалювання та аналогічних йому процесів визначена модель, на основі якої ґрунтується подальше дослідження режимів роботи багатокамерної печі випалювання.Для математичного моделювання кампанії випалювання вуглецевих виробів реалізована математична модель в розподілених параметрах на основі усереднених по Рейнольдсу рівняння нерозривності, збереження кількості руху, транспорту хімічних компонентів реакції горіння, енергії в ентальпійному вигляді, турбулентної кінетичної енергії і швидкості її дисипації.Сформовано методику та порядок проведення досліджень впливу основних технологічних параметрів процесу випалювання вуглецевих виробів на проходження кампанії. Показано, що математична модель процесу випалювання вуглецевих виробів, яка була використана для дослідження режимів роботи даного технологічного об'єкту, потребує значного часу розрахунку – від декількох годин до декількох десятків годин – і тому не може бути використана у системах керування реального часу. Проведено аналіз відомих методів спрощення математичних моделей, наведено їх переваги та недоліки. На основі аналізу обґрунтовано доцільність використання методу, що базується на наближеному поданні точних розв'язків. Для побудови спрощеної математичної моделі процесу випалювання використовувався метод розділення змінних Фур'є. Розроблені спрощені математичні моделі для трьох режимів роботи камери випалювання – охолодження, нагрівання димовими газами та «камера під вогнем».Проведене дослідження точності та адекватності розроблених моделей показало їх високу ефективність. Аналіз існуючих на сьогоднішній день критеріїв якості готової продукції показав неможливість їх застосування як критеріїв готовності кінцевої продукції. У даній роботі запропоновано розглядати ентропію як критерій готовності продукції, базуючись на тому, що зміна стану вуглецевих матеріалів, які піддаються термічній обробці, супроводжується зміною їх термодинамічних властивостей.Проведений аналіз існуючих на сьогоднішній день систем керування процесом випалювання висвітлив переваги та недоліки запропонованих систем керування, а також показав, що основними складнощами при розробленні системи керування даним процесом є неврахування підсосу повітря, температури повітря, що йде на спалювання, інерційність процесу та його перерегулювання.Запропоновано шляхи для вирішення описаних складнощів, а саме: представлення об'єкта управління як послідовності зв'язаних між собою основних етапів кампанії випалювання, та доцільність використання MPC-керування. Проведено дослідження впливу горизонтів прогнозування та керування при розробці MPC-регуляторів.Для дослідження ефективності розробленої системи керування з MPC-регуляторгом проведено порівняння останньої з класичним ПІД-регулятором, налаштованим методом Циглера – Ніколса, та селективним ПІД-регулятором.Обґрунтовано доцільність синтезу системи керування на базі штучних нейронних мереж для вирішення задачі визначення ймовірності дефектів у заготовках. Вирішена задача обмеженості необхідних для навчання нейронної мережі даних шляхом застосування особливої структури – автоенкодера.В порівнянні з системою керування з класичним ПІД-регулятором, розроблена система забезпечує меншу витрату палива для досягнення продукції необхідної якості. Запропонований регулятор забезпечує менші перепади та прирости температур протягом всього процесу випалювання.^UCarbon production is extremely resource- and energy-intensive because of the significant shortage of output and the long duration of energy-consuming production. Increasing the efficiency of this production even to a small level leads to significant financial savings, and therefore is an urgent scientific and practical problem, especially in the current conditions of constant increase in the cost of energy.Increasing the efficiency of the carbon product baking process is based on identifying and implementing in real time the optimum operating modes of the furnace. This task can be solved by implementing effective control systems for this technological object based on its mathematical model. In this regard, the urgent scientific and practical task of developing a system of optimal control of the process of baking carbon products that meets the modern requirements of resource and energy conservation needs to be solved.The application of the mathematical modeling method as a virtually non-alternative method of investigation of the process of baking graphite production and the objectives of this study are substantiated.As a result of the analysis of the mathematical models of the baking process known to date, and similar processes, the model was used, on the basis of which further study of the modes of operation of the multi-chamber baking furnace is based.For mathematical modeling of the campaign of baking carbon products, a mathematical model in distributed parameters is implemented based on the Reinolds-averaged equation of continuity, conservation of the amount of motion, transport of chemical components of the combustion reaction, energy in enthalpy, turbulent kinetic energy and velocity of its energy.The methodology and procedure for conducting research into the influence of the main technological parameters of the carbon baking process on the campaign progress have been established. It has been shown that a mathematical model of the carbon-baking process used to investigate the modes of operation of a given technological object requires a considerable calculation time - from several hours to several tens of hours - and therefore cannot be used in real-time control systems. The known methods of simplification of mathematical models are analyzed, their advantages and disadvantages are given. Based on the analysis, it is reasonable to use a method based on the approximate representation of exact solutions. A Fourier variable method was used to construct a simplified mathematical model of the baking process. Simplified mathematical models have been developed for the three modes of operation of the chamber - cooling, heating with flue gases and "chamber under fire".The conducted study of the accuracy and adequacy of the developed models showed their high efficiency. An analysis of the existing quality criteria for finished products has shown that it is impossible to use them as the criteria for the finished product readiness. In this paper, it is proposed to consider entropy as a product readiness criterion, on the basis that the change in the state of carbonaceous materials undergoing heat treatment is accompanied by a change in their thermodynamic properties.The analysis of existing control systems of the baking process has revealed the advantages and disadvantages of the proposed control systems, and also showed that the main difficulties in the development of the control system of this process is the failure to take into account the air intake, combustion air temperature, inertia of the process and its overregulation.Ways to solve these difficulties are presented: presenting the control object as a sequence of related stages of the baking campaign, and the expediency of using MPC control. The influence of the horizons of forecasting and control during the development of MPC-controller is investigated.To study the effectiveness of the developed control system with the MPC controller, a comparison of the latter with a classical PID-controller, tuned by the Ziegler - Nichols method, and a selective PID-controller was performed. The feasibility of synthesis of control system based on artificial neural networks to solve the problem of determining the defect probability in the blanks is substantiated. The problem of limited necessity for training of neural network of data by application of special structure - autoencoder is solved.Compared to the control system with the classic PID-controller, the developed system provides less fuel consumption to achieve the products of the required quality. The proposed controller provides smaller variations and temperature increases throughout the baking process.

Дисертаційне дослідження присвячене дослідженню та вирішенню актуального наукового завдання, що полягає в розробці та вдосконаленні пальників для спалювання пелет сільськогосподарського походження, визначення основних закономірностей процесу їх горіння й дослідження впливу режимних параметрів на тепловий стан топкової камери котла малої потужності.В роботі проведено літературно-патентний пошук за темою дисертаційного дослідження. Проведено оцінку загального стану біоенергетичної галузі та сучасні тенденції у застосуванні біопалива аграрного походження в Україні, яке має певний потенціал щодо розвитку даного напряму за рахунок значної ресурсної бази. За результатами аналізу літературних джерел встановлено, що біомаса в основному використовується для виробництва теплоти у великих або середніх по потужності котлах систем централізованого опалення та у побутових котлах на дровах/пелетах, у печах і у камінах. Встановлено, що використання агропелет в побутових котлах стає все більш поширеним. Це зумовлено не тільки екологічними перевагами, але й високою тепловою ефективністю та зручністю у використанні. Розвиток технологій виробництва та спалювання агропелет дозволяє досягати більш високої ефективності горіння, мінімізуючи при цьому забруднення повітря шкідливими речовинами. Враховуючи ці аспекти, агропелети можуть відігравати ключову роль у переході до більш сталого та екологічного енергетичного майбутнього. Крім цього використовуючи біопаливо аграрного походження в Україні, як стратегічний ресурс для задоволення паливних потреб населення та заміщення імпортованого природного газу і найсуворішої економії паливно-енергетичних ресурсів особливо у воєнний час.В ході виконання дисертаційної роботи було вдосконалено та впроваджено експериментальну установку на основі твердопаливного котла типу Viadrus тепловою потужністю 30 кВт з оригінальним пелетним пальником, що дозволяє ґрунтовно досліджувати особливості спалювання різних типів агропелет та палива рослинного походження для опалення будинку у філії ІТТФ НАН України (вул. Булаховського, 2).^UThe dissertation research is devoted to the research and solution of the actual scientific problem, which consists of the development and improvement of burners for burning pellets of agricultural origin, the determination of the main laws of the process of their combustion, and the study of the influence of regime parameters on the thermal state of the furnace chamber of a low-power boiler.The work conducted a literary and patent search on the topic of dissertation research. An assessment of the general state of the bioenergy industry and current trends in the use of biofuels of agricultural origin in Ukraine, which has a certain potential for the development of this direction due to a significant resource base, has been carried out. According to the results of the analysis of literary sources, it was found that biomass is mainly used to produce heat in large or medium-sized boilers of centralized heating systems and domestic boilers with firewood/pellets, in furnaces, and fireplaces. It is established that the use of agro-plants in domestic boilers is becoming more common. This is due not only to environmental benefits but also to high thermal efficiency and ease of use. The development of technologies for the production and burning of agro-plants allows for achieving higher combustion efficiency while minimizing air pollution by harmful substances. Given these aspects, agri-plants can play a key role in the transition to a more sustainable and sustainable energy future. In addition, biofuels of agricultural origin in Ukraine as a strategic resource to meet the fuel needs of the population and replace imported natural gas and the strictest economy of fuel and energy resources, especially in wartime.In the course of the dissertation, an experimental installation was improved and implemented based on a solid fuel boiler of the VIADRUS type with a thermal capacity of 30 kW with an original pellet burner, which allows us to thoroughly study the features of burning various types of agri-plants and fuel of plant origin for heating a house in a branch of the Institute of Engineering Thermophysics of NAS of Ukraine (Bulakhovsky St., 2).

Побудовано систему рівнянь переносу других, третіх і четвертих моментів пульсацій поступальної та кутової швидкостей і температури частинок з урахуванням псевдотурбулентних і турбулентних ефектів. Одержано вирази для третіх і четвертих моментів пульсаційних параметрів частинок і виведено формули для швидкості генерації та дисипації других моментів, пов'язаних з міжчастинковими зіткненнями, необхідні для замикання рівня переносу подвійних і потрійних кореляцій. На базі моментних рівнянь в ейлеровому наближенні побудовано сім'ю моделей руху, тепломасообміну та горіння висхідного полідисперсного потоку коксозольної суміші з урахуванням міжфазної та міжчастинкової взаємодії, обертання домішки, конвективного та радіаційного теплообміну. Знайдено оптимальну конструкцію топки з киплячим шаром, що дозволяє організувати режим горіння вугілля з мінімальним механічним недопалом. Запропоновано спосіб термоконтактного піролізу вугілля на ділянці кільцевої зони та методику його реалізації.

  Скачати повний текст

На підставі термодинамічного аналізу процесів дисоціації та взаємодії фаз шляхом наплавлення сформовано безфтористу шлакову систему, що забезпечує високі технологічні властивості у ході відновлення циліндричних деталей малого та середнього діаметра. Внаслідок проведених досліджень окиснювально-відновлювальних процесів під флюсами даної системи доведено визначальну роль у формуванні складу шва реакцій у газовій фазі. Показано можливість відновлення марганцю з оксиду магнієм за рахунок протікання реакцій у газовій фазі. Запропоновано вдосконалену схему взаємодії фаз шляхом зварювання під флюсом, за якою на формування кінцевого хімічного складу металу шва значно впливають реакції у газовій фазі. Експериментально перевірено можливість відновлення з оксидів кремнію, марганцю та титану вуглецем. Розроблено новий спосіб наплавлення циліндричних деталей в потоці флюсу, що передбачає горіння дуги в повітряно-флюсовій суміші, що рухається.

  Скачати повний текст

Вперше розроблено методику виявлення вібраційного горіння в низькоемісійних камерах згоряння газотурбінних установок (КЗ ГТУ), яка, на відміну від відомих рішень, базується на реєстрації вібраційних сигналів з подальшою їх обробкою методами вузькосмужного спектрального аналізу. Удосконалено динамічну модель нестаціонарного підводу тепла у КЗ ГТУ шляхом урахування динаміки заповнення "холодної" та "гарячої" частин камери згоряння, інерційності руху продуктів згоряння, динамічних властивостей системи підводу палива. Запропоновано новий підхід щодо формалізованого опису механізмів появи та встановлення вібраційного горіння в низькоемісійних камерах згоряння ГТУ.

  Скачати повний текст

В роботі виконаний аналіз сучасного стану наукового, нормативного і технічного забезпечення вимірювання енергетичних характеристик природного газу. За результатами аналізу визначено показники кращих зразків техніки щодо вимірюваних параметрів, точності та експлуатаційних характеристик, встановлено шляхи можливого розвитку засобів вимірювання енергетичних характеристик природного газу, від високоточних калориметрів до засобів експрес-контролю теплоти згоряння природного газу за місцем його споживання.На основі проведеного аналізу обґрунтовано шляхи вдосконалення методів і створення нових засобів для вимірювання теплоти згоряння природного газу та числа Воббе. Сформульовано проблеми, які потребують вирішення, і визначено напрямки дисертаційних досліджень. Розроблено теоретичну основу створення газового калориметра. Проаналізовано кінетику реакцій горіння вуглеводнів. Досліджено методи та засоби контролю якісних показників продуктів згоряння. Проведено теоретичне обґрунтування параметрів та режиму роботи газового калориметра.Проведено теоретичні дослідження процесу вимірювання теплоти згоряння природного газу в ізоперіболічному калориметрі. Досліджено фактори, які найбільше впливають на точність вимірювання, та визначено їх числове значення для прототипу приладу. Найбільш впливовим визначеним фактором є діапазон зміни температури в калориметричній ємності. Визначено обмеження, які не дозволяють збільшувати верхню температуру в ємності вище 30°С. Запропоновано дві структурні схеми інформаційно-вимірювальних систем визначення числа Воббе.Отримано математичну модель залежності похибки визначення теплотворної здатності від діапазону зміни температури калориметричної ємності ізоперіболічного калориметра з активним керуванням теплообміном калориметричної ємності. Запропоновано метод підвищення точності калориметра шляхом збільшення діапазону зміни температури через введення в конструкцію засобів переохолодження калориметричної рідини до значення, нижчого від температури навколишнього середовища. Сформульовано недоліки, які перешкоджають використанню ізоперіболічних калориметрів як приладів найвищої точності для експрес-контролю енергетичних характеристик газу. Найбільшою перешкодою для створення портативних ізоперіболічних калориметрів є значна теплова інерційність, внаслідок якої наступне вимірювання можна проводити лише через 20-24 години від попереднього. Запропоновано та проаналізовано два методи усунення цього недоліку. Для скорочення часу між послідовними вимірюваннями запропоновано ввести в конструкцію засоби керування теплопровідністю між калориметричною ємністю та термостатованою оболонкою, які забезпечують низьку теплопровідність в процесі вимірювання та високу теплопровідність під час підготовки. Розроблено конструктив калориметра прямого згоряння, який забезпечує можливість створення технологічних у виготовленні приладів.Розроблено та виготовлено мікропроцесорний блок керування термостатом на елементах Пельтьє та сам модуль елементів Пельтьє і випробувано їх у складі прототипу калориметра. Проаналізовано хімічний склад та шляхи контролю продуктів згоряння і запропонована система регулювання стехіометричного складу паливо-повітряної суміші з давачем залишкового кисню на основі ZrO2 та давачем вмісту СО. Додатковий давач вмісту СО дозволяє контролювати повноту згоряння і отримувати цінні дані щодо рівня токсичності продуктів згоряння в оптимальному режимі горіння, який встановлюється за показами давача залишкового кисню. Проаналізовано фізичні ефекти, які безпосередньо корелюють з густиною газу та запропоновано проводити вимірювання густини з застосуванням явища резонансу газового середовища в замкненому об'ємі. Практичною реалізацією цього явища є застосування резонатора Гельмгольца, принцип якого полягає у виникненні резонансних коливань газу з частотою, яка залежить від геометричних параметрів заповненої газом ємності, та його густини. Знайдено залежності показника адіабати природного газу від вмісту окремих його компонентів як основного джерела методичної похибки. Виконано метрологічний аналіз розробленого аналізатора та густиноміра.Сформульовано алгоритм роботи інформаційно-вимірювальної системи. Розроблено та виготовлено інформаційно-вимірювальну систему визначення енергетичних характеристик газу на основі мікроконтролера Atmel, обладнану текстовим дисплеєм для відображення результатів вимірювання. Всі окремо розроблені елементи інтегровано в комплексний прилад – аналізатор енергетичних характеристик газу.Розроблено комплект технічних засобів для відбору та зберігання проб газу, який складається з циліндра-дозатора з пневматичним приводом, блока керування з автономним живленням та балонів середнього тиску з наскрізним продуванням. Розроблено алгоритм проведення відбору проби газу з використанням запропонованого комплекту технічних засобів та алгоритм регулювання числа Воббе.^UThe analysis of the current state of scientific, normative and technical support for measuring the energy characteristics of natural gas is performed in the work. According to the results of the analysis, the indicators of the best samples of equipment in terms of measured parameters, accuracy and performance characteristics, ways of possible development of means of measuring energy performance of natural gas, from high-precision calorimeters to means of express control of natural gas combustion at the place of consumption. On the basis of the conducted analysis the ways of improvement of methods and creation of new means for measurement of heat of combustion of natural gas are substantiated. The problems that need to be solved are formulated and the directions of dissertation research are determined. The theoretical basis of gas calorimeter creation is developed. The kinetics of hydrocarbon combustion reactions are analyzed. Methods and means of quality control of combustion products are investigated. Theoretical substantiation of parameters and mode of operation of gas calorimeter is carried out. Theoretical studies of the process of measuring the heat of combustion of natural gas in an isoperibolic calorimeter have been carried out. The factors that most affect the accuracy of measurement are investigated, and their numerical value for the prototype of the device is determined. The most influential determinant is the range of temperature changes in the calorimetric tank. Restrictions are determined that do not allow to increase the upper temperature in the tank above 30 °C. Two structural schemes of information-measuring systems for determining the Wobbe number are proposed. A mathematical model of the dependence of the error of determining the calorific value on the range of temperature change of the calorimetric capacity of an isoperibolic calorimeter with active control of heat exchange of the calorimetric tank is obtained. A method of increasing the accuracy of the calorimeter by increasing the range of temperature change due to the introduction into the design of means for supercooling the calorimetric liquid to a value lower than the ambient temperature. Disadvantages have been formulated that prevent the use of isoperibolic calorimeters as devices of the highest accuracy for rapid control of the energy characteristics of the gas. The biggest obstacle to the creation of portable isoperibolic calorimeters is the significant thermal inertia, as a result of which the next measurement can be performed only tens of hours from the previous one. Two methods of eliminating this shortcoming have been proposed and analyzed. To reduce the time between successive measurements, it is proposed to introduce into the design means for controlling the thermal conductivity between the calorimetric tank and the thermostated shell, which provide low thermal conductivity during the measurement and high thermal conductivity during preparation. The design of a direct combustion calorimeter has been developed, which provides the possibility of creating technological devices in the manufacture. A microprocessor thermostat control unit on Peltier elements and a module of Peltier elements were developed and tested and tested as part of a calorimeter prototype. The chemical composition and ways of control of combustion products are analyzed and the system of regulation of the stoichiometric composition of the fuel-air mixture with the residual oxygen sensor based on ZrO2 and the CO content sensor is proposed. The additional CO content sensor allows to control the completeness of combustion and to obtain valuable data on the level of toxicity of combustion products in the optimal combustion mode, which is set according to the readings of the residual oxygen sensor. The physical effects that directly correlate with the density of the gas are analyzed and it is proposed to measure the density using the phenomenon of resonance of the gaseous medium in a closed volume. A practical implementation of this phenomenon is the use of the Helmholtz resonator, the principle of which is the occurrence of resonant oscillations of the gas with a frequency that depends on the geometric parameters of the gas-filled container and its density. The dependences of the natural gas adiabatic index on the content of its individual components as the main source of methodological error are found. Metrological analysis of the developed analyzer and densitometer was performed.The algorithm of operation of the information-measuring system is formulated. An information and measurement system for determining the energy characteristics of gas.All separately developed elements are integrated into a complex device - an analyzer of energy characteristics of gas.A method of gas sampling using the proposed set of technical means and a method of measuring the Wobbe number have been developed.

Досліджено питання числового моделювання низькоемісійних камер згоряння газотурбінних двигунів з упорскуванням водяної пари та горінням частково перемішаної паливоповітряної суміші. Розроблено універсальну математичну модель тривимірного хімічно реагувального потоку, яка дозволяє прогнозувати вихідні температурні й екологічні характеристики камер згоряння, що працюють на газоподібному паливі. Наведено результати верифікації моделі, на підставі яких підтверджено її вірогідність для широкого спектра робочих режимів. Запропоновано методику числового експерименту. З використанням даних, одержаних під час проведення розрахунків, вдосконалено конструкції конкретних зразків низькоемісійних камер згоряння. Доведено необхідність і можливість використання числового експерименту під час проектування камер згоряння газотурбінних двигунів.

  Скачати повний текст

Аналітично встановлено закономірності теплообміну за умов різання термітними та киснево-термічними стрижнями на повітрі і за підводного різання. Розроблено методику розрахунку коефіцієнта корисної дії та необхідної теплової потужності зварювального та ріжучого киснево-термічного стрижня. Вивчено процес теплообміну під час горіння зварювального та ріжучого кисневотермічного стрижня на повітрі та під водою, що дає змогу розрахувати необхідну теплову потужнісь складів і жужільний склад. Наведено результати експериментальнх досліджень закономірностей теплообміну за умов різання термітними та киснево-термічними стрижнями на повітрі та підводного різання. Розвинуто технологію зварювання, наплавлення та різання екзотермічними зварювальними стрижнями.

  Скачати повний текст

Проаналізовано кінетичні та теплові характеристики продуктів горіння суміші, яка виробляється електролізно-водяним генератором для нанесення покриття газополум'яним способом. Досліджено газодинамічні та теплові характеристики струменя продуктів горіння чистої воднево-кисневої суміші, а також з домішками парів вуглеводних сполук. Визначено межі переходу від ламінарного до турбулентного характеру течії продуктів горіння суміші, яка виробляється електролізно-водними генераторами залежно від домішок у суміш парів вуглеводневих сполук. Вивчено розподіл температури та швидкості течії струменя продуктів горіння за довжиною факелу полум'я у разі різних характерів течії та складів продуктів горіння. Визначено умови одержання покриттів з матеріалів з різною температурою плавлення за умов газополум'яного плавлення з використанням воднево-кисневого полум'я, одержаного під час спалення суміші, що виробляється електролізно-водяними генераторами. Наведено технологічні параметри процесу за умов газополуменевого нанесення покриття з використанням воднево-кисневого полум'я.

  Скачати повний текст

Досліджено промислове виробництво нових енергоефективних зварювальних джерел, а також мобільні зварювально-технологічні комплекси. Описано резонансні процеси у зварювальних індуктивно-ємнісних перетворювачах (ЗІЄП) за різних ступенів розладу контурів. Відзначено, що залежно від способу зварювання обирається відповідний ступінь розладу, який забезпечує стабільність горіння дуги, а також інші зварювально-технологічні властивості, зокрема, формування, розбризкування, дефектоутворення. Доведено, що найбільш важливий метод підвищення потужності ЗІЄП - перехід до модульного принципу їх побудови. Розроблено методи когерентного аналізу взаємодії зварювальних струмів включених модулів, а також розглянуто способи регулювання потужності під час дугового зварювання. Досліджено нові двоконтурні схеми резонансних джерел, процес зварювання на змінному струмі у разі використання електродів з основним покриттям.

  Скачати повний текст

Детально проаналізовано механізм здійснення високотемпературного та гістерезисного процесів тепломасообміну та кінетики гетерогенних і каталітичних хімічних реакцій на поверхні рухомих вуглецевих частинок і металів за різних початкових і зовнішніх умов. Досліджено роль у цих процесах випромінювання, стефанівської течії, природної та вимушеної конвекції, вплив термокінетичних параметрів на характеристики гетерогенного займання, горіння та погасання вуглецевих частинок. Розроблено фізико-математичну модель стійких і критичних процесів тепломасообміну твердих тіл під час гетерогенно-каталітичних перетворень для сумішей з різною концентрацією реагуючих компонентів (на прикладі окиснення водню за присутності платинового дротика). Визначено критичні умови протікання хімічної реакції, що характеризують переходи з нижнього теплового режиму каталізатора, який знаходиться у хімічно реагуючій газовій суміші, до верхнього та навпаки. Показано можливість безкризової зміни теплових режимів, коли гістерезисна область відсутня, а також можливість існування гістерезисних режимів тепломасообміну залежно від вмісту водню в суміші.

  Скачати повний текст

За результатами експериментальних досліджень і фізико-математичного моделювання уперше встановлено закономірності впливу випаровування вольфрамових дротиків, що нагріваються електричним струмом. Доведено суттєвий вплив випаровування на критичні параметри загасання та умови виродження критичних режимів в області великих діаметрів зразків. Установлено появу максимуму на залежності товщини оксидного шару від шару окиснення вольфрамового зразка. Виявлено, що знехтування у теоретичних моделях тепловтратами випромінюванням до стінок реакційного устрою призводить до появи такого інтервалу діаметрів провідника, для якого є неможливим здійснення критичних режимів загасання. Для діаметрів провідника нижче та вище цього інтервалу існують критичні переходи з високотемпературного режиму окиснення на низькотемпературний у разі зниження сили струму. Розроблено фізико-математичну модель високотемпературного окиснення та тепломасообміну металевих частинок у газі з урахуванням стефанівської течії на їх поверхні, з використанням якої встановлено суттєвий вплив стефанівської течії на період індукції, час і температуру горіння вольфрамових часток, критичні діаметри та товщини оксидної плівки, які характеризують їх запалення та загасання у нагрітому газі. Створено та застосовано методику вимірювання температурного поля за допомогою комп'ютерної обробки цифрового зображення нагрітих до свічення рухомих і нерухомих об'єктів дослідження. Експриментально визначено критичні значення сили струму, за яких одержуються високотемпературні стани вольфрамових провідників різних геометричних розмірів. Доведено значне зростання критичних значень сили струму зі збільшенням діаметра провідника. Установлено вплив просторової орієнтації фольфрамового дротика відносно напряму природної конвекції та вимушеного потоку на критичні параметри запалення та час переходу до високотемпературного стану. Доведено, що за присутності вимушеного потоку поздовжнє розташування дротика значно покращує умови переходу до високотемпературного стану, а саме, зменшується час переходу та критичні значення сили струму.

  Скачати повний текст

Досліджено запалювання, режими горіння та структуру жевріючого розряду постійного струму низького тиску. Визначено наявність зв'язку між нормальним жевріючим розрядом і анодним світінням.

  Скачати повний текст

Вперше встановлено значення поверхні мікропор органічної та мінеральної частини та показано, що питома поверхня й об'єм мікропор зменшується із збільшенням температури піролізу. Визначено, що питома швидкість горіння антрациту із зростанням температури піролізу знижується, а з ростом ступеня конверсії цей ефект послаблюється. Знайдено вплив зольності й умов попередньої термічної обробки на пористу структуру та характер конверсії вугілля різного ступеня метаморфізму. Досліджено розподіл золи за класами крупності вугільної продукції та сухих відходів антрациту. Розроблено рекомендації щодо вибору та підготовки палива для спалювання в пиловугільних і ЦКШ-котлоагрегатах. Оцінено ефективність модернізації енергоблока із встановленням нового ЦКШ-котлоагрегату, що спалює високозольний антрацит і сухі відходи антрациту.

  Скачати повний текст

Встановлено критерії, що визначають ступінь просторової неоднорідності пірологічних характеристик випадкового горючого середовища. З використанням кореляційної теорії стохастичного аналізу одержано імовірнісну модель швидкості розповсюдження низової лісової пожежі за умов неоднорідного горючого середовища, виявлено найбільш значущі пірологічні фактори, що впливають на швидкість розповсюдження пожежної кромки. Створено стохастичні моделі інтегральних характеристик низової лісової пожежі, що розповсюджується за умов неоднорідного середовища (площі, периметру, імовірності затухання). Показано, що просторові флуктуації пірологічних характеристик призводять до більш швидкого збільшення площі та периметра пожежі, що розповсюджується за умов неоднорідного середовища у порівнянні з такими у випадку пожежі, що поширюється за однорідних умов. Вперше з використанням критерію мінімуму часу локалізації та гасіння низової лісової пожежі одержано оптимальні управлінські рішення щодо початкового розміщення та напрямку руху сил пожежогасіння за умов їх дефіциту вздовж контуру пожежі. Показано, що оптимальне рішення визначається значеннями фізичних параметрів у зоні горіння та характеристиками засобів пожежогасіння.

  Скачати повний текст

Теоретично досліджено вплив просторової дисперсії плазми та розповсюдження, а також поглинання швидких магнітозвукових хвиль в області іонних циклотронних частот. Наведено результати порівняльного аналізу різних сценаріїв високочастотного (ВЧ) нагрівання іонів плазми з використанням збудження швидкої моди швидких магнітозвукових хвиль і оптимізації їх основних параметрів з метою вибору найперспективніших щодо стелараторів У-2М і TJ-1U. Запропоновано та теоретично обгрунтовано два методи ВЧ нагрівання тороїдної плазми, які базуються на використанні збудження швидкої моди, її ефективної конверсії у повільну моду швидких магнітозвукових хвиль і подальшому поглинанні повільної моди на основному циклотронному резонансі для іонів домішки гелію-3 і тритію, відповідно. Теоретично досліджено вплив сильної просторової області основного циклотронного резонансу за умов квазіперпендикулярного розповсюдження, а також зв'язок цієї задачі з відомим парадоксом появи негативної дисипації у цьому режимі. Проаналізовано основні параметри двокомпонентного ВЧ режиму термоядерного горіння зі зниженим нейтронним виходом, що базується на поглинанні інтенсивної повільної моди у плазмі суміші дейтерій - гелій-3.

  Скачати повний текст

Дисертацію присвячено дослідженню процесу термохімічної підготовки (ТХП) високозольного антрациту (ВЗА), що дозволяє поліпшити умови займання та горіння ВЗА при його факельному спалюванні з суттєвою економією допоміжних природного газу та мазуту. ТХП дозволяє зменшити середній розмір частинок ВЗА, додатково розділити його мінеральну та органічну складові, збільшити внутрішню питому поверхню частинок, частково газифікувати ВЗА. Досліджено вплив режимних харатеристик ТХП на кожний з перелічених показників. Встановлено та апробовано в промисловому масштабі оптимальні режимні характеристики ТХП для одержання двофазового палива з найкращими властивостями займання та горіння в топках котлоагрегатів ТЕС. Показано, що зменшення часу затримки займання ВЗА після ТХП зумовлене головним чином збільшенням реагуючої поверхні частинок. Розроблено рекомендації з використанням ТХП при факельному спалюванні ВЗА.

  Скачати повний текст

Досліджено проблему щодо скорочення питомої витрати природного газу під час виробництва вапна у шахтних протитокових печах. Розроблено та впроваджено режими випалу, а також часткової заміни природного газу доменним. Створено та реалізовано на ЕОМ математичну модель шахтної протитокової вапняно-випалювальної печі з центральним і периферійним підведенням природного газу. Модель передбачає врахування руху газів у щільному шарі кускового матеріалу, конвективне та дифузійне перенесення речовини, горіння палива, зовнішній і внутрішній теплообмін. На підставі результатів проведених експериментальних і розрахунково-теоретичних досліджень показано необхідність урахування турбулентної дифузії під час моделювання роботи шахтних протитокових вапняно-випалювальних печей, що забезпечує суттєве підвищення вірогідності кількісного та якісного опису фізичних процесів за умов випалу вапняку. Розв'язано задачу оптимізації режимних параметрів, а саме: розподілу палива, повітря та рециркуляту між центральною та периферійними пальниками, що забезпечує мінімальні витрати природного газу під час виробництва вапна. Розробено визначення теплотехнічних показників роботи вапняно-випалювальних печей (загальної витрати повітря, об'ємного виходу димових газів і диоксиду вуглецю в результаті дисоціації), що грунтується на результатах газового аналізу. Розроблено режими опалення шахтної протитокової вапняно-випалювальної печі сумішшю природного та доменного газів. Очікувана економія природного газу за цього становить близько 30 %.

  Скачати повний текст

Наведено результати експериментальних і теоретичних досліджень процесу горіння нової маловивченої рідинної вибухової речовини - beta-азидоетанолу (АЕ) за умов природнього теплообміну з навколишнім середовищем. Встановлено, що характер горіння рідинних вибухових речовин, і АЕ зокрема, суттєво залежить від умов теплообміну між речовиною та її оболонкою. Виявлено невідомий раніше перехід стаціонарного горіння АЕ до пульсуючого режиму, який спостерігався всупереч усталеному погляду, із падінням зовнішнього тиску. Створено модель стаціонарного процесу горіння АЕ. Проаналізовано результати фізичного моделювання процесу горіння АЕ з урахуванням обміну теплом між речовиною і стінкою оболонки, З'ясовано фізичний механізм порушення стійкості горіння АЕ за таких умов. Отримано аналітичні вирази для граничних умов існування стаціонарного горіння АЕ у нетермостатованих оболонках, що мають універсальний характер і можуть бути використані в інженерних розрахунках піротехнічних виробів мирного призначення.

  Скачати повний текст

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.17 – хімічна фізика, фізика горіння та вибуху – Одеський національний університет імені І.І. Мечникова, МОН України, Одеса, 2020. Розвинено аналітичну модель оцінки екстремальних характеристик вибуховості пилу – максимального тиску та мінімальної швидкості зростання тиску – в залежності від фізико-хімічних характеристик пилу, частинки якого горять в дифузійному режимі. Запропонована експериментальна методика створення пилу, що забезпечує достатню дезагрегацію та запилення реакційного об'єму. Експериментальні дослідження по залежності вибухових характеристик алюмінієвого пилу від концентрації та дисперсних характеристик дозволили узгодити експериментальні дані, що отримані в умовах української, європейської та американської методик. В ізобаричних умовах експериментально досліджено ламінарне полум'я в гібридних системах типу полідисперсний пил (алюміній); пил, що містить у складі пального твердий та газоподібний компоненти (гідрид алюмінію); вугільний пил – метан – повітря. Нормальна швидкість полум'я зменшується із збільшенням дисперсії функції розподілу частинок за розміром, що зумовлено зменшенням питомої реакційної поверхні. Критичні значення температури спалахування пилу гідриду алюмінію значно менші за такі для алюмінію, а швидкість полум'я відповідно значно більші. Це дозволяє розглядати гідрид алюмінію як найбільш перспективну високоенергетичну добавку до твердих ракетних пальних.^UThesis for the physical and mathematical sciences candidate degree on specialty 01.04.17 - chemical physics, physics of combustion and explosion – I. I. Mechnikov Odessa National University, Ministry of Education and Science of Ukraine, Odessa, 2020.An analytical model for estimating the extreme characteristics of dust explosiveness - maximum pressure and minimum pressure growth rate - depending on the physicochemical characteristics of dust, the particles of which burn in diffusion mode, has been developed.An experimental method of dust generation was proposed, which provides the reaction volume sufficient disaggregation and dusting. Experimental research of aluminum dust explosive characteristics dependence on the concentration and dispersed specifications allowed to conform the experimental data obtained in the conditions of Ukrainian, European and American methods.It was shown that the maximum growth rate critical value has the initial turbulence level due to the pneumatic impulse creation method. Different methods data matching is possible only if this level tends to zero. In experiment this was achieved by varying the ignition delay time. Experimental data processing allowed us to assume that the finely dispersed aluminum particles (ASD-4) burn in combustion wave in the kinetic mode, and coarse - in diffusion mode.Laminar flame in hybrid systems such as polydisperse dust (aluminum) was experimentally studied under isobaric conditions; dust containing solid and gaseous components (aluminum hydride) in fuel; coal dust - methane - air. The normal flame velocity decreases with the particle size distribution function growth, due to a decrease in the specific reaction surface. Critical flash point values for aluminum hydride dust are much lower than those for aluminum, and the flame velocity is much higher. It was shown for the first time that the two-front nature of combustion wave propagation takes place for the aluminum hydride particles air suspension - the primary fast wave is caused by the combustion of hydrogen, formed during hydride decomposition, and the secondary slow wave is caused by the aluminum residue combustion.Comparative experiments on the flame propagation in coal dust - methane - air mixtures, inert component - methane - air and methane – air, have revealed the intensifying role of fine coal in these hybrid mixtures.The results of conducted theoretical and experimental researches allow us to consider aluminum hydride as the most promising high-energy additive to solid rocket fuels.