Розглянуто метод побудови графіків теплового навантаження систем теплопостачання з підземними сезонними акумуляторами теплоти та визначено теплове навантаження об'єкту у разі використання декількох джерел енергії, наведено можливіть розрахувати потужність і кількість теплоти, яка генерується кожним джерелом енергії окремо. Удосконалено інженерний метод розрахунків основних технічних параметрів сезонного підземного акумулятора теплоти у водоносному горизонті, дозволено виконувати обчислення зміни у часі втрат тиску на циркуляцію проміжного теплоносія за різних дебітах діючих свердловин. Наведено результати й аналіз експериментальних досліджень впливу пористості та вологості на теплофізичні властивості (теплопровідність, температуропровідність, теплоємність) грунтів, розповсюджених на території м. Пирятин. Визначено умови, за яких створення й експлуатація автономних систем теплопостачання з сезонними підземними акумуляторами теплоти є економічно доцільним.

  Скачати повний текст

Розглянуто метод статистичного опису простих кристалів з парним потенціалом міжатомної взаємодії, що грунтується на виведенні аналітичного виразу для бінарної функції розподілу зміщень атомів з вузлів гратки та варіаційній процедурі визначення ефективного параметра квазіпружного зв'язку сусідніх атомів. У межах даного підходу для кристалів з ГЦК структурою - кристалів інертних газів (Ar, Kr, Xe) і металів (Cu, Ag, Au) - розраховано низку теплових і пружних властивостей (міжатомну відстань, ізобарну теплоємність, об'ємний модуль пружності тощо) у широкому інтервалі температур і тисків та проведено порівняння з наявними експериментальними даними. Виявлено, що за температури, яка перевищує температуру плавлення, зникає мінімум вільної енергії кристала за параметром квазіпружного зв'язку, що проявляється в аномальній поведінці деяких термодинамічних параметрів у разі наближення до точки плавлення. Запропоновано вакансійну модель плавлення твердих тіл, у якій плавлення пов'язується з фазовим переходом у системі вакансій, що ефективно взаємодіють через фотонну підсистему кристала, а також обчислено температури плавлення кристалів інертних газів.

  Скачати повний текст

На мікроскопічному рівні проведено послідовний теоретичний аналіз високо- та низькочастотних особливостей коливальних характеристик кристалів, обумовлених комбінованими дефектами. Зокрема, побудовано аналітичну апроксимацію, що з високою точністю описує частоти, інтенсивності, загасання й умови утворення локальних коливань у кристалах з однозв'язною смугою квазісуцільного спектру. На базі цієї апроксимації одержано аналітичні вирази для характеристик локальних коливань комбінованих дефектів, таких як пари, трійки та четвірки домішкових атомів, а також легких домішок, розташованих поблизу гладкої та шорсткуватої поверхні. Розраховано характеристики щілинних (локальних) коливальних рівнів у розчинах PdH (PdD), обумовлених домішками D (H). Проаналізовано процес трансформації дискретних коливальних рівнів, локалізованих на домішкових атомах, у домішкову зону зі зростанням концентрації домішки. Вперше обгрунтовано можливість формування бозонних піків у неупорядкованих твердих розчинах, атоми яких мають тільки трансляційні ступені свободи. Досліджено вплив збуджень, що формують дані піки, на низькотемпературну теплоємність твердих розчинів аргону в криптоні.

  Скачати повний текст

За допомогою строгого квантово-механічного методу теоретично визначено низькотемпературні термодинамічні характеристики (магнітну сприйнятливість, ентропію та теплоємність) квантового антиферомагнітного ланцюжка Гейзенберга спінів 1/2 з немагнітними домішками заміщення, допування якими призводить до розриву спінового ланцюжка. Для не-Фермі-рідинних корельованих електронних систем і для квантових спінових антиферомагнітних ланцюжків, які містять ансамблі невпорядкованих магнітних домішок, побудовано функції розподілу ефективних температур Кондо, що характеризують поведінку домішок і визначено магнітні термодинамічні характеристики таких систем. Показано, що в квазіодновимірних квантових спінових системах (за слабкої взаємодії між ланцюжками) і в не-Фермі-рідинних металах (за слабкої взаємодії між магнітними домішками) сильне безладдя у розподілі характеристик магнітних домішок призводить до магнітного впорядкування даних систем за ненульових температур. Побудовано теоретичну модель бездомішкової квазіодновимірної антиферомагнітної спінової системи, пов'язаної з пружною підсистемою речовини, в якій фаза з подвоєнням періоду спінових ланцюжків (спін-Пайєрле фаза) може співіснувати з антиферомагнітно впорядкованою фазою за ненульових температур. На підставі результатів розрахунків якісно пояснено дані магнітних експериментів в органічній квазіодновимірній сполуці p-CyDOV.

  Скачати повний текст

Удосконалено математичну залежність технологічної собівартості обробки виробів із ситалів від параметрів режиму шліфування, а також розширено кількість технічних обмежень, які використовуються у ході розв'язку задачі багатопараметричної оптимізації технологічного процесу. Вперше встановлено, що у разі використання ефективних МОТС рівень температур, який виникає за глибинного шліфування сталі, не перевищує критичної величини з погляду на теплоємність оброблюваного матеріалу, що підтверджує необхідність використання МОТС для забезпечення якісної поверхні у ході обробки ситалів. Вперше встановлено, що МОТС, які мають певне сполучення диспергуючих і мастильних властивостей за їх однакової охолоджувальної здатності, істотно впливають на рівні температур і сил різання, що виникають під час шліфування ситалів, зменшуючи їх відповідно в 3 і 2 рази. Вперше експериментально досліджено вплив температури, яка супроводжує процес алмазного шліфування ситалів, на розміри та глибину проникнення дефектності, обумовленої обробкою, з урахуванням наявності МОТС.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена питанням проектування систем теплопостачання з плоскими сонячними колекторами. Розроблено нові методики розрахунку надходження тепла від системи теплопостачання при вимушеній та природній циркуляції теплоносія. Запропонована уточнена математична модель теплообміну у плоскому сонячному колекторі, яка враховує теплоємність та теплову провідність його елементів. Проведено обчислювальний експеримент. Показано, що теплоємність істотно впливає на швидкість прогрівання та значення температури теплоносія. Експериментально досліджено нестаціонарні теплові процеси, що протікають у плоскому сонячному колекторі та у системі теплопостачання з тепловим акумулятором і вільною конвекцією теплоносія. Запропоновано рекомендації по вибору раціональних параметрів систем попереднього нагрівання у парових та водогрійних котлах, установках нагрівання ванн з електролітом, охолодження та теплопостачання промислових об'єктів, що розташовані у різних регіонах України.

  Скачати повний текст

Розраховано з перших принципів через структурний фактор потенціали міжатомних взаємодій багатобозонної системи з використанням зображення колективних змінних: парний - у наближенні "двох сум за хвильовим вектором" (зокрема, з явно заданими короткосяжними взаємодіями, для яких запропоновано модель "майже твердих сфер"); тричастинковий - у наближенні хаотичних фаз. На підставі рівнянь руху для двочасових температурних функцій Гріна типу "густина - густина", побудованих на операторах колективних змінних, записано вираз, що дає можливість самоузгодженим чином розрахувати енергію та теплоємність багатобозонної системи в широкому температурному інтервалі.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Теоретично досліджено термодинаміку та магнітні властивості атомарних і молекулярних адсорбатів, осаджених на вуглецеві нанов'язки та плоскі підкладки різних типів. Запропоновано модель, що описує термодинаміку депозитів, осаджених в канавки, на зовнішню поверхню, та у міжтрубочні канали нанов'язки, яка складається з закритих нанотрубок. Знайдено та детально проаналізовано ізотерми адсорбції, ізостеричне тепло та теплоємність системи. У межах методу двочасових функцій Гріна побудовано термодинаміку низьковимірної феромагнітної моделі Гейзенберга (ФМГ) зі спіном 1/2 у зовнішньому магнітному полі. Зазначено, що запропонована схема розрахунків забезпечує збереження аналітичних властивостей комутаторної функції Гріна для наближеної функції Гріна, одержаної в результаті розчеплення. У разі нескінченної системи та для кластерів скінченних розмірів одержано кількісний опис термодинамічних функцій ФМГ на одновимірному ланцюжку, двовимірних квадратній і трикутній гратках у широких інтервалах полів і температури. З використанням методу двочасових функцій Гріна вивчено термодинамічні властивості t - J моделі на двовимірних квадратній і трикутній гратках поблизу половинного заповнення. Показано, що теплоємність системи має двопіковий характер. Високотемпературний пік в основному зумовлений збудженням типу спінових хвиль, а низькотемпературний пов'язаний з рухом дірок.

  Скачати повний текст

Розроблено енергоощаджувальні прийоми й елементи технології виробництва капусти білоголової ранньої та цвітної, огірків, томатів і розсади баклажана в плівкових і зимових теплицях. З'ясовано основні напрямки раціонального використання та підвищення врожайності овочевих рослин за умов зниження енерговитрат у захищеному грунті. Виявлено енергоємність продукції. Визначено економічну ефективність та здійснено біоенергетичну оцінку технологічних заходів. Установлено теплоємність різних видів біопалива. Досліджено способи обробки насіння та розсади, шляхи збільшення теплоємності та біологічної активності традиційного виду біопалива - пакованої соломи. Підібрано сидерати, установлено їх роль у підвищенні родючості грунту та зниженні енерговитрат за умов вирощування огірків і томата в плівкових теплицях. Розроблено передвисадковий захист розсади баклажана від високої температури та суховію за відкритого грунту, підібрано дози та способи обробки розсади антитранспірантами.

  Скачати повний текст

За допомогою високотемпературної калориметрії встановлено ентальпії змішування двокомпонентних рідких сплавів міді з перехідними металами та вплив температури на них. У межах CALPHAD-методу проведено термодинамічний опис систем, розраховано діаграми стану, встановлено значення надлишкової теплоємності рідких сплавів. Визначено закономірності температурно-концентраційної залежності надлишкових термодинамічних функцій змішування розплавів з різним типом взаємодії компонентів. Запропоновано кореляційне рівняння, що зв'язує надлишкову теплоємність розплавів з ентальпією змішування. Встановлено критерій оцінки концентраційного інтервалу аморфізації розплавів загартуванням, який грунтується на аналізі ближнього хімічного порядку в них. Встановлено характер зміни термодинамічних властивостей у рядах досліджених систем і запропоновано його інтерпретацію на підставі розрахунку основних енергетичних внесків в ентальпію утворення невпорядкованих сплавів міді з перехідними металами у межах моделі сильного зв'язку. Моделі температурно-концентраційної залежності термодинамічних властивостей фаз використано для моделювання метастабільних фазових перетворень за участю переохолоджених розплавів.

  Скачати повний текст

Визначено температури плавлення (рокладання) всіх досліджених селенідів рідкісноземельних металів (РЗМ) та уперше одержано ентальпії та ентропії плавлення цих сполук. Установлено, що зі збільшенням співвідношення Se/Ln для селенідів одного металу має місце тенденція до зменшення усередненої на атом теплоємності (відповідно і ентальпії), що обумовлено зростанням долі ковалентної складової у загальній енергії зв'язку між атомами зі збільшенням вмісту селену. Доведено, що теплоємність і ентальпія досліджених селенідів залежать від особливостей електронної будови атому рідкісноземельного металу. Запропоновано методику, з використанням якої оцінено термодинамічні функції десяти селенідних фаз. Досліджено електроопір і ЕРС Холла тетраселенідів трилантану, трипразеодиму та тринеодиму, установлено їх належність до напівпровідників за температури, нижчої 200 К, а також до металоподібних сполук - за температури, вищої 200 К.

  Скачати повний текст

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню термодинамічних властивостей модельної системи ізопропіловий спирт/наночастинки Al2O3, реального робочого тіла холодильних машин (розчини холодоагенту R600a/компресорне масло), а також багатокомпонентних теплоносіїв на основі водних розчинів пропіленгліколю з домішками наночастинок Al2O3. У дисертаційній роботі вивчено вплив наночастинок Al2O3 на тиск і густину ізопропілового спирту, 20 проведена оцінка впливу фулеренів С60 на теплоємність компресорного масла. Проведені експерименти показали, що домішки наночастинок Al2O3 сприяють зменшенню теплоємності ізопропілового спирту як в рідкій, так і твердій фазах, а також призводять до підвищення значення температури плавлення і зниження теплоти плавлення.^UThe thesis is devoted to experimental investigation of the thermodynamic properties of the model system of isopropyl alcohol (IPA) / Al2O3 nanoparticles, the real working fluid of vapor compression refrigeration systems (solutions of R600a coolant / compressor oil), as well as multicomponent fluids based on aqueous propylene glycol solutions with the additives of Al2O3 nanoparticles. In thesis, the effect of Al2O3 nanoparticles on the pressure and density of isopropyl alcohol was experimentally studied, and effect of C60 fullerenes on the heat capacity of compressor oil was evaluated. For obtained experimental data, an analysis of uncertainties was performed, the temperature and concentration dependences of the research objects were examined. Using obtained experimental information, a three-phase model for predicting the heat capacity and density of the nanofluids was developed and the thermodynamic properties of R600a coolant solutions with compressor oil were calculated.

Дисертація присвячена комплексному експериментально-розрахунковому вивченню термодинамічних властивостей систем, що моделюють властивості розчинів холодоагент / мастило (РХМ), включаючи: фазові рівноваги, густину рідкої фази, поверхневий натяг, теплоємність і ентальпію розчинів DME / TEG; створенню методик прогнозування поверхневого натягу галоїдопохідних холодоагентів, їх сумішей і РХМ; розрахунку псевдокритичних параметрів РХМ; дослідженню впливу домішок мастила на показники енергетичної ефективності компресорної системи. Показано, що присутність домішок мастила в холодоагенті призводить до значного зниження холодопродуктивності і холодильного коефіцієнта, досліджено вплив концентрації мастила в холодоагенті перед дросельним пристроєм, а також величини перегріву робочого тіла у випарнику на показники енергетичноїефективності циклу. Показано, що підбір оптимального сорту мастила має не менше значення, ніж вибір альтернативного холодоагенту.^UThe thesis is devoted to a complex experimental and calculated studies of the thermodynamic properties for the systems that simulated the properties of the refrigerant / oil solutions (ROS) such us: phase equilibria, liquid phase , surface tension, heat capacity, and enthalpy of the DME / TEG solutions; creation of methods forз predicting the surface tension of the halogenderivative refrigerants, their mixtures and ROS; calculating the pseudocritical parameters of the ROS; examination of effect of the oil admixtures on the energy efficiency of the compressor system. To perform the goals stated in the thesis, an experimental setup created earlier was applied to carry out the сomprehensive investigation of the thermodynamic properties for the refrigerant / oil solutions (ROS), including: phase equilibria, surface tension, density of DME / TEG solutions. In addition, the experimental setup was also created for experimental studies of the caloric properties for the refrigerant / oil solutions.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу катіонного та аніонного заміщення атомів на термодинамічні властивості фосфоровмісних халькогенідних кристалів (Cu,Ag)+(In,Bi)3+P2(Se,S)6 та Sn(Pb)2P2S(Se)6 у широкій температурній області та в околі структурних фазових переходів із застосуванням методики фотопіроелектричної калориметрії змінного струму. Вперше одержані температурні залежності теплової дифузії та теплопровідності шаруватих кристалів M1+M3+P2(Se,S)6 (M1+ = Cu, Ag; M3+ = In, Bi). Питома теплоємність шаруватих кристалів визначена з фононних спектрів та густин фононних станів, які були розраховані на основі теорії збурень функціоналу густини. Досліджено вплив часткового заміщення олова на свинець та германій на температурні залежності теплової дифузії у твердих розчинах (PbySn1-y-z Gez)2P2(SexS1-x)6. Проаналізована діаграма температура – концентрація для змішаних кристалів системи Sn(Pb)2P2S(Se)6 у рамках комбінованої моделі BEG – ANNNI в околі трикритичної точки Ліфшиця.^UThe dissertation is devoted to the complex study of the influence of cationic and anionic atoms substitution on thermodynamic properties of (Cu,Ag)+(In,Bi)3+P2(Se,S)6 and Sn(Pb)2P2S(Se)6 phosphorous chalcogenide crystals in a wide temperature range, and, especially, in the vicinity of the structural phase transitions by means of ac photopyroelectric calorimetry in the standard back-detection configuration. For the first time, the temperature dependencies of thermal diffusivity and thermal conductivity of M1+M3+P2(Se,S)6 (M1+ = Cu, Ag; M3+ = In, Bi) layered crystals. Heat capacity of layered crystals have been calculated through the evaluation of the phonon spectra using density-functional perturbation theory, and, through the combination of both variables. The effect of lead and germanium partial substitution in (PbySn1-y-zGez)2P2(SexS1-x)6 solid solutions on temperature dependencies of thermal diffusivity has been studied. A temperature-concentration phase diagram for Sn(Pb)2P2S(Se)6 mixed crystals in the vicinity of the tricritical Lifshitz point within the framework of the combination of Blume-Emery-Griffith – ANNNI model was analyzed.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню термодинаміки квантових фрустрованих спінових систем.У дисертаційній роботі пояснено природу псевдопереходів. Для того, щоб виявити причину цих низькотемпературних особливостей розглянуто декілька декорованих систем: двонога драбинка Ізинга із тримерними щаблями у нульовому магнітному полі, спін–1/2 Ізинг–XYZ ромбічний ланцюжок, спін–електронний ланцюжок подвійних тетраедрів і спін–1/2 ланцюжок подвійних тетраедрів Ізинга–Гайзенберга. Застосувавши декораційно–ітераційне перетворення для двоногої драбинки Ізинга із тримерними щаблями, побудовано ефективний гамільтоніан на звичайній двоногій драбинці Ізинга із залежною від температури взаємодією на щаблях. При певному значенні температури (яке відповідає псевдокритичній температурі) обмінна взаємодія на щаблях дорівнює нулеві, що приводить до ефективного розщеплення драбинки на два невзаємодіючі ланцюжки Ізинга. Якщо псевдокритична температура є достатньо малою (у одиницях обмінної взаємодії вздовж ланцюжків), тоді спостерігатимуться сліди критичної поведінки простого ланцюжка Ізинга при нульовій температурі та нульовому полі. Показано, що в околі псевдокритичної температури (але не у псевдокритичній точці) модель виявляє квазікритичну поведінку.Декораційно–ітераційне перетворення для кількох декорованих класично-квантових ланцюжків приводить до ефективного гамільтоніану ланцюжка Ізинга із залежною від температури обмінною взаємодією і магнітним полем. У псевдокритичній точці ефективне магнітне поле дорівнює нулеві і модель відповідає простому ланцюжку Ізинга у нульовому полі. І у цьому випадку низькотемпературні особливості пов'язані із критичною поведінкою простого ланцюжка Ізинга при нульовій температурі та нульовому полі. Квазікритичні показники декорованих класично–квантових ланцюжків співпадають із отриманими для двоногої драбинки Ізинга. Таким чином, встановлено причину виникнення псевдокритичної поведінки для низки одновимірних декорованих (фрустрованих) моделей Ізинга. Дослідження впливу геометричної фрустрації на термодинамічну поведінку квантових тривимірних спінових систем проводилося на прикладі гратки пірохлору, яка є найбільш фрустрованою граткою у трьох вимірах. Термодинамічні та динамічні властивості квантового S=1/2 феромагнетика Гайзенберга розглядалися методом двочасових функцій Гріна в наближенні Тяблікова (наближення хаотичних фаз). З аналізу самоузгодженого рівняння для намагніченості знайдено значення критичної температури і температурну залежність намагніченості у феромагнітній фазі і однорідної магнітної сприйнятливості у парамагнітній фазі. Обчислені результати для намагніченості та теплоємності (для температур нижче критичної) і однорідної магнітної сприйнятливості (для температур вище критичної) порівнювалися із результатами симуляцій методом квантового Монте Карло. Обчислений динамічний структурний фактор порівнювався з експериментом із непружнім розсіянням нейтронів для сполуки Lu2V2O7. Отриманий в наближенні Тяблікова динамічний структурний фактор якісно правильно описує експериментальні дані. Термодинаміка квантового S=1/2 антиферомагнетика Гайзенберга на гратці пірохлору розглядалась в рамках методу ентропії. На основі високотемпературних розвинень до тринадцятого порядку за оберненою температурою для теплоємності та магнітної сприйнятливості проводилась інтерполяція за припущення про різні сценарії низькотемпературної поведінки. Низькотемпературна поведінка теплоємності залежить від спектру низькоенергетичних збуджень системи. У випадку безщілинного спектру теплоємність має степеневу асимптотику, а у випадку спектру із щілиною — термічно активовану асимптотику. У роботі досліджувалась інтерполяція методом ентропії для обидвох випадків. При доступному тринадцятому порядку високотемпературних розвинень самоузгоджена процедура в методі ентропії, побудована на аналізі найбільшої кількості близьких Паде апроксимант, дає підстави вважати, що сценарій безщілинного спектру більш достовірний. Температурний профіль теплоємності не містить низькотемпературних особливостей типу додаткового максимуму чи плеча. Однак, максимум теплоємності значно зсунутий в область низьких температур. Така поведінка спостерігається безвідносно до припущень про спектр низькоенергетичних збуджень. Магнітна сприйнятливість має широкий максимум.^UThe thesis is devoted to the study of the thermodynamics of the frustrated quantum spin systems.To reveal the reason for the emergence of pseudo-transitions, we consider a number of decorated one-dimensional systems. Namely, the two-leg ladder Ising model with trimer rungs, the spin–1/2 Ising–XYZ diamond chain, the double–tetrahedral chain of localized Ising spins and mobile electrons, and the spin–1/2 Ising–Heisenberg double-tetrahedral chain. After a decoration-iteration transformation, the effective Hamiltonian for the two-leg ladder Ising model with trimer rungs becomes the simple two-leg rail-road Ising ladder Hamiltonian with the temperature-dependent interactions for the interleg coupling. At some finite temperature (pseudocritical temperature) vanishes. Effectively, this corresponds to a splitting of the two-leg ladder into two independent Ising chains. For sufficiently small values of the pseudocritical temperature (in the units of exchange coupling of the chain), the traces of the simple Ising chain criticality at zero temperature and zero field are clearly seen. Around the pseudocritical temperature (but not in the immediate vicinity of the pseudocritical temperature) the model shows pseudo-critical behavior. The decoration-iteration transformation for a number of considered decorated classical–quantum chains leads to the simple Ising chain Hamiltonian with the temperature-dependent exchange interaction and magnetic field. The effective magnetic field vanishes at the pseudocritical temperature and, consequently, the model corresponds to the simple Ising chain at zero magnetic field. Therefore, the low-temperature peculiarities of the decorated Ising chains show up from the simple Ising chain criticality at the zero temperature and field. Quasicritical exponents of the decorated classical–quantum chains coincide with the ones obtained for the two-leg Ising ladder. As a result, the reason for the peculiar low-temperature behavior of some spin–1/2 decorated (frustrated) one-dimensional Ising models has been revealed.To study the influence of geometrical frustration on thermodynamics of a three-dimensional quantum spin systems we consider a pyrochlore lattice. The pyrochlore lattice is the most frustrated lattice in three dimensions.Thermodynamic and dynamic properties of quantum S=1/2 ferromagnetic Heisenberg model were studied by the double-time temperature-dependent Green functions method within the random phase approximation. The value of the critical temperature and the temperature dependence of the magnetization in the ferromagnetic phase and the magnetic susceptibility in the paramagnetic phase were found from the analysis of the self-consistent equation for magnetization. We compare the magnetization and the specific heat (for the temperatures below the critical one) and the magnetic susceptibility (for the temperatures above the critical one) with the results of quantum Monte Carlo simulations. The dynamic structure factor was compared with inelastic neutron scattering data for Lu2V2O7 material and a satisfactory agreement has been found. To study the thermodynamics of the quantum S=1/2 antiferromagnetic Heisenberg model we used the entropy method. The interpolation between high temperatures (based on the 13-th order high-temperature expansion for the specific heat and the magnetic susceptibility) and low temperatures according to different scenarios for the low-energy excitation spectrum has been made. The low-temperature dependence of the specific heat is determined by the nature of low-energy excitation spectrum of the system. In the case of gapless spectrum, the specific heat follows a power-law behavior, whereas for the gapped spectrum, the specific heat is thermally activated. The interpolation within the framework of the entropy method was made for both cases. We apply a self-consistent procedure within the entropy method based on the largest number of coinciding Pade approximants to analyze the thermodynamic observables. For the available order of the high-temperature expansion, the assumption of the gapless spectrum is more robust. The specific heat does not have any extra low-temperature features like a peak or shoulder. However, the location of the main maximum is significantly shifted to lower temperatures. This behavior is independent of the assumed type of low-energy excitations. The magnetic susceptibility has a broad maximum.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню закономірностей процесу займання та горіння водовугільного палива з додаванням відходів біодизелю, а саме гліцерину, теплофізичних властивостей та особливостей теплообміну такого палива.У дисертаційній роботі отримані нові науково обґрунтовані теоретичні та експериментальні результати, що у сукупності є суттєвими для вирішення актуальної науково-технічної задачі, яка полягаєупідвищенні енергоефективності спалювання водовугільного палива шляхом додавання відходів виробництва біодизеля з урахуванням експериментально визначених теплофізичних властивостей палива, закономірностей і доцільних умов займання та горіння палива із забезпеченням максимальної реалізації його енергетичного потенціалу та мінімізацією негативного впливу на довкілля.Вперше за умов додавання до водовугільного палива гліцерину як відходу виробництва біопалива у кількості 5…20 % мас. експериментально визначено вплив останнього на теплоємність та коефіцієнт теплопровідності палива, що дозволило встановити відповідні емпіричні залежності.Отримали подальший розвиток відомості про закономірності впливу вмісту гліцерину в діапазоні 5…20 % мас. у водовугільному паливі на тривалість і температуру кожної стадії горіння, що дозволило визначити раціональні умови, що забезпечують підвищення ефективності спалювання палива.Набуло подальшого розвитку уявлення про закономірності теплообміну при примусовому русі водовугільного палива як неньютонівської рідини з урахуванням отриманих теплофізичних властивостей та вперше встановлено критеріальне рівняння подоби виду Nu=f(Gz) для діапазону числа подоби Пекле 137…15∙105. Отримали подальший розвиток відомості про закономірності утворення азото- та сірковмісних сполук у продуктах згоряння водовугільного палива в залежності від вмісту гліцерину у ньому та температури процесу, що дозволило визначити умови спалювання, які дозволяють зменшити негативний вплив на довкілля. Запропоновано раціональні параметри ефективного спалювання водовугільного палива з додаванням гліцерину, які забезпечують максимальну реалізацію енергетичного потенціалу даного палива зі зменшенням негативного впливу на довкілля Отримано вихідні дані та практичні рекомендації дляпроєктування теплообмінних апаратів для термічної активації водовугільного палива при температурі 150-200 °С(витрата, швидкість, температура теплоносіїв, площа теплообміннику тощо).Розроблені режимні параметри роботи випалювальних печей при використані для їх опалення водовугільного палива з додаванням гліцерину передані для впровадження на ділянці виробництва вапна ТОВ «МЗ «Дніпросталь».^UThe thesis has solved an urgent scientific and technical issue, which is to increase the energy efficiency of the burning coal-water fuel process by adding biodiesel production waste. The experimentally determined thermophysical properties of fuel have been taken into account alongside with regularities found and determination of appropriate conditions for ignition and combustion of fuel with maximum energy potential and minimizing the negative impact on the environment.For the first time under the conditions of adding glycerol to coal-water fuel as a waste of biofuel production in the amount of 5… 20% of the mass the influence of the glycerol on the fuel heat capacity and thermal conductivity was experimentally determined, which allowed to establish the corresponding empirical dependencies.The data about the regularity of the effect of glycerol content in the range of 5 ... 20% mass in the coal-water fuel on the duration and temperature of each stage of combustion were further developed. This which allowed to determine the rational conditions for increasing the efficiency of fuel combustion.The ideas about the regularities of heat transfer during forced motion of coal-water fuel as a non-Newtonian fluid have been further developed taking into account the obtained thermophysical properties. Also, the criterial similarity equations of the form Nu = f(Gz) for the range of Péclet number of 137…15∙105 have been established for the first time. Practical recommendations for designing heat-transfer apparatuses for thermal activation of coal-water fuel at 150-200°С have been obtained.The data on the regularities of formation of nitrogen- and sulfur-containing compounds in the combustion products of coal-water fuel depending on the content of glycerol in it and the process temperature were further developed. This allowed to determine the combustion conditions that reduce the negative impact on the environment.The rational parameters of efficient combustion of coal-water fuel with the addition of glycerol are proposed. They provide the maximum realization of the fuel energy potential with a reduction of the negative impact on the environment.The operating parameters of furnaces while using coal-water fuel with the addition of glycerol for their heating have been developed for implementation at the lime production site of Dnipro Steel Ltd.

Дисертацію присвячено вивченню термодинамічної поведінки трьох теоретико-польових моделей чорних дір: статичних та з обертанням, з електричним та магнітним зарядами, з різними нелінійними електромагнітними полями, у просторі-часі різних вимірностей та геометрій в рамках загальної теорії відносності. Першою розглянутою моделлю є статична, електрично заряджена чорна діра із чотирьома різними видами нелінійного електромагнітного поля: степеневим, Борна-Інфельда, логарифмічним та експоненційним у тривимірному просторі-часі з від'ємною космологічною сталою. Отримано рівняння гравітаційного та електромагнітного полів, їхні точні аналітичні розв'язки. Показано, що для полів Борна-Інфельда та логарифмічного відсутня розбіжність електричного поля при нульовому значенні радіальної координати. Продемонстровано схожу якісну поведінку отриманих розв'язків для полів типу Борна-Інфельда. Степеневе електромагнітне поле при параметрі нелінійності рівному одиниці відповідає лінійній максвелівській електродинаміці. Досліджено конформний випадок степеневого поля при якому радіальна компонента електричного поля задовольняє закону обернених квадратів у тривимірному просторі-часі, тензор енергії-імпульсу стає безслідовим, а скалярна кривизна приймає постійне значення. Знайдено зв'язки між сталими інтегрування та макроскопічними параметрами чорної діри — її масою та повним електричним зарядом. Обчислено температуру випромінювання Гокінґа та електричний потенціал на горизонті подій чорної діри. Досліджено розширений фазовий термодинамічний простір, де від'ємна космологічна стала інтерпретується як термодинамічний тиск з боку середовища на чорну діру. Записано перший закон термодинаміки для термодинамічної функції маси чорної діри, показано, що вона має зміст ентальпії. Отримано термодинамічний об'єм чорної діри, який співпадає з площею круга радіусу горизонту подій чорної діри. Записано рівняння стану чорної діри та виявлено його тривіальну критичну поведінку — відсутність фазового переходу. Обчислено ізобарну теплоємність чорної діри, виділено нефізичну область її від'ємного значення, яка відповідає області від'ємної температури. Другою дослідженою моделлю є електрично заряджена чорна діра з повільним обертанням та степеневим електромагнітним полем у тривимірному просторі-часі з від'ємною космологічною сталою. Отримано рівняння поля та їх розв'язки. Ці розв'язки описуються двома метричними функціями: діагональною та недіагональною, а також двома компонентами тензора електромагнітного поля: радіальним електричним та магнітним полями. Границя повільного обертання визначається малим параметром, що є пов'язаним із кутовим моментом чорної діри. Для магнітного поля та недіагональної метричної функції знайдено точні квадратурні, а також аналітичні асимптотичні розв'язки, ці результати є оригінальними. Розв'язки для електричного та магнітного полів отримано в загальному випадку без накладання на них додаткових зв'язків. Обговорено зв'язки між сталими інтегрування та параметрами чорної діри — її масою, електричним зарядом, кутовим моментом. Третьою вивченою моделлю є статична чорна діра з електричним та магнітним зарядами в електродинаміці Борна-Інфельда чотиривимірного простору-часу зі сферичною, плоскою та гіперболічною геометричними структурами горизонту подій чорної діри з від'ємною космологічною сталою. Електромагнітний лагранжіан Борна-Інфельда обрано в його оригінальній формі з двома польовими інваріантами. Отримано польові рівняння та їх точні аналітичні розв'язки. Досліджувана чорна діра описується однією діагональною метричною функцією, радіальним електричним та кутовим магнітним полями. Підстановку для вектора потенціалу електромагнітного поля обрано в такій формі, що забезпечує однакові значення інваріантів поля Борна-Інфельда, а також електричні компоненти електромагнітного поля для усіх розглянутих геометрій горизонту подій. При прямуванні радіальної координати до нуля електричне поле зростає повільніше для більших значень магнітного заряду і приймає скінченне значення. Досліджено термодинамічні властивості отриманих розв'язків у розширеному фазовому термодинамічному просторі. Записано перший закон термодинаміки та співвідношення Смарра для скінченних термодинамічних величин із додатковими членами поляризації вакууму Борна-Інфельда, що є характерними особливостями електродинаміки Борна-Інфельда. Отримано рівняння стану та вивчено його критичну поведінку. Фазовий перехід має місце тільки для сферичного горизонту подій чорної діри, отримано умови на електричний та магнітний заряди, а також параметр нелінійності при яких цей перехід можливий. Отримано термодинамічне критичне відношення та проаналізовано його оригінальні особливості. Обчислено ізобарну теплоємність чорної діри.^UThe work is devoted to the study of thermodynamic properties of three field-theoretical models of black holes: static and rotating, electrically and magnetically charged, with different non-linear electromagnetic fields, in various spacetime dimensions and topologies within General Relativity. The first considered model is a static, electrically charged black hole with four various types of non-linear electromagnetic field, namely, power Maxwell invariant, Born-Infeld, logarithmic and exponential in three-dimensional spacetime with a negative cosmological constant. Equations of gravitational and electromagnetic fields, and their exact analytical solutions are obtained. It is shown that the electric field in the Born-Infeld and logarithmic electrodynamics does not diverge at the origin. The Born-Infeld type fields possess similar qualitative behavior. The power Maxwell invariant field with the non-linearity parameter equal to unity corresponds to linear Maxwell electrodynamics. The conformal source of the power Maxwell invariant is investigated. In this case the electric field satisfies the inverse-square law in three dimensions, electromagnetic stress-energy tensor is traceless, and scalar curvature takes a constant value. Relations between integration constants and macroscopic parameters of black hole, namely, mass and full electric charge are established. The Hawking temperature and electric potential on the black hole horizon are calculated. The extended phase space thermodynamics where a negative cosmological constant is associated as environment pressure is investigated. The first law of thermodynamics is written for the black hole mass, which is interpreted with enthalpy. The black hole thermodynamic volume coincides with the area of a circle of the black hole horizon radius. The equation of state of the black hole is written and its trivial behavior is discovered. Also, the heat capacity at constant pressure is calculated. The second examined model is a slowly rotating, electrically charged black hole with power Maxwell invariant electromagnetic field in three-dimensional spacetime with a negative cosmological constant. Field equations and their solutions are obtained. These black hole solutions are described by two metric functions, namely diagonal and nondiagonal functions, and also two components of electromagnetic field tensor, namely the radial electric and magnetic fields. The slow rotation limit is defined by a small parameter which is related to the black hole angular momentum. For the magnetic field and non-diagonal metric function exact quadrature as well as analytical asymptotic solutions are found, these results are original. The solutions for electric and magnetic fields are obtained in a general case without the assumption of additional connections between them. Relations between integration constants and black hole parameters — its mass, electric charge and angular momentum are discussed. The third studied model is a static, electrically and magnetically charged black hole in the Born-Infeld electrodynamics of four-dimensional spacetime with spherical, planar and hyperbolic black hole horizons with a negative cosmological constant. The electromagnetic Born-Infeld lagrangian is chosen in its original form with two field invariants. Field equations and its exact analytical solutions are obtained. The black hole is described by one diagonal metric function, radial electric and angular magnetic fields. The ansatz for the electromagnetic field potential was chosen in the form which gives rise to the same form of electric field and field invariants for all types of considered horizon geometries. The electric field grows slowly near the origin for larger values of the magnetic charge for fixed the electric one and is finite. Thermodynamic behavior of the obtained solutions in the extended phase space thermodynamics are examined. The first law of black hole thermodynamics and Smarr relation for finite thermodynamic quantities with additional terms of the Born-Infeld vacuum polarization are written. The black hole equation of state is obtained and its critical behavior is investigated. A phase transition occurs only for the spherical black hole horizon, and conditions for its existence are given. The thermodynamic critical ratio is found and its original features are analyzed. Also, the heat capacity at constant pressure is obtained.

Дисертація присвячена вивченню принципів скейлінгу та універсальності в критичних явищах, які є фундаментальними концепціями в багатьох ділянках науки. В теорії критичних явищ гіпотеза скейлінґу стверджує, що термодинамічні потенціали є узагальненими однорідними функціями відповідних змінних поблизу критичної точки, а універсальність означає, що поведінка системи не залежить від деталей і мікроскопічної структури системи. Незважаючи на те, що ці ідеї виявилися ефективними для вирішення різноманітних завдань, їх застосування та розуміння залишається неповним. Ця дисертація досліджує явища скейлінґу вище верхньої критичної вимірності та заглиблюється в масштабування складних полімерних мереж. При дослідженні скейлінґу над верхньою критичною вимірністю основна увага приділяється скінченновимірному скейлінґу з вільними граничними умовами. Звичайні методи недостатньо точні, що перешкоджає всебічному розумінню скейлінґової поведінки в різних явищах. Крім того, це дослідження стосується масштабування кополімерних мереж, зокрема в рамках моделі Поланди-Шераги, що описує термічну денатурацію ДНК. Для опису розщеплення ланцюга ДНК використовуються нові показники для кополімерних мереж. Структура дисертації наступна: чотири основні розділи (огляд літератури, комп'ютерне моделювання п’ятивимірної моделі Ізінга, аналіз Фур’є мод намагнічення та аналіз нулів Лі Янга, а також комплексне дослідження скейлінгових показників полімерних мереж), заключний розділ з ключовими висновками. У другому розділі ми підтверджуємо запропонований скейлінг для п’ятивимірної моделі Ізінга з вільними граничними умовами при псевдокритичній температурі. Ми використали алгоритм Вольфа для моделювання $d=5$ моделі Ізінга з вільними граничними умовами, щоб отримати скейлінгову картину таких величин, як намагнічення, ізотермічна сприйнятливість, енергія та теплоємність при нульовому магнітному полі та критичній, а також псевдокритичній температурах вище за верхню критичну вимірність $d_c=4$. У магнітному секторі спостерігаються узгоджені результати, підтверджуючи G-скейлінг (тривіальна фіксована точка Гауса, де всі поля прийняті за нуль) при критичній температурі $T_c$ та Q-скейлінг (спеціальний скейлінг, у якому кореляції перевищують розмір системи, і введено новий показник $\qq$, який виправляє співвідношення гіперскейлінгу) при псевдокритичній температурі $T_L$ для намагніченості. У третьому розділі застосовано нові підходи, зокрема дослідження Фур’є мод намагнічення, а також аналіз нулів статистичної суми (нулів Л-Янга) в комплексній площині, що підвищують точність спостережуваного скейлінгу. Ми показуємо, що Фур'є моди намагнічення повторюють поведінку намагнічення, спостережувану в розділі 2, і підтверджуємо Q-скейлінг, але не покращуємо кардинально скейлінгову картину. Аналіз на основі скінченновимірного скейлінгу нулів статистичної суми в комплексній площині призводить до поведінки першого нуля Лі-Янга як функції розміру системи $L$: $h_1\sim L^{-3,16 \pm 0,48}$ при $T_c $, що вказує на G-масштабування ($h_1\sim L^{-3}\,$), а $h_1\sim L^{-3.75}\,$ на $T_L$, що вказує на Q-скейлінг. Крім того, при дослідженні ізотермічної сприйнятливості в термінах нулів Лі-Янга з вищою точністю ліпше спостерігається скейлінгова поведінка у псевдокритичній точці $T_L$. Зауважимо, що цей скейлінг є набагато ближчим до Q-скейлінг, ніж до G-скейлінгу. Це вказує на те, що скейлінгова поведінка при вільних граничних умовах проявляється у спосіб, який більше узгоджується з Q-скейлінгом, ніж із попередніми суперечливими висновками в літературі, що дає цінну інформацію про динаміку цієї властивості. У четвертому розділі ми розглянули показники скейлінгу складної кополімерної мережі, яка виникає при термічній денатурації ДНК в межах моделі Поланда-Шераги. Ми отримали нові скейлінгові співвідношення для показника замикання петлі $c$, який контролює порядок фазового переходу з упорядкованої до невпорядкованої фази з урахуванням можливої неоднорідності між денатурованою петлею та зв’язаними ланцюгами. Наш аналіз ґрунтується на польовій теорії кополімерних мереж. Завдяки співвідношенням скейлінгу, ми зв’язуємо показники замикання петлі $c$ зі скейлінговими показниками $\eta_{f_1f_2}$, які визначають ентропійні властивості кополімерних зірок, створених взаємно взаємодіючими наборами $f_1$ SAW і $f_2$ RW. Використовуючи потужну техніку пересумовування, ми досліджуємо асимптотичні розклади для цих показників і оцінюємо їх при вимірності простору $d = 3$. Ми показуємо, що ефекти неоднорідності істотно впливають на силу переходу першого роду (показник $c$ зростає в порівнянні зі звичайним однорідним випадком, коли всі ланцюги є SAW). Ми підтримуємо результати цього спостереження точними результатами для $d=2$. Крім того, ми показуємо, що таке загострення різкості фазового переходу стає ще суттєвішим у так званому зайнятому середовищі з далекосяжними корельованими неоднорідностями.^UThe thesis is devoted to the study of scaling and universality in critical phenomena that constitute foundational concepts in various scientific domains. In the theory of critical phenomena scaling hypothesis states that thermodynamic potentials are generalized homogeneous functions of their respective variables in vicinity of critical point, while universality in criticality means that the system's behaviour does not depend on the details and microscopic structure of the system. Despite their proven efficacy in diverse applications, the application and understanding of these fundamental concepts remain incomplete. In particular, this dissertation explores scaling phenomena above the upper critical dimension and delves into the scaling of complex polymer networks.In investigating scaling above the upper critical dimension, a focus is placed on finite-size scaling for systems with free boundary conditions. Conventional methods fall short in accuracy, hindering a comprehensive understanding of phenomena in physics and beyond. Additionally, this research addresses the scaling of copolymer networks, in particular within the Polanda-Scheraga model describing the thermal denaturation of DNA. Novel exponents for copolymer networks are employed to describe DNA chain unzipping.The thesis structure encompasses four chapters: a literature review, numerical simulations of the five-dimensional Ising model, Fourier analysis of magnetization modes and Lee Yang zeros analysis, and a comprehensive examination of scaling parameters in polymer networks.In the second chapter, the study validates proposed scaling for the five-dimensional Ising model with free boundary conditions at the pseudocritical temperature. We used Wolff algorithm to simulate $d=5$ Ising model with free boundary conditions to get a scaling picture of the quantitities like magnetisation, isothermal susceptibility, energy, and heat capacity at zero magnetic field and critical as well as pseudocritical temperatures above the upper critical dimension $d_c=4$. The “magnetic” sector, in general showed consistent results proving G-scaling (Gaussian trivial fixed point, where all fields are set to zero) at the critical temperature $T_c$, and Q-scaling (special scaling, where correlations exceed system size, and a new exponent $\qq$ is introduced to fix the hyperscaling) at the pseudocritical temperature $T_L$ for magnetisation In the third chapter, innovative approaches involving study of magnetisation Fourier modes as well as analysis of partition function zeros in complex plane enhance the accuracy of observed scaling. We show that the magnetisation Fourier modes repeat the behaviour of magnetisation observed in Chapter 2 and confirm Q-scaling, but do not improve the scaling picture drastically. Analysis based on the FSS of partition function zeros in complex plane results in the following behaviour of the first Lee-Yang zero as function of system size $L$: $h_1\sim L^{-3.16 \pm 0.48}$ at $T_c$, that hints towards G-scaling ($h_1\sim L^{-3}\,$), and $h_1\sim L^{-3.75}\,$ at $T_L$, which hints towards Q-scaling. Moreover, when examining the isothermal susceptibility in terms of Lee-Yang zeros, a scaling behavior was observed at the pseudocrtitcal point $T_L$ with better accuracy. Notably, this scaling is found to be much closer to Q-scaling than to G-scaling. This indicates that the scaling behaviour at FBC exhibits in a manner that is more consistent with Q-scaling than with the conflicting conclusions in the literature, providing valuable insights into the dynamics of this property.In the fourth chapter we have considered the scaling exponents of a complex copolymer network that occurs in the thermal denaturation of DNA within the Poland Scheraga model. We have derived new scaling relations for the loop closure exponent $c$ that controls the order of the phase transition from ordered to disordered phase with the account of pssible heterogeeity between the denaturated loop and bound chains. Our analysis is grounded on the field theory of co-polymer networks. By scaling relations we connect loop closure exponents $c$ to scaling exponents $\eta_{f_1f_2}$ that govern entropic properties of co-polymer stars made by mutually interacting sets of $f_1$ SAWs and $f_2$ RWs. Using powerful resummation technique, we resum asymptotic expansions for these exponents and evaluate them at space dimension $d = 3$. As one can see, the effects of heterogeneity significantly influence the strength of the first order transition (the exponent $c$ increases in comparison to the usual homogeneous SAW case). We support this observation providing exact results at $d=2$. Moreover, we show that the effect of strengthening is further enhanced by the so-called crowded environment with the long-range correlated inhomogeneities.