Розглядаються та вирішуються три прикладні задачі оптимізації теплофізичних процесів: оптимізація струму тепла до реактору з метою утримання реакції у заданому температурному режимі; ідентифікація ефективного коефіцієнту теплопровідності у твердіючій відливці; мінімізація термонапружень у безперервному зливку. Для вирішення поставлених задач пропонується прямий екстремальний підхід. Наводиться велика кількість тестових та прикладних розрахунків, що демонструють високу ефективність обраного підходу.

Рассмотрены процессы переноса импульса, тепла и массы при фазовых превращениях (задача Стефана), в слое жидкости, подогреваемой снизу, при выращивании монокристаллов по методу Чохральского в бинарных электролитах. Освещены некоторые вопросы горения, в частности, гомогенное горение и стационарная теория воспламенения горючей смеси. Представлена задача диффузии примеси, введенной в поток жидкости в круглой трубе (задача Тейлора).

Для оптимізації процесу формування композитного злитка розроблено математичну модель, обчислювальний алгоритм і програмне забезпечення дослідження гідродинамічних і тепломасообмінних процесів. Визначено поля швидкостей, температури та частки твердої фази.

Приведены общие сведения о диффузионных процессах, рассмотрены вопросы молекулярной диффузии, броуновского движения, диффузии в турбулентном потоке, аналогии процессов переноса. Определены прикладные задачи диффузии, исследованы особенности взаимодиффузии жидкостей и газов, диффузии газа в жидкости, выравнивания поля концентрации в трубе при точечном и круговом источнике. Приведена методика определения коэффициентов диффузии. Рассмотрены статистические подходы к исследованию турбулентной диффузии. Изложены методы решения уравнений диффузии, апробированные и хорошо зарекомендовавшие себя при исследовании явлений теплообмена.

Сформульовано математичну модель процесів переносу у разі дегазації рідкого металу комплексною дією вакууму, продування інертним газом та електростатичного поля. Для постановки граничної умови на стику розплаву, що рухається, з вакуумом за умов дії електростатичного поля привернуті нові дані щодо специфіки цієї дії.

Рассмотрены современные способы создания литых металлических композиций и особенности взаимодействия жидких сплавов. Охарактеризованы физико-механические и эксплуатационные свойства изделий из литых металлических композиций. Рассмотрены законы переноса импульса, энергии и массы. Показаны особенности теплопередачи в системе слиток - изложница - окружающая среда. Рассмотрены основные положения теории подобия и моделирования. Представлены модели турбулентности и установлены границы их применения, приведены методы решения уравнения гидродинамики и тепломассопереноса. Проанализированы особенности течения гидродинамических и теплообменных процессов при формировании композитного слитка. Приведена оценка влияния турбулентности на гидродинамику и теплоперенос в затвердевающем слитке с внутренним холодильником. Разработана методика физического моделирования процессов формирования отливки из композиций сплавов. Рассмотрены методы прогнозирования технологических параметров и свойства литых металлических композиций. Предложена методика определения адекватности применения математической модели формирования многослойных композиций стали.

Математически поставлена и численно решена задача нестационарной теплопроводности в футеровке сталеразливочного ковша при наличии в нем металла. Установлено количественное влияние параметров на снижение температуры металла, находящегося в ковше.

Рассмотрена математическая модель процесса эжекции воздуха струей жидкости при переливах чугуна. Новизна модели заключается в учете толщины струи металла и неизотермичности процесса.

Надано розрахункову оцінку ефективності електропереносу за умов нового явища - "електродинамічної індукції". Розраховано співвідношення щільності процесів електропереносу в металі у разі електромагнітної і "електродинамічної індукції". Установлено, що воно визначається співвідношенням напруженості магнітного й електростатичного поля, залежить від роду металу та не залежить від швидкості руху провідника. У цьому напрямку переноси його вільних зарядів є взаємно перпендикулярними.

Освещены вопросы физического моделирования гидродинамических процессов и числового моделирования тепломассообменных процессов металла в промежуточном ковше криволинейной машины непрерывного литья заготовок, рафинирования металла. Пронализированы тепломассообменные процессы в условиях кристаллизации непрерывнолитой заготовки, определены внешние воздействия на данную заготовку. Приведены результаты промышленных исследований особенностей затвердевания металла, обрабатываемого аргоном в кристаллизаторе машины.

Освещены основные положения теории моделирования тепломассообменных процессов, а также изложены вопросы физического и математического моделирования данных процессов в условиях внепечной обработки и разливки стали. Проанализированы особенности жидкого металла в процессе выпуска из сталеплавильного агрегата в сталеразливочный ковш, изучена гидродинамика в ковше без дополнительных воздействий, рассмотрены вопросы обработки металла с помощью нейтрального газа, порошковой проволокой, посредством электрогидроимпульсного воздействия. Приведены результаты исследований разливки стали в изложницы под шлаком и с разными ковшевыми стаканами.

Изложены сведения о диффузионных процессах, в частности, молекулярной диффузии, уравнении диффузии в потоке, диффузии в турбулентном потоке. Приведены кинетическое уравнение Больцмана, метод Энскога - Чепмена, уравнение баланса энтропии, первого приближения для простого газа и его решение, а также коэффициенты диффузии и термодиффузии, диффузии бинарной смеси. Предложены методы решения уравнений диффузии, в частности, разделения переменных в решении усеченных уравнений нестационарной диффузии, интегральных преобразований, функций Грина. Раскрыты основы феноменологической теории неравновесных процессов, рассмотрен статистический подход к исследованию турбулентной диффузии.

Проведен обзор научных исследований, посвященных изучению процесса затвердевания слитка. Разработаны вариационный и числовой методы иследования тепловых, гидродинамических и диффузионных процессов, протекающих в затвердевающем слитке. Рассмотрены задачи затвердевания слитков в изложницах с прямой и обратной конусностью, с учетом влияния конвекции и внутренних источников тепла на движение фронта затвердевания. Проанализировано влияние скорости движения расплава и температуры боковой стенки изложницы на затвердевание слитка. Раскрыты особенности затвердевания отливок с обратной конусностю. Показано влияние концентрационной и смешанной конвекции на развитие химичекой неоднородности в слитках. Изложены результаты экспериментального исследования влияния периодических упругих импульсов на структуру затвердевающего металла, проведенных в лаборатории ДонНАСА и в литейном цехе Зуевского энергомеханического завода.

Запропоновано теоретичну модель процесів переносу при русі металу в електростатичному полі, що включає механізм, загальне рівняння та математичну модель електропереносу. Обговорено проблему її додатка до технології позапічної дегазації сталі комплексним впливом вакууму, продувки аргоном та електростатичним полем.

За допомогою варіаційного методу розв'язано задачу затверднення металу у плоскій клиноподібній виливниці. Встановлено, що константа затверднення має майже лінійну обернено пропорційну залежність від температури дна виливниці.

Розроблено фізико-математичну модель аерації для очищення стічних вод, в основу якої покладено гідромеханічний підхід. Одержано розрахункову формулу, що враховує основні параметри потоку. Виконано числові розрахунки по дослідженню ступеня очищення залежно від основних технологічних параметрів: довжини камери з аераційними трубами, щільності повітряних пузирів та полів швидкості. Встановлено, що ступінь очищення суттєво зростає зі збільшенням довжини камери, щільності пузирів та поперечної складової швидкості потоку. Розрахунки дозволяють обирати раціональну довжину камери за заданої щільності пузирів і швидкостей потоку для заданої ступені очищення.

Теоретически исследовано влияние теплопроводности стенок плоской клинообразной изложницы на скорость движения фронта затвердевания. Уравнения нестационарной теплопроводности в жидкой и твердой фазах записаны в цилиндрической системе координат. Приближенные нестационарные решения для температур получены вариационным методом с использованием локального термодинамического потенциала. Стыковка этих решений на фронте кристаллизации позволила найти закон движения фронта затвердевания. Влияние изложницы и окружающей среды учитывается линейной функцией, полученной из приравнивания потока тепла, текущего через стенку, и рассеивающегося в окружающую среду. Показано, что при уменьшении теплопроводности стенок изложницы движение фронта затвердевания замедляется.

На основании анализа процессов переноса тепла и накипеобразования приведен анализ факторов, влияющих на интенсивность накипеобразования в установках с высокими тепловыми потоками. На примере кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок обоснованы требования к конструкционным материалам и к качеству охлаждающей воды. Показано, что в качестве материала для изготовления кристаллизаторов можно использовать только медь или ее сплавы. При использовании технологии очистки подпиточной воды для оборотной системы охлаждения кристаллизаторов необходима установка весьма низкой нормы карбонатного индекса циркулирующей воды.

Представлено решение нелинейных дифференциальных уравнений теплопереноса и гидродинамики, которое реализовывалось при помощи разностных методов. Вычислительный эксперимент по исследованию процесса формирования композитного слитка позволил получить следующую информацию: поля температуры, доли твердой фазы и поля скоростей в расплаве; изменение температуры в слитке и во внутреннем холодильнике; размеры кристаллов в многослойном и армированном слитках. Получено удовлетворительное согласование с результатами физического эксперимента и натурных экспериментов других авторов.

Решена задача идентификации эффективного коэффициента температуропроводности при непрерывной разливке металла. Коэффициент температуропроводности представлен алгебраическими полиномами, зависящими от температуры двумя способами: традиционным полиномом и полиномом с весовым коэффициентом. Коэффициенты полинома образуют вектор, который необходимо идентифицировать. Для решения задачи в экстремальной постановке использован прямой экстремальный подход. Минимизация осуществлена методом сопряженных градиентов. Обоснована невозможность решения задач в данной постановке с использованием традиционного полинома.