Нові надходження

• Вантажиться...

  Тип елементу:Документ,

  Валідація та аналіз моделі обчислювальної гідродинаміки (CFD) теплообмінника у процесі підігріву нафти на установці елекрознесолення та атмосферно-вакуумної трубчастої установки (ЕЛЗУ-АВТ)

  (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2025) Кубах, Сергій Олегович; Цапар, Віталій Степанович

  Показати більше

  Представлено результати дослідження моделі обчислювальної гідродинаміки (CFD) кожухотрубного теплообмінника у процесі початкового підігріву нафти, яка є обов’язковою технологічною операцією. Оптимізація цього процесу безпосередньо впливає на енергозбереження, енергоефективність, надійність та економічні показники всієї системи. Наукова новизна роботи полягає в розробці та валідації тривимірної CFD-моделі процесу в теплообмінному апараті для підвищення енергетичної ефективності, яка враховує специфічні температурно-залежні фізичні властивості (в’язкість, густина, теплоємність) нафти, що видобувається у родовищах України. Це дозволяє підвищити точність прогнозування теплогідравлічних характеристик порівняно зі стандартними моделями, що використовують усереднені або загальні властивості. Для моделювання використовувалася скінченно-елементна CFD-модель апарату в середовищі програмного комплексу Comsol з визначенням відповідних параметрів роботи теплообмінника. Верифікація проводилася для випадку початкового нагрівання нафти в процесі опріснення. Для аналізу результатів CFD-моделювання використовувалися показники полів швидкості та температури реагуючих потоків. За допомогою графічного аналізу полів швидкостей (CFD) було виявлено, що причиною розбіжності є утворення значних застійних зон за сегментними перегородками, які ігноруються аналітичною методикою. Показано, що відхилення значень температури в середині CFD-моделі від даних, взятих з доступної літератури та інших наукових робіт, не перевищує 5,05 %, що дозволяє використовувати її як науково-обґрунтований інструмент для аналізу та оптимізації роботи промислових теплообмінників як альтернативу узагальнених аналітичних методик. Перевірена комп’ютерна модель дозволить створити карту режимів, оптимізувати роботу енергетичного устаткування та отримати дані ідентифікації для подальшої розробки системи керування та коригування характеристик теплообмінника. The scientific novelty of the work lies in the development and validation of a three-dimensional CFD model of the process in a heat exchange apparatus to increase energy efficiency, which takes into account the specific temperature-dependent physical properties (viscosity, density, heat capacity) of oil produced in Ukrainian fields. This allows for an increase in the accuracy of predicting thermo-hydraulic characteristics compared to standard models that use averaged or general properties.The paper presents the results of a study of a computational fluid dynamics (CFD) model of a shell-and-tube heat exchanger in the initial oil heating process, which is a mandatory technological operation. The optimization of this process directly affects the energy savings, energy efficiency, reliability, and economic performance of the entire system. The scientific novelty of the work lies in the development and validation of a three-dimensional CFD model of the process in a heat exchange apparatus to increase energy efficiency, which takes into account the specific temperature-dependent physical properties (viscosity, density, heat capacity) of oil produced in Ukrainian fields. This allows for an increase in the accuracy of predicting thermo-hydraulic characteristics compared to standard models that use averaged or general properties. For the simulation, a finite-element CFD model of the apparatus was used in the Comsol software environment, with the determination of the corresponding operating parameters of the heat exchanger. Verification was carried out for the case of initial oil heating in the desalination process. To analyze the results of the CFD modeling, indicators of the velocity and temperature fields of the reacting flows were used. Graphical analysis of the (CFD) velocity fields revealed that the discrepancy is caused by the formation of significant stagnant zones behind the segmental baffles, a phenomenon that the analytical method ignores. It has been shown that the deviation of temperature values within the CFD model from data taken from available literature and other scientific works does not exceed 5,05 %, which allows it to be used as a scientifically-grounded tool for analyzing and optimizing the operation of industrial heat exchangers as an alternative to generalized analytical methods. The validated computer model will allow for the creation of a regime map, optimization of the operation of power equipment, and obtaining identification data for the further development of a control system and adjustment of the heat exchanger's characteristics.

  Показати більше
• Вантажиться...

  Тип елементу:Документ,

  Аналіз фізичних основ ультразвукової деагломерації пігментів у процесі виробництва суперконцентратів полімерних барвників методом екструзії

  (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2025) Денисюк, Віталій Вікторович; Швед, Микола Петрович

  Показати більше

  У статті проведено аналіз фізичних механізмів ультразвукової деагломерації пігментів у процесі екструзії суперконцентратів полімерних барвників. Розглянуто дію кавітаційних ефектів, шокових хвиль і мікроструменів, що утворюються під впливом ультразвуку в полімерному розплаві та сприяють руйнуванню агломератів пігментів. Обґрунтовано вплив ультразвуку на реологічні властивості полімерної матриці, зокрема зниження в’язкості та покращення плинності розплаву, що забезпечує більш рівномірний розподіл частинок барвника. Представлено математичні моделі динаміки кавітаційних бульбашок, фрагментації агломератів і зміни в’язкості під дією ультразвуку. Наведено приклади застосування ультразвуку для диспергування пігментів TiO₂ та CaCO₃ у поліетилені, поліпропілені та інших полімерах. Встановлено оптимальний діапазон частот (20–40 кГц), за якого спостерігається максимальне зменшення в’язкості та інтенсифікація кавітації. Показано, що ультразвукова екструзія дозволяє покращити якість суперконцентратів, зменшити витрати енергії та підвищити стабільність кольору кінцевих матеріалів. Отримані результати мають практичне значення для вдосконалення технології виробництва полімерних барвників і створення високоефективних композиційних матеріалів. The article analyzes the physical mechanisms of ultrasonic deagglomeration of pigments during the extrusion process of polymer dye super-concentrates. The action of cavitation effects, shock waves, and microjets, which are formed under the influence of ultrasound in the polymer melt and facilitate the breakdown of pigment agglomerates, is examined. The influence of ultrasound on the rheological properties of the polymer matrix, particularly the reduction of viscosity and improvement of melt fluidity, which ensures a more uniform distribution of dye particles, is substantiated. Mathematical models of cavitation bubble dynamics, agglomerate fragmentation, and viscosity changes under the action of ultrasound are presented. Examples of using ultrasound for dispersing TiO₂ and CaCO₃ pigments in polyethylene, polypropylene, and other polymers are provided. The optimal frequency range (20–40 kHz), at which the maximum reduction in viscosity and intensification of cavitation are observed, has been established. It is shown that ultrasonic extrusion allows for improving the quality of superconcentrates, reducing energy consumption, and increasing the color stability of the final materials. The obtained results have practical significance for improving the technology of polymer dye production and creating highly effective composite materials.

  Показати більше
• Вантажиться...

  Тип елементу:Документ,

  Підготовка та очищення сировини для каскадної екструзії плоских полімерних ниток

  (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2025) Денисюк, Владислав Вікторович; Швед, Микола Петрович

  Показати більше

  У статті розглядається проблема підготовки сировини для каскадної екструзії плоских полімерних ниток, що залишається надзвичайно актуальною через зростання вимог до якості в текстильній, пакувальній та автомобільній галузях. Традиційні методи, такі як сушіння гарячим повітрям і механічне очищення, не можуть адекватно видалити мікрозабруднення та вологу (>0,1%), що призводить до дефектів поверхні та рівня браку від 2% до 5%. Дана робота розробляє інтегровану систему підготовки для каскадного дисково-шестеренного екструдера, що включає ультразвукове очищення (20–40 кГц, ефективність 95–99%), адаптивне вакуумне/мікрохвильове сушіння (вологість <0,01%) та спектроскопію в ближній інфрачервоній області (NIR) (800–2500 нм). Методологія базується на математичних моделях кавітації, дифузії вологості та спектрального аналізу. Результати демонструють зниження рівня браку до 0,5%, енергоспоживання 0,25 кВт·год/кг та стабільність тиску ±0,5%. Практичне значення полягає в імпортозаміщенні та ресурсоефективності для малих і середніх підприємств. Загалом, розроблена система забезпечує високу якість ниток і повністю відповідає сучасним стандартам сталого розвитку. Дане дослідження пропонує комплексне рішення для модернізації переробки полімерів. The study investigates the problem of raw material preparation for cascade extrusion of flat polymer threads, which remains highly relevant due to increasing quality requirements in textile, packaging, and automotive industries. Traditional methods, such as hot air drying and mechanical cleaning, fail to adequately remove micro-contaminants and moisture (>0.1%), leading to surface defects and reject rates between 2% and 5%. This research develops an integrated preparation system for a cascade disk-gear extruder, incorporating ultrasonic cleaning (20–40 kHz, 95–99% efficiency), adaptive vacuum/microwave drying (moisture <0.01%), and Near-Infrared (NIR) spectroscopy (800–2500 nm). The methodology is based on mathematical models of cavitation, moisture diffusion, and spectral analysis. Results demonstrate a reject rate reduction to 0.5%, energy consumption of 0.25 kWh/kg, and pressure stability of ±0.5%. The practical significance lies in import substitution and resource efficiency for small and medium enterprises. Overall, the system ensures high thread quality and aligns with modern sustainable development standards. This study provides a comprehensive solution for polymer processing modernization.

  Показати більше
• Вантажиться...

  Тип елементу:Документ,

  Надзвуковий ежектор із тангенціальним надзвуковим соплом

  (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2025) Воропаєв, Генадій Олександрович; Колодій, Назарій Олександрович

  Показати більше

  Витратні та імпульсні характеристики надзвукових ежекторів, де, як правило, взаємодіють надзвуковий потік з дозвуковим, визначаються не тільки площею взаємодії надзвукового струменя з ежектуючим потоком, але і полем тиску в камері змішування ежектора, яке в свою чергу залежить не тільки від числа Маха, а і від ступеня розрахунковості надзвукового струменю відносно осі камери змішування. У статті розглядається здатність кільцевого надзвукового струменя, який витікає з тангенціального сопла, генерувати в осесиметричній камері змішування хвилю розрідження (подібну до простої хвилі розрідження в плоскому випадку – течії Прандтля-Майєра), що підвищує ефективність ежектуючого струменя в надзвуковому ежекторі в порівнянні із осесиметричним надзвуковим струменем. Показано, що витратні характеристики осесиметричних надзвукових ежекторів з кільцевим тангенціальним соплом при числах Маха в діапазоні 2 – 4 можуть суттєво перевищувати ежектуючі характеристики надзвукових ежекторів з осесиметричним струменем. The flow rate and impulse characteristics of supersonic ejectors, where supersonic and subsonic streams typically interact, are determined not only by the interaction area between the supersonic jet and the entrained flow, but also by the pressure field in the ejector mixing chamber. This pressure field, in turn, depends not only on the Mach number, but also on the degree of jet expansion relative to the mixing chamber axis. The paper considers the capability of an annular supersonic jet discharged from a tangential nozzle to generate a rarefaction wave in an axisymmetric mixing chamber (analogous to a Prandtl–Meyer expansion wave in the planar case), which enhances the efficiency of the en-trained flow in a supersonic ejector compared to an axisymmetric supersonic jet. It is shown that the flow characteristics of axisymmetric supersonic ejectors with a ring tangential nozzle at Mach numbers in the range of 2-4 can significantly exceed the ejection characteristics of supersonic ejectors with an axisymmetric jet. It is shown that the flow characteristics of axisymmetric supersonic ejectors with a ring tangential nozzle at Mach numbers in the range of 2-4 can significantly exceed the ejection characteristics of supersonic ejectors with an axisymmetric jet.

  Показати більше
• Вантажиться...

  Тип елементу:Документ,

  Огляд сучасного стану проблеми плівкового охолодження лопаток газових турбін

  (Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2025) Шевчук, Олег Володимирович; Тарасов, Олександр Іванович

  Показати більше

  Створення й розвиток газотурбінних двигунів іде шляхом підвищення ККД вузлів і параметрів циклу, зокрема підвищення температури газу на вході в турбіну. Високі температури газу вимагають впровадження в конструкцію охолоджуваних деталей і вузлів турбіни. В першу чергу це стосується соплових і робочих лопаток газових турбін, сучасні зразки яких працюють при надвисоких температурах газу, а саме до 2000 К і вище. Для забезпечення надійної роботи лопаток поряд з конвективним (внутрішнім) охолодженням застосовується плівкове (зовнішнє або загороджувальне) охолодження, яке полягає у випуску охолоджувача на поверхні лопатки, що захищаються, з метою відтискування від них гарячого газу. Робочі лопатки з плівковим охолодженням почали свій розвиток у 1970-х роках, але є актуальними і в наш час, маючи місце в новітніх системах охолодження як, наприклад, лопатки з подвійною стінкою, або лопатки, що можуть бути вироблені за допомогою технологій 3D друку. На ефективність плівкового охолодження впливає ряд факторів, таких як розташування отворів перфорації щодо газового потоку (кути нахилу вісі отвору до стінки і до напрямку основного потоку), форма й щільність отворів перфорації плівкового охолодження, число рядів і відстань між рядами отворів, відносна довжина отворів, кривизна й шорсткість поверхні, наявність теплозахисного покриття, а також параметр вдуву отвору плівкового охолодження. Підвищення ефективності систем плівкового охолодження не тільки підвищує ресурс лопатки, але і зменшує відбори охолоджуючого повітря із-за компресора ГТД, що покращує характеристики двигуна. В області плівкового охолодження проведено великий обсяг робіт. В даній оглядовій публікації були розглянуті переважно найновіші (2020 – 2025 роки) статті, що стосуються систем плівкового охолодження лопаток газових турбін. Метою даної роботи є аналіз сучасних тенденцій в області плівкового охолодження: перспективні типи систем плівкового охолодження лопаток, вплив геометричних і режимних параметрів на ефективність охолодження, проблеми що вирішуються при проектуванні і розрахунку плівкового охолодження. The creation and development of gas turbine engines is driven by increasing the efficiency of components and cycle parameters, in particular by increasing the gas temperature at the turbine inlet. High gas temperatures require the introduction of cooled turbine parts and components into the design. First of all, this relates to the stator vanes and rotor blades of gas turbines, modern models of which operate at ultra-high gas temperatures, namely up to 2000 K and above. To ensure reliable operation of the blades, along with convective (internal) cooling, film (external or barrier) cooling is used, which consists in the injection of a coolant on the protected blade surface to push hot gas away from them. Film-cooled blades began their development in the 1970s, but are still relevant today, being used in the latest cooling systems, such as double-walled blades or blades that can be produced using 3D printing technologies. The efficiency of film cooling is influenced by a number of factors, such as the location of the perforation holes relative to the gas flow (angles of the hole axis to the wall and to the main flow direction), the shape and density of the film cooling perforation holes, the number of rows and spacing between rows of holes, the relative length of the holes, the curvature and roughness of the surface, the presence of thermal barrier coating and the blowing ratio factor of the film cooling hole. Increasing the efficiency of film cooling systems not only increases the blade service life but also reduces cooling air consumption from GTE compressor, which improves engine performance. A great deal of work has been done in the field of film cooling. In this review publication, we have considered mainly the most recent (2020-2025) articles related to film cooling systems for gas turbine blades. The purpose of this paper is to analyze current trends in film cooling: promising types of film cooling systems for blades, the impact of geometric and operating parameters on cooling efficiency, and the problems to be solved in the design and calculation of film cooling.

  Показати більше