2024 № 3 Інтегровані технології та енергозбереження

Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/84605

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 10 з 10

Визначення змінних стану дискретного пневмоприводу шляхом використання методу січних при лінеаризації математичної моделі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Крутіков, Геннадій Анатолійович; Бородін, Дмитро Юрійович
Пневмопривід як термодинамічна система описується з урахуванням принципів «термодинамики тіла змінної маси». При описі термодинамічних і газодинамічних процесів у пнемоприводах склалися дві наукові школи: дослідники першої школи представляють процеси в порожнинах приводу як політропічні процеси зі змінним показником політопи, а другі- розглядають процеси спираючись на рівняння енергетичного (теплового) балансу газа у незамкнених поржнинах. Авторами досліджується нелінійна математична модель, отримана на уявленнях другої школи. У цілях скорочення числа незалежних парметрів, визначальних характер перехідного процеса у приводі, здійснено перехід до безрозмірної формі рівнянь, проведений з урахуванням принципу мінімізації безрозмірних комплексів (критеріїв динаамічного подоби), визначальних характер перехідного процесу. Завдання лінеаризації нелінійної моделі ставилося з метою отримання на основі лінійної моделі аналітичних виразів для всіх змінних станів, які дозволять уникнути при розрахунках чисельних крокових методів інтегрування вихідної нелінійної моделі. Показано, що заміна нелінійних залежностей першими членами їх розкладання до ряду Тейлора (метод дотичної), яка практикується для слідкувальних гідропневмоприводів по відношенню до дискретних приводів призводить до великих похибок. Запропонована лінепризація методом січних з вибором оптимальної форми сіючої дозволила значно підвищити розрахункову точність лінійної математичної моделі. та отримати в аналітичній формі змінні стани пневмоприводу.Проведені розрахунки за лінійною моделлю другого порядку переконливо свідчать, що вона цілком адекватна розрахункової точності нелінійної математичної моделі. У всьому діапазоні найімовірніших параметрів розрахункова точність математичної моделі другого порядку є цілком достатньою для практичного використання. Таким чином, виключається необхідність залучення крокових чисельних методів інтегрування рівнянь нелінійної моделі та організації обчислювального процесу на ЕОМ.
Вплив концентрації бета-каротину і хлорофілу на швидкість окиснення їхніх олійних розчинів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Петік, Ігор Павлович; Литвиненко, Олена Анатоліївна; Пономарьова, М. С.; Діхтярь, А. М.; Андрєєва, С. С.; Баландіна, І. С.; Карюк, А. О.
Об’єктом дослідження є період індукції прискореного окиснення олійних розчинів жиророзчинних барвників хлорофілу та бета-каротину. Досліджено вплив вмісту жиророзчинних барвників на період індукції прискореного окиснення їхніх розчинів в олії соняшниковій рафінованій. Особливість роботи полягає у встановленні апроксимаційних графічних та математичних залежностей терміну періоду індукції прискореного окиснення рафінованої соняшникової олії від сумісного вмісту хлорофілу і бета-каротину. Це є важливим для прогнозування термінів придатності олійних розчинів жиророзчинних барвників. Визначено, що хлорофіл А практично не виявляє прооксидантної дії за умови його вмісту до 0,05 г/л. Вміст хлорофілу А на рівні 0,10 г/л призводить до зменшення терміну періоду індукції на 14 %; 0,20 г/л – на 36 %; 0,30 г/л – на 48 %. Вміст бета-каротину на рівні 0,10 г/л призводить до збільшення терміну періоду індукції на 35 %; 0,20 г/л – на 47 %; 0,30 г/л – на 54 %. Вміст в олійній системі 0,10 г/л бета-каротину і 0,05 г/л хлорофілу А призводить до зменшення терміну періоду індукції прискореного окиснення на 8,4 % порівняно з олійним розчином 0,10 г/л бета-каротину без хлорофілу А. Отримані дані пояснюються тим, що існує компенсуючий вплив антиоксиданту бета-каротину на прооксидантну дію хлорофілу А в олійному розчині. Особливістю отриманих результатів є можливість прогнозування термінів придатності олійних розчинів жиророзчинних барвників. З практичної точки зору результати досліджень дозволяють розробляти олійні системи з урахуванням окремої та сумісної особливостей реакційної здатності щодо окиснення хлорофілу і бета-каротину. Прикладним аспектом використання наукового результату є можливість розширення асортименту олійної продукції підвищеної харчової цінності з різним вмістом хлорофілу і бета-каротину.
Дослідження відділення абсорбції та дистиляції виробництва кальцинованої соди аміачним способом як об'єкта керування
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Переверзєва, Алевтина Миколаївна; Дзевочко, Олександр Михайлович
Кальцинована сода є одним із найбільш великотоннажних хімічних продуктів та найважливішим сировинним компонентом в різних галузях промисловості. Об’єм виробництва кальцинованої соди в значній мірі впливає на розвиток ряду іншихгалузей промисловості, до яких відносяться виробництво скла, чорної та кольорової металургії. Високим ступенем концентрації характеризується не тільки сфера виробництва, а і сфера споживання кальцинованої соди. Світове споживання кальцинованої соди за 2012 рік склало, за оцінками експертів, 54,7 млн. т / рік, його зріст становить 1 % на рік. Як технологічний об’єкт виробництва кальцинованої соди відрізняє складна схема матеріальних потоків, що протікають в основному через апарати колонного типу, багатостадійність неперервних хіміко-технологічних процесів, багатомірність, інерційність, складними залежностями між вхідними та вихідними параметрами технологічних режимів тощо, тобто володіє всіма характерними рисами складних систем. До складу виробництва кальцинованої соди входять 8 основних та 3 допоміжних відділень (під відділенням мають на увазі групу апаратів, які пов’язані спільністю процесів, що відбуваються в них через наявність провідних потоків та відповідних збірників для зберігання сировини). У статті аналізується можливість і необхідність декомпозиції загальної задачі керування виробництва кальцинованої соди на підзадачі керування відділеннями абсорбції та дистиляції; карбонізації, фільтрування та кальцинації та іншими виробничими відділеннями. Така декомпозиція є природною технологічно, оскільки відділення абсорбції та дистиляції не мають збірників для збирання парогазової суміші та дає можливість розроблювати та впроваджувати системи керування такими відділеннями та виробництвом кальцинованої соди в цілому за стадіями при умові узгодженні продуктивності відповідних відділень. Також у статті проводиться дослідження відділення абсорбції та дистиляції як об’єкту керування та ставиться загальна задача керування цим відділенням.
Дослідження ефективності способів підвищення точності вимірювань технологічних параметрів об'єктів керування
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Бабіченко, Анатолій Костянтинович; Красніков, Ігор Леонідович; Кравченко, Яна Олегівна; Деменкова, Світлана Дмитрівна
Встановлені норми і показники контролюємих параметрів технологічних процесів, представлення яких найчастіше забезпечується номінальним значенням з межево-припустимим відхиленням (довірчим інтервалом). Показано, що розділ контролю виробництва та керування процесу є одним з найважливіших частин технологічного регламенту. Окрема задача цього розділу суто метрологічна, що забезпечує підбір засобів вимірювання згідно вимог до перелічених вище показників та норм контролюємих параметрів. Відзначено, що найбільша складність такого підбору виникає при контролі технологічного параметру процесу із застосуванням вимірювального комплекту у складі первинного перетворювача, можливого проміжного перетворювача та вторинного приладу. При цьому згідно регламентованого стандарту визначення загальної похибки вимірювання за таких обставин здійснюється у передбачені, що найбільш ймовірним значенням параметру є лише один результат вимірювання, а складовими похибки результату вимірювання є абсолютні основна і додаткові (невиключені систематичні) похибки засобів вимірювання. Наведені рекомендації щодо обрання основної похибки, а саме у точці з номінальним або з тим межевим значенням, за якого похибка максимальна. Сформульована умова, за якої обрані засоби вимірювального комплекту з їх нормованими метрологічними характеристиками мають відповідати вимогам технологічного регламенту. На конкретних прикладах досліджено ефективність різних методів підвищення точності вимірювань деяких технологічних параметрів, включаючи розрахунок коефіцієнта ефективності їх застосування. Це включає аналіз впливу як основних, так і додаткових похибок, що виникають під час вимірювань. Похибки розраховувалися на основі даних, наведених у нормативно-технічній документації на відповідні прилади, що дозволило точно оцінити їх вплив на загальну точність вимірювань. Доведено, що найбільша ефективність у підвищенні точності вимірювання технологічного параметра забезпечується за рахунок збільшення точності вимірювання первинного перетворювача або зниження його діапазону вимірювання.
Дослідження щільності ввкм та її вплив на електричний об'ємний питомий опір
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Гурін, І. В.; Невлюдов, Ігор Шакірович; Овчаренко, В. Є.; Токарєва, О. В.
В статті досліджено структуру та властивості вуглець-вуглецевих композитних матеріалів (ВВКМ), в яких вуглецева матриця формується методом осадження піролітичного вуглецю у пористому об'ємі вуглеволокністого каркаса з використанням термоградієнтних газофазних технологій піроущільнення. Представлено результати дослідження уявної щільності ВВКМ гідростатичними методами та її вплив на електричний об’ємний питомий опір матеріалу. У проведеному дослідженні встановлено, що електричний об'ємний питомий опір ВВКМ значною мірою залежить від ряду факторів, одним з яких є щільність матеріалу. Збільшення уявної щільності матеріалу призводить до зниження його пористості, що, в свою чергу, впливає на зменшення електричного опору. Підкреслено, що контроль щільності стає ключовим чинником для забезпечення оптимальних показників електропровідності вуглець-вуглецевих композитних матеріалів.Показано, що ущільнення ВВКМ значно покращує структуру заготовок і тиглів, підвищуючи їх фізичні та експлуатаційні характеристики. Це робить їх більш придатними для використання в умовах високих температур, агресивних середовищ, у виробництві термостійких компонентів та інших високотехнологічних областях. Повторне ущільнення ВВКМ виявило суттєвий вплив на якість матеріалу. Показано, що збільшення щільності після додаткового ущільнення призводить до зниження пористості, покращення механічних властивостей і зміни розподілу пор у матеріалі, що позитивно впливає на його пористість та міцність. Проведені стендові дослідження модельних зразків з ВВКМ показали, що збільшення уявної щільності матеріалу призводить до зниження його електричного опору. Для забезпечення контролю в промисловій практиці ефективним і доступним методом оцінки ступеня завершення кристалічних перетворень і визначення ступеня графітизації при високотемпературній обробці вуглецевих матеріалів рекомендовано порівняння електричного об’ємного питомого опору робочого зразка з еталонним. еслено важливість контролю параметрів щільності, пористості та електричного опору для оптимізації технологічних процесів і забезпечення високої якості кінцевих продуктів. Отриманні дані можуть бути корисними для застосувань у різних галузях промисловості.
Експериментальний стенд для дослідження локальних умов нестаціонарного теплообміну
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Селіхов, Юрій Анатолійович; Миронов, Антон Миколайович; Горбунов, Костянтин Олександрович; Рись, В. Г.
Сконструйований експериментальний стенд для дослідження локальних умов нестаціонарного теплообміну при охолодженні високотемпературної поверхні рідиною, що розпилюється: з форсунок різних модифікацій (спрейєрних у тому числі); водоповітряне; пароповітряне; пароводяне; перегрітою рідиною; води із різними концентраціями поверхнево-активних речовин. Аналіз наукових джерел визначив методику досліджень, яка дозволить виконувати дослідження впливу щільності зрошення, температури поверхні, ступеня недогріву рідини, її швидкості та кута натікання на поверхню з урахуванням можливості реалізації зміни визначальних факторів у діапазоні відповідних їх реальних значень у натурних об'єктах енергетики та металургії та завдання вибору методу ідентифікації граничних умов теплообміну. Дослідження інтенсивності теплообміну функції недогріву розпиленої рідини – води з різними концентраціями поверхнево-активних речовин при різних локальних щільностях зрошення і температурах поверхні в наукових публікаціях ми не зустріли. Тому ці дослідження, а також розробка ефективних систем охолодження або визначення теплового стану об'єктів за різних зовнішніх впливів для нас є головними. Для здійснення наміченої нами програми дослідження, крім розробки методики ідентифікації граничних умов теплообміну, виявилося необхідним вирішити низку спеціальних завдань, пов'язаних із визначенням режимних параметрів середовища. До таких належать локальна щільність зрошення і швидкість диспергованого середовища біля поверхні термозонда. Для надійного визначення локальної щільності зрошення, а також визначення дисперсного складу крапель повинен бути використаний лічильно-імпульсний метод, який одержав можливість практичної реалізації в нашій країні. Для визначення локальних умов нестаціонарного теплообміну нами розроблено схему вимірювання ЕРС термоприймачів, встановлених у тілі стрижня термозонда, а також підібрати швидкодіюче цифрове записувальне обладнання. Вирішення зворотного завдання теплопровідності дозволить встановити ступінь впливу практично всіх факторів, зазначених як визначальні.
Залежність якісних показників екструдату від характеристик сировини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Станкевич, С. В.; Омельченко, С. Б.; Котляр, Олексій Віталійович; Бакіров, Мюшфік Панах огли; Жулінська, О. В.; Аштаєва, Н. Л.
Розглянуто шлях вирішення проблеми корегування технологічних показників, зокрема пористості та вмісту вологи в екструдованих білково-жирових системах на основі шротів соєвого, ріпакового, конопляного та крупи кукурудзяної. Особливість роботи полягає у обґрунтуванні раціонального співвідношення вмісту вологи і ліпідів в сировинних компонентах екструдату, що є важливим аспектом раціоналізації складу та покращення текстури інноваційних екструдованих продуктів на базі вказаної сировини. Об’єктом дослідження є технологічні показники, зокрема пористість і вологість екструдованої білково-жирової системи в залежності від вмісту вологи і ліпідів в сировинних компонентах. Встановлено раціональне співвідношення вмісту вологи (10,5…12,5 %) і ліпідів (3,5…5,0 %) в сировині для екструдованої білково-жирової системи. Порівняно фізико-хімічні та технологічні показники екструдованої білково-жирової системи розробленого складу з тими ж показниками існуючого аналогічного продукту (пластівцями екструдованими мультизлаковими). Показники складу розробленого екструдату відповідають показникам продукту порівняння за вмістом ліпідів (4,4 % проти 4,6 %), вологи та летких речовин (8,5 % проти 9,1 %). Показники розробленого екструдату перевищують показники продукту порівняння за вмістом сирого протеїну (29,0 % проти 8,2 %) і пористості (130 % проти 105 %). Вміст клітковини в розробленому продукті є нижчим за продукт порівняння (14,2 % проти 56,1 %). Отримані дані пояснюються тим, що використано комплекс складових, частина з яких є відходами виробництва, з обґрунтованим вмістом вологи та ліпідів, що вплинуло на позитивні технологічні характеристики екструдату. Прикладним аспектом використання даного наукового результату є можливість раціоналізації процесу екструдування шротів олійних культур для досягнення бажаної текстури, пористості та стабільності ліпідної компоненти продукту.
Методика експериментального дослідження локальних умов нестаціонарного теплообміну
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Селіхов, Юрій Анатолійович; Горбунов, Костянтин Олександрович; Школьнікова, Тетяна Василівна; Пільник, І. В.
Поставлене завдання дослідження умов теплообміну розпиленої рідини – води з різними концентраціями поверхнево-активних речовин із високотемпературною поверхнею визначило низку завдань, які необхідно вирішити. Два завдання: розробка засобів експериментального дослідження нестаціонарних локальних умов теплообміну високотемпературної поверхні з розпиленою рідиною з урахуванням можливості реалізації зміни рівня визначальних факторів у діапазоні відповідних їх реальних значень у натурних об'єктах енергетики та металургії та завдання вибору методу ідентифікації граничних умов теплообміну на наш погляд є головними. Аналіз наукових публікацій та наші власні дослідження дозволили встановити, що центральним фактором, що впливає на локальні умови теплообміну, є локальна щільність зрошення, яка стала б одним із факторів для розробки ефективних систем охолодження, або для визначення теплового стану об'єкта при різних зовнішніх впливах. Наступним завданням дослідження є дослідження інтенсивності теплообміну в функції недогріву розпиленої рідини - води з різними концентраціями поверхнево-активних речовин при різних локальних щільностях зрошення і температурах поверхні. Оскільки ми розглядаємо багатофакторну задачу, то сучасні вимоги теорії планування експерименту дали можливість розробити методику експериментального дослідження локальних умов нестаціонарного теплообміну, що дозволить нам провести дослідження граничних умов теплообміну в функції взаємопов'язаного впливу щільності зрошення, температури поверхні, швидкості і кута натікання розпиленої рідини на поверхню. Розроблена методика проведення вимірювань дозволить нам отримати достовірні результати досліджень. Вирішення зворотного завдання теплопровідності дозволить встановити ступінь впливу практично всіх факторів, зазначених як визначальні. Очевидно, що при цьому вивчення граничних умов теплообміну функції швидкості руху високотемпературної поверхні виливається у велике самостійне завдання.
Програма розрахунку процесу абсорбції у виробництві нітратної кислоти
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Пугановський, Олег Валентинович; Шутинський, Олексій Григорович
Сучасний технологічний процес є продуктом проєктування і моделювання. Перевірка теорій і технічних рішень може бути проведена не на діючому обладнані а на математичних моделях, шляхом розрахунків. Це підвищує безпеку дослідницької діяльності і прискорює процес проєктування. Для великих дослідних закладів і виробників доцільним є використання спеціалізованого програмного забезпечення, такого як MatLab, ASPEN або SimSci. Такі середовища мають велику кількість бібліотек та додатків, що роблять їх мультифункціональними. При цьому переважна більшість користувачів використовує тільки невелику кількість вузько спеціалізованих функцій, що відповідають напрямку їх діяльності. Володіння навичками створення програм стало невід’ємною частиною сучасної освіти. Створення програм розрахунку за математичними моделями не є складним завданням для науковців. Стрімкий розвиток мов і технологій програмування дозволяє обирати найбільш прийнятні способи створення програм. C# за оцінками експертів багато років входить у топ-5 популярних мов програмування. Використання цієї мови тісно пов’язане з технологією .NET, що призначена для створення кросплатформових додатків. Корпорація Microsoft надає можливість безкоштовного використання свого продукту MS Visual Studio, що включає в себе також і C#. У статті описано програму, що створена для використання при дослідженні роботи абсорбційної колони для поглинання оксидів нітрогену у виробництві нітратної кислоти. При розробці програми використано стандартний алгоритм розрахунку, за яким розраховувались промислові апарати, що діють в Україні. В алгоритмі також враховано останні відомості про вплив технологічних параметрів та фізико-хімічні процеси. Програма створена з мінімалістичним інтерфейсом та опціями уведення даних як з вікна програми так і з текстового файлу. Наведено результати розрахунку впливу додавання кисню на концентрацію оксидів нітрогену у скидному газі. Основне призначення програми – дослідження роботи колони як об’єкту автоматизації. Запропонована програма може бути доповнена новими опціями, такими як автоматичний розрахунок коефіцієнтів підсилення за вказаними каналами, пакетна обробка за даними з файлу та інше. Також програма може бути використана при навчанні студентів та при виконанні дослідних робіт.
Інтеграція теплообміну високотемпературної поверхні
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Селіхов, Юрій Анатолійович; Рищенко, Ігор Михайлович; Горбунов, Костянтин Олександрович; Нагорний, Е. Р.
Незважаючи на дискретний характер взаємодії крапель розпиленої рідини з високотемпературною поверхнею, неминуче утворення плівки рідини призводить до того, що основні якісні закономірності теплообміну, що маємо при цьому, виявляються характерними для відомого процесу теплообміну при кипінні. Разом з тим, наявність великих теоретичних та експериментальних досліджень «кипіння у великому обсязі» та процесу генерування пари в каналах не дозволяє встановити умови теплообміну при термічній взаємодії диспергованої рідини - води з різними концентраціями поверхнево-активних речовин з високотемпературною поверхнею. У науковій літературі ми не знайшли матеріалів про цей процес. При цілій низці особливостей, загальних з вищезазначеними двома випадками теплообміну (наявність криз кипіння, плівкового та бульбашкового режимів і т.д.), охолодження високотемпературної поверхні краплинним середовищем, що має у своєму складі різні концентрації поверхнево-активних речовин, має суттєві відмінні риси, зумовлені особливостями гідродинаміки процесу, що є предметом подальшого вивчення. Для повного дослідження вищезазначеної задачі необхідно виконати таке: 1. Розробити методику експериментального дослідження локальних умов нестаціонарного теплообміну розпорошеної рідини - води з різними концентраціями поверхнево-активних речовин. 2. Потрібно розробити та виготовити експериментальний стенд, на якому будуть виконуватись дослідження впливу щільності зрошення, температури поверхні, ступеня недогріву рідини, її швидкості та кута натікання на поверхню. 3. Розробити математичну модель для розрахунків: теплових потоків, коефіцієнтів тепловіддачі, динаміку гідравлічних способів диспергування рідини - води з різними концентраціями поверхнево-активних речовин, критичних теплових потоків та температур поверхні в області переходу від плівкового до бульбашкового режиму кипіння до функцій визначальних факторів. 4. Встановити самостійний вплив ступеня нестаціонарності процесу на умови теплообміну.