Наукові праці Вінницького національного технічного університету

ПРОГРАМНЕ ВИЗНАЧЕННЯ СТАНУ ЕЛЕКТРОТЕРМІЧНОГО ПРИСТРОЮ ДЛЯ СИНТЕЗУ МІКРО- ТА НАНОСТРУКТУРНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

2018-08-06T19:47:27+03:00

Програмно-апаратні комплекси для синтезу мікро- та наноструктурних композиційних матеріалів в частині керування енерговиділенням електротермічних пристроїв відносяться до техніки керування і регулювання температури з використанням електричних засобів. Актуальність забезпечення оперативності комп’ютерних діагностики стану і керування енерговиділенням електротермічних пристроїв програмно-апаратних дослідницьких комплексів в різних енергетичних умовах призводить до необхідності визначення сукупності параметрів, які б вичерпно характеризували миттєвий стан електротермічного пристрою в довільний момент часу, а також сукупності комфортно комп’ютерно вимірюваних інформативних факторів для плинного розрахунку на їх основі визначених параметрів. Відношення миттєвого значення термозалежного опору електронагрівача до внутрішнього опору джерела живлення визнано визначальним параметром щодо формування діапазону досяжних величин енерговиділення і, як наслідок, діапазону досяжних температур. Запропоновано для характеристики стану електронагрівача користуватись сукупністю миттєвих значень його відносних теплової потужності і опору. Сукупність миттєвих значень двох параметрів – електричних напруг на термозалежному опорі електронагрівача і на послідовному його з’єднанні з термостабілізованим (еталонним) опором виділена в якості комфортно комп’ютерно реєструємих інформативних факторів для подальшого програмного визначення з них стану електронагрівача. Встановлено можливість і запропоновано спосіб програмного визначення стану електронагрівача виключно на основі комп’ютерного керування ЕРС джерела живлення і реєстрації в послідовні моменти часу одночасно виміряних напруг на термозалежному опорі електронагрівача і на послідовному його з’єднанні з термостабілізованим опором.

ТЕКТОЛОГІЯ ДИНАМІЧНИХ СИСТЕМ І ЯВИЩЕ ГІПЕРСИЛОВОЇ ВЗАЄМОДІЇ У СТРУКТУРНИХ РІВНЯННЯХ УЗАГАЛЬНЕНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА

2018-08-06T20:30:06+03:00

У роботі представлено ряд розв'язків важливих і пов’язаних поміж собою теоретичних задач, які мають як спеціально-технічне, так і загальноприродниче значення. В своїй сукупності та взаємодії вони закладають теоретичний базис для формування і розвитку в класичній електротехніці окремого наукового напрямку, істотними ознаками якого є побудова узагальнених щодо числа ступенів вільності континуальних у часі однорідних або змішаних за своєю природою динамічних систем як суто електричного, так і суміщеного фізичного походження, а також їх структурний аналіз та формалізація на дедуктивній основі математичної і фізичної ідентифікації цих систем.

В контексті зазначеного, автором виявлено і розкрито сутність невідомого загальноприродничого явища гіперсилової (гіпервалентної) взаємодії між елементарними структурними ланками, яке спостерігається або може спостерігатися в динамічних системах із зосередженими параметрами довільної фізичної природи та складності під час їхнього руху в фазовому просторі під дією зовнішніх та внутрішніх сил. Показано та математично доведено, що в загальному випадку внутрішня силова взаємодія між структурними ланками динамічної системи є водночас багатовимірною і відповідає розмірностям підпросторів топологічного простору системи, які визначаються всіма комбінаторними сполученнями з числа n по числу k, де число k належить області 2 ≤ k ≤ n, а n є числом ступенів вільності цієї системи. В таких вкладених підпросторах наявні багатовимірні сили взаємодії довільної розмірності є незалежними одна до одної. Серед іншого, це спростовує панівну для більшості теорій і наукових систем парадигму щодо можливості виключно бінарного (k = 2) подання характеру силової взаємодії (і відповідно математичних відношень) між структурними елементами динамічних систем під час їх руху.

Урахування явища гіперсилової (гіпервалентної) взаємодії суттєвим чином розширює класи досліджуваних динамічних систем.

На прикладі електротехнічних систем зазначене дозволило за допомогою рівнянь Лагранжа-Максвела розв’язати ряд істотних декомпозиційних задач, які складають основу однієї з фундаментальних проблем теоретичної електротехніки (ТОЕ) – побудови узагальненого за числом ступенів вільності електричного кола.

Отримані результати, серед яких топологічна структурна схема узагальненого електричного кола та структурно визначена система диференціальних рівнянь його руху (структурні рівняння), на сьогодні мають найвищий ступінь узагальнення і дедуктивно охоплюють широкі класи електричних кіл та систем – як відомих, так і можливих.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГОЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗМІННИХ РЕЖИМІВ РОБОТИ СИСТЕМ ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ З КОГЕНЕРАЦІЙНО-ТЕПЛОНАСОСНИМИ УСТАНОВКАМИ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕПЛОТИ ПРОМИСЛОВИХ ТА ПРИРОДНИХ ДЖЕРЕЛ

2018-08-06T20:40:06+03:00

Приведено результати досліджень енергоекономічної ефективності змінних режимів роботи систем енергозабезпечення (СЕ) з піковими джерелами теплоти (ПДТ) та когенераційно-теплонасосними установками (КТНУ) з використанням теплоти промислових та природних джерел, що забезпечують обґрунтоване визначення енергоефективних та економічно ефективних режимів роботи СЕ з КТНУ та ПДТ з комбінованим сезонним використанням низькотемпературної теплоти промислових та природних джерел. Результати досліджень приведені на прикладі СЕ з КТНУ та ПДТ для теплової схеми котельні санаторію. Запропоновано застосувати енергоефективний та економічно доцільний варіант системи енергозабезпечення з КТНУ на основі парокомпресійних теплових насосів та газопоршневих двигунів-генераторів (ГПД) з метою покращення показників роботи теплової схеми котельні санаторію. В нашому дослідженні передбачено комбіноване сезонне використання в КТНУ теплоти відхідних газів котельні санаторію з використанням утилізаційного обладнання, а також природної теплоти поверхневих вод. Визначено, що за умови змінних режимів роботи СЕ з КТНУ та комбінованого сезонного використання в КТНУ теплоти промислових та природних джерел, найефективнішим за енергетичними, економічними та технічними показниками є варіант застосування СЕ з КТНУ в тепловій схемі котельні санаторію з утилізацією 50% теплової потужності відхідних газів котлів в утилізаційному обладнанні та КТНУ. У разі застосування цього варіанту СЕ з КТНУ та ПДТ будуть забезпечені енергоефективні та економічно обґрунтовані режими роботи вказаних СЕ з комбінованим сезонним використанням низькотемпературної теплоти промислових та природних джерел. Запропонований в цій статті підхід, щодо дослідження енергоекономічної ефективності змінних режимів роботи СЕ з ПДТ та КТНУ з використанням низькотемпературної теплоти промислових та природних джерел, дозволив забезпечити обґрунтоване визначення енергоефективних та економічно ефективних режимів роботи СЕ з КТНУ та ПДТ з комбінованим сезонним використанням низькотемпературної теплоти промислових та природних джерел.

ПОБУДОВА ГІС-ІНТЕГРОВАНОЇ СИСТЕМИ ДАНИХ ТА МОДЕЛЕЙ НА ОСНОВІ XML-ФОРМАЛІЗАЦІЇ ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ У РІЧКАХ

2018-08-06T20:51:00+03:00

Проведено аналіз відомих форматів формалізації математичних моделей та просторових форматів, які є актуальними для оброблення даних і моделювання процесів у річках: PMML, MathML, SBML, GML, WaterML, за системою критеріїв: кількість класів математичних моделей на прикладі задач моделювання процесів у річках; наявність репозиторіїв вже ідентифікованих моделей, інтегрування з мовами програмування; наявність специфічних тегів для роботи з просторовими даними; наявність середовищ для автоматизованої формалізації та імпорту/експорту XML-моделей. Запропоновано інтегральний критерій. Наведено приклади застосування цієї системи критеріїв для вибору оптимального XML-формату для збереження даних і моделей за різних ваг певних критеріїв та умов: якщо основним критерієм є наявність геоприв’язки, тоді оптимальною XML-мовою є WaterML, якщо – можливість формалізації будь-яких аналітичних моделей, особливо гідробіологічних, тоді – SBML, а якщо необхідною є автоматизація алгоритмів штучного інтелекту, тоді – PMML.

Охарактеризовано відомі технології збереження атрибутивних та просторових даних ГІС для їх автоматизованого оброблення: KML, Shapefile, GPX, GeoJSON, SXF, база геоданих ArcGIS, Spatialite (SQLite), MapInfo TAB format. Відзначено, що за критерієм кількості згадувань в документах зі словом «map», які знаходить пошукова система Google, найбільш популярними у світі є формати KML (22 млн.), GPX (20 млн.) та Shapefile (11,5 млн.).

Вперше запропоновано структуру ГІС-інтегрованої системи даних і моделей на основі XML-формалізації та проілюстровано її працездатність на прикладі прогнозування середньорічних витрат води для 50% забезпеченості за багаторічний період у басейні річки Дністер у середовищі KNIME Analytics Platform.

Отримані результати дозволяють забезпечити швидкість побудови, універсальність та широкий функціонал ГІС-інтегрованих систем баз даних і моделей.

ДОСЛІДЖЕННЯ ОСНОВНИХ ТЕХНІКО-ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК АЛЬТЕРНАТИВНИХ ВИДІВ ПАЛИВА ДЛЯ ДИЗЕЛЬНИХ ДВЗ

2018-08-06T21:00:26+03:00

На сьогодні в Україні та світі набувають поширення альтернативні види палива двигунів на основі спиртів, олій та тваринних жирів.

У зв’язку з цим ведуться інтенсивні роботи по переводу двигунів внутрішнього згоряння на біопаливо, як в країнах з обмеженими паливно-енергетичними ресурсами, так і в високорозвинених країнах, що мають можливість придбання рідких енергоносіїв.

В статті виконано аналіз основних видів альтернативного палива для дизельних ДВЗ, наведена їх характеристика, досліджено та здійснено оцінку основних фізико-хімічних показників найпоширеніших видів біодизельного палива і описані необхідні умови для їх застосування у ДВЗ.

За результатами дослідження цетанового числа рекомендовані для застосування у швидкохідних дизельних двигунах палива: RME B100 та SME B100. Однак, слід зазначити, що для палива SME B40 цетанове число становить 49,4 од. і є дуже близьким до стандартного значення, а тому його використання у якості палива не призведе до негативних наслідків для двигуна.

Згідно результатів дослідження нижчої теплоти згоряння стандарту відповідають біодизельне палива SME B20, а тому за цим показником рекомендоване для застосування у дизельних двигунах.

Густина біодизельних палив SME B20 та SME B40 відповідає ДСТУ 4840:2007, а отже вони рекомендовані для застосування у дизельних двигунах.

Показнику кінематичної в’язкості за ДСТУ 4840:2007 відповідають біодизельні палива SME B20 та SME B40.

За вмістом сірки біодизельні палива RME B100, SME B100, SME B20 та SME B40 відповідають показнику якості дизельних палив виду-ІІ для швидкохідних дизелів (ДСТУ 4840:2007).

Отже, досліджені біодизельні палива: RME B100, SME B100, SME B20 та SME B40; на основі ріпакової та соєвої олії за своїми властивостями, відповідають або дуже близькі до вимог ДСТУ 4840:2007.

Проте, SME B20 та SME B40 є найближчими до товарного дизельного палива, а тому їх використання на швидкохідному дизельному двигуні не вимагає змін у системі живлення, та забезпечить стабільну роботу двигуна і високі техніко-експлуатаційні показники.

ВПЛИВ НАКИПУ НА ВИТРАТУ ПАЛИВА ПАРОГЕНЕРАТОРНИМИ УСТАНОВКАМИ НАФТОГАЗОВОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО ТРАНСПОРТУ

2018-10-12T16:03:51+03:00

У статті розглядається питання впливу накипу на нагрівальних елементах пересувних парогенераторних установок (ППУ), які широко використовують у нафтогазовій промисловості для депарафінізації свердловин, трубопроводів, нафтогазового та іншого обладнання насиченою парою високого і низького тиску, а також для інших побутових та промислових потреб.

Оскільки експлуатація парогенераторних установок відбувається у польових умовах на далекій відстані від основних баз їх дислокації (зберігання і обліку), що призводить до вимушеного споживання фізично та хімічно непідготовленої живильної води. Зазвичай це підземні природні джерельні води, води з рік, озер, ставків та ін. Робота парогенераторних установок на непідготовленій воді призводить до утворення накипу, який спричиняє перевитрати палива і вихід з експлуатації котла парогенератора через прогорання змійовика. Однак, навіть під час роботи на підготовленій живильній воді на стінках змійовика утворюється накип, який знижує ефективність його роботи і вимагає періодичного знімання за допомогою кислотної обробки через 48 – 72 години роботи установок.

Експлуатаційники, часто самі створюють умови до утворення товстих шарів накипу та значних перевитрат палива на отримання необхідної кількості пари, в порівнянні з нормативними даними регламентованими інструкціями з технічної експлуатації установок.

У статті проведений аналіз впливу товщини шару накипу на теплові втрати котла ППУ та на вплив шару накипу на перевитрату палива пересувною парогенераторною установкою. Отримано математичну залежність перевитрати палива від товщини шару накипу. Було показано, що виникнення накипу спричиняє не тільки економічні але і екологічні проблеми.

З метою усунення негативного впливу накипу на роботу ППУ було запропоновано конструкцію очисного елементу.

Застосування запропонованого пристрою дозволить зекономити до 10,5 % палива (приблизно 121,5 кг/год.). Враховуючи роздрібну вартість дизельного палива 27 грн./л можливо отримати економію 3280,5 грн. за годину роботи однієї парогенераторної установки.

Таким чином, розглянута у статті проблема є досить актуальною для підприємств нафтогазової галузі.

ПРОБЛЕМА ОБВОДНЕННЯ СВЕРДЛОВИН НЕДІЛЬНОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО РОДОВИЩА ТА ШЛЯХИ ЇЇ РОЗВ’ЯЗАННЯ

2018-08-06T20:01:47+03:00

У процесі розробки Недільного газоконденсатного родовища спостерігається обводнення продуктивного горизонту М-4, що негативно впливає на досягнення максимального коефіцієнта вилучення вуглеводнів. Фахівцями Юліївського цеху з видобутку нафти, газу і конденсату проведено дослідження свердловини 3. За результатами досліджень вибрано режим експлуатації свердловини, що передбачав періодичний відбір газу. У подальшому під час експлуатації свердловина зупинилася. Для відновлення її експлуатації проводили освоєння, а відтак пускали в експлуатацію. Через зростання водного фактору експлуатація свердловини була нетривалою.

Для вирішення проблеми обводнення свердловини 3 були виконані роботи з селективної водоізоляції за технологією, розробленою Українським науково-дослідним інститутом природних газів. Сутність цієї технології полягає в утворенні в пластових умовах непроникного шару з блокувального матеріалу, що забезпечує ізоляцію припливу пластової води. Так, фахівцями інституту складено план робіт, який передбачав виконання робіт у чотири етапи, зокрема, подавання піни у внутрішню порожнину ліфтових труб для промивки від піску, закачування блокувального розчину, закачування хімічних реагентів та дослідження свердловини. За результатом виконаних водоізоляційних робіт, отримано зменшення вмісту пластової води у продукції свердловини. Проведено індивідуальний замір параметрів експлуатації свердловини. Таким чином, виконання водоізоляційних робіт дозволило відновити її експлуатацію. Запропоновано технологічний режим експлуатації свердловини, обмежений за рахунок установлення шайби на усті. З метою запобігання передчасного обводнення продуктивних горизонтів важливим заходом є вибір і дотримання оптимального технологічного режиму експлуатації свердловин. За умови зростання водного фактора необхідно провести геофізичні дослідження з метою встановлення джерела надходження води у свердловину.

МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНІ ВИМІРЮВАННЯ ПІГМЕНТНИХ ПАРАМЕТРІВ ФІТОПЛАНКТОНУ У ВОДНИХ СЕРЕДОВИЩАХ

2018-08-06T20:10:52+03:00

Підвищення точності опосередкованих вимірювань пігментних параметрів фітопланктону у природних водних середовищах необхідно для задач екологічного моніторингу водних об’єктів, їх екотоксикологічного контролю, а також багатопараметричного контролю якості води. Використовуючи методику математичного моделювання розсіювання світла у малокутовому наближенні у багатошарових неоднорідних середовищах, розв’язано пряму задачу визначення спектральних характеристик природних водних середовищ при зміні пігментних параметрів фітопланктону. У роботі досліджено процес опосередкованого вимірювання пігментних параметрів фітопланктону у водних середовищах мультиспектральним методом та отримано регресійні рівняння, що дозволяють визначити співвідношення між хлорофілом a та загальним хлорофілом, а також співвідношення між каротиноїдами та загальним хлорофілом. Для цього використано процедуру множинної регресії з покроковим включенням незалежних змінних. Здійснено аналіз методичних та інструментальних похибок вимірювань пігментних параметрів фітопланктону у водних середовищах під час використання у мультиспектральному засобі екологічного вимірювального контролю у якості джерела випромінювання світлодіодів, лазерних діодів та монохроматора. Обрано оптимальні варіанти реалізації засобів мультиспектрального екологічного контролю пігментних параметрів фітопланктону водних середовищ в залежності від вартості їх реалізації та загальної похибки вимірювання. Під час вимірювання співвідношення між хлорофілом a та загальним хлорофілом фітопланктону у водному середовищі найменшу загальну похибку 0,381% отримано для 6-ти канального засобу мультиспектрального вимірювального контролю з шириною спектрального діапазону у кожному каналі 20 нм. Під час вимірювання співвідношення між каротиноїдами та загальним хлорофілом фітопланктону у водному середовищі оптимальним варіантом реалізації засобу мультиспектрального екологічного контролю обрано 5-ти канальний засіб з шириною спектрального діапазону у кожному каналі 20 нм, що дозволяє отримати загальну похибка вимірювань не більше 0,486%.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИДАЛЕННЯ ІОНІВ ФЕРУМУ ВИЩИМИ ВОДНИМИ РОСЛИНАМИ

2018-08-06T20:23:55+03:00

Під час аеробного біологічного очищення стічних вод картонно-паперової фабрики не забезпечується належне їх очищення від іонів феруму до показників ГДК. Традиційні фізико-хімічні технології пов’язані з використанням дороговартісних невідновних сорбентів, які після очищення утворюють осад, що важко утилізується або не піддається переробці. Перспективною альтернативою є використання вищих водних рослин, зокрема, Ряски малої (Lemna minor). У сучасних роботах з дослідження процесів вилучення іонів заліза, високий ступінь його вилучення досягається лише через 4 – 5 діб і складає 80±5%. Актуальним є завдання скорочення тривалості процесу очищення.

Метою цієї роботи є встановлення раціональних параметрів біологічного очищення стічних води картонно-паперової фабрики під час використання методу активного мулу (ХСК, тривалість контакту) та дослідження динаміки видалення іонів феруму в процесі асиміляції ряскою малою (за тривалістю контакту та густиною посадки).

Дослідження проводились на стічних водах, зразки яких були відібрані у очисних спорудах картонно-паперової фабрики після первинних відстійників. Активний мул з станції аерації було використано для аеробного очищення стічних вод. Фізичне моделювання проведено в умовах лабораторної установки SBR-реактора. Видалення феруму здійснювалось з використанням ряски малої в процесі доочищення стічних вод. Дослідження динаміки видалення іонів заліза були продовжені з використанням модельних розчинів на основі дистильованої води з внесенням сульфату феруму.

Отримані результати демонструють збільшення ефекту видалення іонів феруму при зростанні щільності посадки рослин. Найвища ефективність упродовж першої доби експерименту у 88,5% отримана за щільності посадки близько 5,8 г/дм², тоді як найменша, – у 49% при щільності посадки близько 2,9 г/дм². Під час порівняння ефективності очищення стічних вод і модельних розчинів не виявлено суттєвої різниці, отже, присутність забруднень, які зумовлюють показник ХСК в цих умовах не має явно вираженого впливу на процес видалення іонів феруму. Збільшення щільності посадки ряскових суттєво впливає на інтенсивність процесу та може бути використане як механізм скорочення тривалості видалення іонів феруму з води.