Статті в журналах з теми "Теплова схема ТЕЦ"

Теплову енергію широко використовують у промисловості та житлово-комунальному господарстві України. Налагодження точного обліку теплової енергії (ТЕ) є необхідним для її ефективного та економного використання, а також дає змогу виявити недоліки теплогенерувальних об'єктів і теплових мереж та усунути їх. Виконано аналіз стану приладового обліку кількості теплової енергії та нормативного забезпечення систем вимірювання кількості ТЕ. Встановлено, що чинні нормативні документи не містять методики визначення кількості ТЕ для всіх існуючих конфігурацій систем обліку ТЕ, а також методики оцінювання похибки (невизначеності результату вимірювання) кількості ТЕ. Розроблення таких методик є вкрай необхідним. Виконано класифікацію систем теплопостачання, що дає змогу проаналізувати можливі схеми систем вимірювання кількості. Розглянуто рівняння для визначення кількості теплової енергії для типових схем систем обліку на джерелах ТЕ та у схемах теплопостачання споживачів. Встановлено, що у відомих нормативних документах не враховано всі особливості структури систем теплопостачання споживачів, тому необхідним є подальший аналіз схем теплопостачання споживачів та уточнення рівнянь для обчислення кількості ТЕ у таких системах. Сформульовано недоліки основних нормативних документів та невирішені завдання обліку ТЕ і визначено напрями досліджень для удосконалення нормативної бази обліку ТЕ.

Проведено оцінку ефективності комбінованого використання низькопотенційної теплоти ґрунту та атмосферного повітря для роботи установки теплонасосного теплопостачання. Проведено аналіз основних положень нормативних документів ЄС та законодавчих актів України в частині віднесення теплових насосів до обладнання, яке використовує відновлювані джерела енергії та вибору критерію такого віднесення. Розглянуто мінімально допустиме значення середнього розрахункового сезонного коефіцієнту корисної дії. Проаналізовано вплив тривалості температур повітря різних градацій на теплопродуктивність теплового насосу та визначено часові інтервали ефективної роботи кожного з низькопотенційних джерел. Для підвищення ефективності роботи двоконтурної теплонасосної системи запропоновано схему вилучення низькопотенційної теплоти з використанням ґрунтової теплової труби і повітряного теплообмінника на базі двофазного гравітаційного термосифону. Розглянуто вихідні дані та припущення для оцінки теплового потенціалу верхніх шарів Землі, який може використовуватись для геотермального теплопостачання з застосуванням теплових насосів. Виконано порівняння енергетичних характеристик геотермального і повітряного теплового насосу при їх автономної і комбінованої роботи протягом року в кліматичних умовах міста Києва і показано, що комбіноване використання низькопотенційної теплоти атмосферного повітря і ґрунту дозволяє в 1,2 рази збільшити річну теплопродуктивність теплонасосної системи. На підставі проведених досліджень встановлено, що перевагою повітря, як теплоносія, є те, що повітряні теплові насоси можуть працювати практично повсюди і не вимагають облаштування низькотемпературного контуру. Перспективним способом підвищення ефективності теплового насоса при річному циклі його роботи є комбіноване використання низькопотенційної теплоти ґрунту та повітря. Теплонасосна система з двома джерелами енергії забезпечує високу теплопродуктивність теплового насоса протягом всього року і має більш високий показник енергетичної ефективності у порівнянні з традиційними рішеннями. Бібл.11, табл.2, рис.4.

Бурхливий розвиток світового морського флоту, визначило його якісна зміна, збільшивши його загальну енергоємність, підвищило потужності головної енергетичної установки, суднової електростанції. Параметри суднових двигунів внутрішнього згоряння СДВЗ постійно підвищуються, що веде до збільшення параметрів утилізованого тепла. Разом з тим, обсяги низькотемпературного тепла (також його називають викидними теплом), теж збільшуються, надаючи певні можливості в його використанні. У передових наукових розробках дані конкретні розрахунки використання утилізованого тепла, яке може скласти до 10% потужності головної енергетичної установки. Сам процес утилізації тепла на сучасних судах останнім часом отримав свій розвиток в використанні енергії відпрацьованих газів головного двигуна в утиль-котлах для роботи допоміжного паротурбогенератору, і на пряму після турбіни наддуву двигуна він утилізується в турбогенераторі відпрацьованих газів. Ідея спрямована на використання низькотемпературного тепла в ГПТ на морських судах. Проаналізувавши наукові публікації вітчизняних і зарубіжних авторів, включаючи останні розробки та теплові схеми світових лідерів виробляють суднове енергетичне обладнання, за основу взято обладнання Mitsubishi Heavy Industries, Ltd (MHI).

Актуальность. Парогазовые установки рассматриваются как одно из перспективных направлений развития теплоэнергетических установок, работающих на природном газе. Интерес к их внедрению в России объясняется большими запасами природного газа, низкими капиталовложениями и минимальными выбросами вредных веществ в окружающую среду. Из термодинамики известно, что для достижения высокого КПД цикла необходимо иметь высокую температуру подвода теплоты и низкую температуру ее отвода, а также обеспечить работу оборудования с минимальными внутренними потерями и иметь рациональную тепловую схему взаимосвязи оборудования в цикле. На современном этапе максимальная температура подвода теплоты в камере сгорания газотурбинной установки при существующих конструкционных материалах и способах охлаждения элементов турбины достигла 1600 °С, а температура отвода теплоты в конденсаторе при работе цикла Ренкина на воде по условиям экономичности не может быть ниже 15 °С. При этих условиях на наиболее совершенных трехконтурных парогазовых установках с промежуточным перегревом пара достигнут электрический КПД 63 %. Для цикла Ренкина при работе на воде температура конденсации пара по условию замерзания должна быть выше 0 °С. Для парогазовой установки при работе в условиях низких среднегодовых температур окружающей среды, что характерно для России и особенно отдаленных северных районов добычи газа, можно отводить теплоту в цикле Ренкина значительно ниже 0 °С, но это надежно можно выполнить только применяя конденсаторы с воздушным охлаждением, если в качестве рабочего тела в цикле Ренкина использовать органическое рабочее тело. Недостатком современных органических рабочих тел является низкая предельная температура их термического разложения, которая составляет 300…400 °С. Объект: парогазовые установки с циклами на трех рабочих телах, где верхний цикл Брайтона работает на продуктах сгорания природного газа, средний – цикл Ренкина – работает на воде и водяном паре в интервале температур 100…650 °С, а нижний – Органический цикл Ренкина – работает на органических рабочих телах в интервале температур –30…250 °С. Цель: выбор рациональной технологической схемы парогазовой установки c применением циклов на трех рабочих телах и воздушного конденсатора для возможности надежного отвода теплоты от органического рабочего тела при температуре ниже 0 °С и определение оптимальных параметров циклов. Методы. Сложные теплоэнергетические системы, включая парогазовые установки, характеризуются многообразием процессов, протекающих в их элементах. Такие установки можно эффективно исследовать только с помощью методов математического моделирования и оптимизации. При проведении исследований в данной работе использован системный подход, методы энергетических балансов и расчет термодинамических и теплофизических параметров рабочих тел с помощью современных сертифицированных программ. Результаты. Разработана оригинальная схема парогазовой установки утилизационного типа с циклами на трех рабочих телах, где верхний цикл Брайтона работает на продуктах сгорания природного газа, средний цикл Ренкина работает на воде и водяном паре, нижний – Органический цикл Ренкина – работает на органическом рабочем теле с конденсацией его в воздушном конденсаторе. Разработана математическая модель и программа расчета предложенной схемы. Определено наиболее эффективное органическое рабочее тело для нижнего цикла Ренкина. Проведен параметрический анализ влияния основных параметров циклов на КПД брутто и нетто парогазовой установки.

Особенностью современного этапа развития энергетики РФ является увеличение физически изношенного оборудования на тепловых электростанциях, наращивание электрических мощностей в европейской части страны атомных электростанций, работающих преимущественно в базовой части суточного электрического графика. В этих условиях станции на органическом топливе вынуждены работать в переменной части электрического графика, что приводит к ухудшению показателей тепловой экономичности и удорожанию вырабатываемой энергии. В статье рассматривается эффективность замены паротурбинного оборудования ТЭЦ на газотурбинное, обладающего высокими маневренными характеристиками В качестве основного оборудования была выбрана отечественная газотурбинная установка ГТЭ-65. Для расчета термодинамических и экономических показателей ТЭЦ-ГТУ, при работе по электрическому графику нагрузок, была разработана и составлена математическая модель, а также блок-схема алгоритма расчета характеристик и показателей эффективности станции для двух вариантов: при глубокой разгрузке ГТУ в ночной период и при остановке ГТУ в ночное время. В результате расчетов было установлено, что наибольший экономический эффект достигается при эксплуатации ГТУ без останова в ночной период.

Здійснено аналіз варіантів, зокрема з урахуванням досвіду технічного переоснащення енергоблоку ст. № 4, виконано передпроектні розрахунки технологічних схем для системи приготування пилу, подачі пилу в котел та спалювання в котлі ТПП-210А блоку ст. № 3 Трипільської ТЕС вугілля марок Г та ДГ з максимальним збереженням компоновки наявного обладнання за різних навантажень, пусків і зупинів, оцінено досяжний діапазон потужності блоку під час роботи на вугіллі марок Г та ДГ та обґрунтовано сукупність технічних рішень для переведення котла ст. № 3 на газове вугілля. Виконано позонний тепловий розрахунок топки за визначеними варіантами за різних навантажень. Проведено розрахункову оцінку діапазону навантаження для забезпечення умов РШВ, запобігання шлакуванню ширм та збереження наявних температурних умов експлуатації стінок НРЧ під час спалювання газового вугілля різної якості. Виконано повіркові теплові розрахунки котла ТПП-210А ст. № 3 згідно з Нормативним методом з використанням довідкових даних для визначення можливості несення котлом номінального та часткових навантажень. Загалом було виконано 9 варіантів розрахунків (на антрациті з калорійністю 5500 ккал/кг на номінальному навантаженні – для верифікації застосованого методу та вихідних даних щодо котла; на двох розрахункових паливах на навантаженнях 100, 90, 80 та 70 % від номінального). Для розрахунку використовували фактичні значення присмоктів у топку, елементи конвективної шахти та РПП. Підтверджено можливість та доцільність реалізації схеми зі скиданням відпрацьованого сушильного агенту до скидних пальників як витратно-швидкісними розрахунками пилосистем і пальників, так і повірковими позонними розрахунками топки для обох видів розрахункового вугілля на навантаженнях від 100 до 70 % від номінального. Показано, що температура газів та питоме теплове навантаження променесприймальної поверхні у всіх зонах топки під час спалювання газового вугілля не перевищують ті, що реалізуються під час спалювання антрациту, що свідчить про непогіршення наявних (як під час спалювання антрациту) температурних умов експлуатації стінок НРЧ під час спалювання газового вугілля у всіх зонах топки.

У наш час дефіцит енергії і охорона навколишнього середовища змушують господарників і проектувальників систем кондиціювання до пошуку інших, непарокомпресійних джерел холодопостачання. В статті запропонована система кондиціювання повітря, яка використовує природну нерівноважність атмосферного повітря – психрометричну різницю температур. Проаналізовані процеси прямого та непрямого випарного охолодження повітря стосовно досягнення комфортної зони. На h,d- діаграмі показано, що в результаті прямого випарного охолодження можна досягти області комфорту. Відмічено, що визначальний вплив на ефективність процесу випарного охолодження має вологовміст повітря на вході в апарат. В регіонах, де він високий, вирішальну роль відіграє попереднє осушення повітря. Запропонована альтернативна установка кондиціювання повітря на основі випарного охолодження і попереднього осушення повітря, завдяки чому збільшується психрометрична різниця температур повітря та стає можливим вийти в комфортну зону без застосування парокомпресійного холодильного циклу. Осушення повітря відбувається в абсорбері розчином бромістого літію, для регенерації якого використовується тепло, що виробляється сонячними колекторами. З огляду на те, що в процесі абсорбції температура абсорбенту зростає, в схемі передбачено відведення теплоти абсорбції водою, попередньо охолодженою в градирні. Поставлено задачу досягти після установки стану повітря, близького до температури точки роси, збільшивши таким чином її холодопродуктивність. При цьому слід забезпечити зменшення габаритів установки та витрат енергії на переміщення контактуючих потоків повітря, води та розчину абсорбенту. Всі тепломасообмінні апарати в установці виконані за поперечною схемою на основі регулярної насадки. Такий підхід дозволив мінімізувати аеродинамічний опір апаратів та їх габарити. Розроблена схема сонячної системи кондиціювання повітря (ССКП) запропонована для кондиціювання одного із супермаркетів

Проблема и цель. Целью проводимых исследований является теоретическое обоснование и практическая реализация технологии производства воска на пасеках. Объект исследования: агрегаты для вытопки воска, включающие парогенератор для выработки перегретого пара и паровую рамочную воскотопку. Необходимость проводимых исследований вызвана дефицитом воска на внутреннем рынке Российской Федерации, а также малой производительностью и эффективностью выпускаемых промышленностью агрегатов для вытопки воска. Сложившаяся ситуация требует разработки усовершенствованной технологии получения пасечного воска с минимальными затратами. Методология. Для достижения цели исследования и ответа на поставленные вопросы был сделан анализ литературы и проведены теоретические исследования. В статье представлена конструктивно-технологическая схема установок для вытопки воска. Была составлена схема теплового баланса с наглядным распределением потерь тепла при работе исследуемых агрегатов. Теоретический анализ потерь тепла при вытопке воска производился с использованием известных законов и формул теории теплообмена, а также с учётом накопленного опыта учёными Рязанского ГАТУ им. П.А. Костычева, занимавшимися исследованиями работы агрегатов для вытопки воска. Результаты. Была получена методика расчёта теплового баланса агрегатов для вытопки воска с использованием основных законов теплообмена и даны формулы для определения количества теплоты, требуемой для вытопки воска. Приведены формулы для расчёта термического КПД установок и тепловой мощности парогенератора. Намечены пути дальнейшей модернизации агрегатов для вытопки воска. Заключение. Проведённые теоретические исследования показали, что тепловая мощность парогенератора зависит от ряда факторов: затрат тепла на разогрев воскосырья, рамок, воды; от размеров и свойств материалов парогенератора и воскотопки. Дальнейшим этапом повышения эффективности работы агрегатов может стать подбор и установка теплоизоляционных материалов, что позволит сократить потери тепла в окружающую среду и, тем самым, повысить термический КПД агрегатов для вытопки воска. Problem and goal. The purpose of the research is the theoretical justifcation and practical implementation of the technology of wax production in apiaries. Object of research: units for melting wax, including a steam generator for generating superheated steam and a steam frame wax burner. The need for research is caused by the shortage of wax in the domestic market of the Russian Federation, as well as the low productivity and efciency of industrial units for melting wax. The current situation requires the development of an improved technology for obtaining beeswax with minimal costs. Methodology. To achieve the goal of the study and answer the questions posed, an analysis of the literature was made and theoretical studies were conducted. The article presents a design and technological scheme of installations for wax melting. A diagram of the heat balance was drawn up with a visual distribution of heat losses during the operation of the studied units. The theoretical analysis of heat loss during wax melting was carried out using the well-known laws and formulas of the theory of heat transfer, as well as taking into account the accumulated experience of scientists from the Ryazan State Agrotechnological University named after I. P.A. Kostychev, who researched the operation of units for melting wax. Results. A method was obtained for calculating the thermal balance of wax heating units using the basic laws of heat transfer and formulas were given for determining the amount of heat required for wax heating. Formulas for calculating the thermal efciency of plants and the thermal power of the steam generator are given. The ways of further modernization of the units for melting wax are outlined. Conclusion. The theoretical studies have shown that the heat capacity of the steam generator depends on a number of factors: the cost of heat to warm up vascolare the water, from the size and properties of materials generator and extractors. A further step in improving the efciency of the units can be the selection and installation of thermal insulation materials, which will reduce heat loss to the environment and, thereby, increase the thermal efciency of the units for melting wax.

В работе рассмотрены особенности эксплуатации автомобилей при низких температурах окружающего воздуха, а также существующие способы и средства тепловой подготовки их агрегатов. Если вопросы тепловой подготовки и поддержания рационального температурного режима двигателей внутреннего сгорания автомобилей в значительной степени решены, то для агрегатов их трансмиссий они требуют дальнейшего развития. Проанализировано применение тепловых аккумуляторов для тепловой подготовки агрегатов автомобилей. Предложен способ и система обеспечения рационального температурного режима коробки передач автомобиля КамАЗ с использованием теплового аккумулятора фазового перехода. Сформулированы цель и задачи исследований. Проведен расчет объема теплоаккумулирующего материала, необходимого для подогрева трансмиссионного масла коробки передач автомобиля КамАЗ до рациональной температуры в условиях зимней эксплуатации. Разработаны гидравлическая и функциональная схемы системы регулирования температуры масла в коробке передач автомобиля КамАЗ с тепловым аккумулятором фазового перехода, применение которой обеспечит быстрый выход на рациональный температурный режим коробки передач автомобиля и его стабилизацию как в зимнее, так и в летнее время года и, тем самым, снизит износ деталей, механические потери в коробке передач, расход топлива автомобилем.The paper discusses the features of operation of cars at low ambient temperatures, as well as existing methods and means of heat treatment of their units. If the issues of thermal preparation and maintaining a rational temperature regime of automobile internal combustion engines are largely resolved, then for the units of their transmissions they require further development. The application of heat accumulators for the thermal preparation of automobile units is analyzed. A method and system for ensuring a rational temperature regime of a KamAZ car gearbox using a phase transition heat accumulator is proposed. The purpose and objectives of research are formulated. The calculation of the volume of heat-accumulating material necessary for heating the gear oil of a KamAZ car gearbox to a rational temperature in winter conditions has been carried out. A hydraulic and functional diagram of the oil temperature control system in a KamAZ car gearbox with a phase-transfer heat accumulator has been developed, the use of which will provide quick access to the rational temperature regime of the car gearbox and its stabilization in both winter and summer seasons and, thereby, reduce wear of parts, mechanical losses in the gearbox, fuel consumption by the car.

Ссылка для цитирования: Ершов М.С., Феоктистов Е.А. Аналитическое решение для шестимассовой термодинамической модели асинхронного двигателя закрытого исполнения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333. – № 2. – С. 53-61. Актуальность исследования определена тем, что тепловые режимы работы асинхронных двигателей во многом определяют их надежность. В настоящее время хорошо проработаны вопросы расчета установившихся тепловых режимов двигателей. Вопросы практического расчета переходных тепловых процессов проработаны меньше и ограничены численным моделированием многомассовых схем или аналитическими решениями для моделей с несколькими массами. В данной работе предложена методика и получено аналитическое решение для типовой шестимассовой модели тепловых процессов асинхронного двигателя закрытого исполнения – Total Enclosed Fan Cooled. Полученные аналитические решения системы неоднородных линейных дифференциальных уравнений выражаются рядом, включающим постоянную составляющую и экспоненциальные члены, убывающие во времени, один из которых является доминирующим, определяющим регуляризацию процесса нагрева и охлаждения машины. Полученные аналитические решения позволяют лучше понять закономерности тепловых процессов двигателей при изменении режимов их работы и могут служить основанием для прогнозирования процессов нагрева и охлаждения в системах релейной защиты асинхронных двигателей закрытого исполнения. Цель: разработать методику аналитических решений для многомассовых термодинамических моделей электрических машин, получить аналитическое решение для типовой шестимассовой системы асинхронного двигателя закрытого исполнения и выполнить анализ полученных результатов. Объекты: асинхронные двигатели в закрытом исполнении. Методы: аналитическое решение системы неоднородных дифференциальных уравнений. Результаты. Разработана методика аналитических решений для многомассовых термодинамических моделей электрических машин, получено аналитическое решение для шестимассовой системы асинхронного двигателя закрытого исполнения и выполнен анализ полученных результатов, установлены закономерности регуляризации процессов нагрева объекта исследования.

В статье представлены результаты научно-исследовательской работы по эффективности утилизации сточных вод тепловой электростанции с целью снижения объемов выбросов оксидов серы. Результатом исследований стала разработка рабочего проекта по десульфоризации дымовых газов под руководством кандидата технических наук Глазырина С. А. «Разработка технического решения по сокращению выбросов диоксида серы в уходящих газах одного из энергетических котлоагрегатов (БКЗ-420-140) ТЭЦ-2 с разработкой проекта» в составе рабочей проектной группы ТОО «Институт проектирования и инноваций ПРиИЗ». Заказчик – АО «Астана-Энергия». В рабочем проекте разработаны следующие разделы: технологическое решение по повышению степени улавливания оксидов серы путем утилизации сточных вод в существующей схеме очистки газов, строительная часть, автоматика, силовое электрооборудование, оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС), климатические условия района проведения работа, воздействие на атмосферный воздух. В настоящее время проект находится на стадии экспертизы.

<p class="_7Osnovnoi-text">В теплоэнергетике в концентрированном виде сосредоточены очень многие проблемы, с которыми сталкиваются и экономика, и социальная система России на протяжении последних более чем тридцати лет. Важнейшие среди них: социальная роль и значимость обеспечения значительной части населения страны теплом из «внешних источников» (увы, многие наши граждане все еще отапливают жилье дровами и имеют «удобства» на улице); особенность материально-технологических активов, созданных в рамках системы централизованного планирования и управления и ускоренной индустриализации и урбанизации; «хронический диагноз» ведомственности и клановых и корпоративных интересов; неизменная склонность к мнимой простоте и администрируемости при формировании системы управления и регулирования сложнейших экономических процессов.</p><p class="_7Osnovnoi-text">Важно то, что реформирование и преображение системы теплоснабжения урбанизированных поселений нашей необъятной Родины происходят тогда, когда в мире все меняется под влиянием современного этапа научно-технического развития (включая «бум» новых информационных технологий и, в целом, формирование новой модели взаимодействия человека и внешней среды). Безусловно, эти процессы идут везде с разной скоростью: на смену углю в качестве источника тепло- и электроэнергии, по мере перехода экономики той или иной страны на новый уровень развития приходят альтернативные источники энергии. Системы производства тепловой энергии на основе крупных объектов (станций) испытывают все большее давление со стороны распределенных источников генерации (эффекты масштаба и когенерации уже не являются универсальными и не могут служить единственной основой для выработки и принятия решений).</p><p class="_7Osnovnoi-text">Переход к новой электро- и теплоэнергетике немыслим вне учета названных особенностей: с одной стороны, исторической и «естественной» специфики России (страны регионов), а с другой<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>процесса быстро идущих изменений в технике и технологиях. Целью реформ, которые с разной степенью успешности проводятся в экономике нашей страны и в ее значимой составляющей<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>энергетике, является стремление повысить эффективность использования и потребления ресурсов (в данном случае<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>электроэнергии и тепла), а также открыть дорогу прогрессивным процессам в изменении технологического уровня и все возрастающего значения социальной и экологической составляющих.</p><p class="_7Osnovnoi-text">При удачном соединении страновых условий и особенностей с возможностями, предоставляемыми современными технологиями, а также при условии создания и применения действенных процедур регулирования, результаты и сроки достижения приемлемого уровня социальной, экологической, экономической эффективности не заставят себя долго ждать.</p><p class="_7Osnovnoi-text">К сожалению, в случае рассогласования отмеченных составляющих говорить об эффективности не приходится. Растут издержки и тарифы, население все больше увязает в долгах за жилищно-коммунальные услуги, промышленные потребители все чаще «голосуют рублем», переходя на собственные источники генерации, финансовые возможности генерирующих компаний уменьшаются, а с ними увеличивается и доля физически изношенного оборудования. В этой ситуации все чаще приходится заниматься «пожаротушением»<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>например, срочно расширять сферу применения государственно-частного партнерства не для решения проблем развития, а для «латания дыр». Приведенный на страницах настоящей тематической подборки анализ реализации проектов ГЧП в энергетическом секторе РФ показал, что «большинство из них имеют мелкий масштаб и относятся к муниципальному уровню. В основном это проекты, направленные на поддержание теплосетей и объектов энергоснабжения в рабочем состоянии. Они не способны привести к значительным изменениям в отрасли и не способствуют созданию новых и модернизации действующих объектов энергоснабжения» (статья Л. А. Толстолесовой, М. С. Воробьевой, Н. Н. Юмановой).</p><p class="_7Osnovnoi-text">И энергетика в целом, и тем более, производство тепла и его поставка потребителям, сформированные в рамках тех подходов и традиций индустриального мышления, которые превалировали в экономике централизованного планирования и управления, ожидаемо оказались в числе высокомонополизированных секторов. Особенно это касается относительно замкнутых и обособленных систем теплоснабжения. Отсюда берут начало почти все основные недостатки отрасли: нерациональное использование ресурсов, несоответствие цены качеству услуг, отсутствие стимулов к внедрению инноваций, нарастание экономической, экологической, общественной неэффективности.</p><p class="_7Osnovnoi-text">Авторами этого номера в качестве иллюстрации того, как можно добиться серьезных успехов в деле экономии энергии и выдерживания допустимых уровней ее расходования, приведен обзор практики принятия решений в данной области Государственного комитета обороны в годы Великой Отечественной войны (статья Н. С. Симонова). Но этот пример относится к практике другой, весьма специфической экономической системы.</p><p class="_7Osnovnoi-text">Выход из сложившейся в современной России ситуации, который был в конце концов найден, вполне логичен и правомерен для рыночной экономики: при отсутствии конкуренции физически доступных товаров (услуг) со стороны поставщиков сформировать им виртуальную замену. На роль подобного «фантома» в случае производства тепла была призвана так называемая «альтернативная котельная», некий виртуальный источник тепловой энергии, который мог бы обеспечить производство тепла в данной местности наилучшим образом, используя самые современные технологии. Важно, что технологические составляющие год от года должны меняться в сторону роста эффективности.</p><p class="_7Osnovnoi-text">Применение в качестве индикатора издержек «альтернативной котельной» особых сомнений не вызывает<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>и логично, и в общем приемлемо с методической точки зрения. Самые большие сложности возникают, как это бывало не раз, при переходе от теоретически выстроенной схемы к ее практической реализации. А именно: какие технологии брать за основу, какие и где получать индикаторы, характеризующие издержки факторов производства.</p><p class="_7Osnovnoi-text">Фактически тот предельно допустимый уровень издержек (тарифа на их основе), который характеризует «альтернативную котельную», является, по меткому выражению Е.А. Косоговой, «ценой ухода» потребителей к альтернативным поставщикам. Поэтому главная экономическая проблема для регуляторов и действующих игроков рынка теплоэнергии<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>формирование приемлемой «формулы цены входа», которая позволяла бы остаться в данном бизнесе и успешно его развивать.</p><p class="_7Osnovnoi-text">Результативное применение образа «альтернативная котельная» в значительной мере определяется принимаемой и реализуемой схемой государственного регулирования формирования рынка тепла, с одной стороны, а с другой<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>связью данных процессов с научно-технической политикой в стране. Несомненно, что «достижение индикативного уровня (тарифа) должно сигнализировать контрольным органам о несостоятельности компании по выполнению своих обязательств по теплоснабжению потребителей и необходимости принятия соответствующих организационных мер» (статья В. А. Стенникова и А. В. Пеньковского).</p><p class="_7Osnovnoi-text">Одно из важнейших условий<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>учет местных особенностей и обстоятельств. Именно это, как показано на страницах настоящей подборки, является причиной успешной реализации механизма «альтернативной котельной» в г. Рубцовске Алтайского края (статья Е. А. Косоговой).</p><p class="_7Osnovnoi-text">Все попытки при регулировании сложных систем пренебречь местной спецификой приводят к результатам прямо противоположным<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span>–<span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span>при достижении простоты и мнимой управляемости процессом формирования рынка тепла обеспечить рост социальной и экономической результативности в долгосрочном периоде не удается. Последнее возможно только в рамках консенсусного подхода к выработке решений с учетом мнений производителей тепло- и электроэнергии, ее поставщиков и, вне сомнения, самих потребителей.</p>

<span>Централизованные системы теплоснабжения, которые когда-то по праву считались одним из достижений советской энергетики, сегодня повсеместно испытывают серьезные проблемы. Десятки лет хронического недоремонта, далекие от оптимальных режимы выработки энергии, привели к обвальному падению эффективности работы ТЭЦ. Все чаще в общественно-политическом пространстве раздаются голоса в поддержку децентрализации энергоснабжения крупных городов. В Новосибирске, где 62% теплоэнергии производится, а 68%</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span><span>–</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span><span>транспортируется централизованно</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span><span>–</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span><span>структурами Сибирской генерирующей компании</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span><span>–</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span><span>тоже есть довольно заметные очаги автономного энергоснабжения. Один из них контролируют структуры ПСК «Сибирь»</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceBefore"> </span><span>–</span><span class="myHorizontalScaleForEmDashSpaceAfter"> </span><span>ООО «Генерация Сибири» (генерация тепло- и электроэнергии) и ООО «Энергосети Сибири» (ее транспорт). В Схеме теплоснабжения г. Новосибирска их объекты выделены в отдельную систему централизованного теплоснабжения (СТЦ-3)</span><span class="myFootnotes _idGenCharOverride-1"><span id="footnote-003-backlink"><a class="_idFootnoteLink _idGenColorInherit" href="file:///Y:/2020_04/HTML/Golovkin.html#footnote-003">1</a></span></span><span>, обеспечивающую 1% суммарной тепловой нагрузки потребителей г. Новосибирска. О том, как создавалась эта система, как сегодня функционирует, с какими проблемами сталкивается, рассказывает директор ООО «Энергосети Сибири».</span>

Задача обеспечения безопасности производств, где возможно образование взрывоопасных газовых смесей, а также задача безопасного использования газового топлива в быту и на производстве стимулируют разработку средств и методов защиты объектов от взрывов газовых смесей. Для разработки методов предотвращения взрывов и средств подавления возгораний необходима информация о закономерностях возникновения и развития возгорания. Условия воспламенения и детонации взрывоопасных газовых смесей изучены достаточно полно, но работ, посвященных исследованию динамики процесса возгорания известно недостаточно. Между тем, знание времени индукции зажигания в зависимости от условий окружающей среды актуально для разработки систем мониторинга, защиты и предотвращения аварий. Информация о динамике развития горения реакционноспособных газовых смесей может быть получена путём численного и натурного эксперимента. Работа посвящена теоретическому исследованию процесса горения взрывоопасной газовой смеси в лабораторной трубе, влиянию кинетических параметров газовой смеси и параметров окружающей среды на данный процесс. Физико-математическая модель основана на уравнении теплопроводности и законе Аррениуса в одномерной постановке с потоком тепла заданной интенсивности в начале координат, и рассматривает стадии возникновения и распространения пламени. Разработана компьютерная модель, описывающая динамику процесса. В результате численного исследования модели получены зависимости температуры и скорости горения от времени. Предложена схема лабораторного стенда для экспериментального исследования горения метановоздушной смеси.

Підвищення рівня надійності і збільшення ресурсу машин та інших об’єктів техніки можливо тільки за умови випуску продукції високої якості у всіх галузях машинобудування. Це вимагає безперервного вдосконалення технології виробництва і методів контролю якості покриттів. У даний час все більш широкого поширення набуває 100%-вий неруйнівний контроль покриттів на окремих етапах виробництва. Для забезпечення високої експлуатаційної надійності машин і механізмів велике значення має також періодичний контроль їх стану без демонтажу або з обмеженим розбиранням, який проводиться при обслуговуванні в експлуатації або при ремонті.Висока якість машин, приладів, устаткування – основа успішної експлуатації, отримання великого економічного ефекту, конкурентоспроможності на світовому ринку. Тому комплекс глибоких знань і певних навичок в області контролю якості покриттів є необхідною складовою частиною професійної підготовки фахівців з машинобудування.Існуючі методики викладання інженерних дисциплін, як правило, не відповідають змінам у розвитку суспільства. У зв’язку з невеликим обсягом годин, що приділяються на вивчення дисципліни, й сучасними високими вимогам до рівня підготовки фахівців такий курс необхідно ввести не традиційним способом, а з використанням інформаційних технологій. Для цього:– студенти повинні мати попередню комп’ютерну підготовку;– викладач повинен розробити відповідну технологію навчання.Відомо [1], що під технологією навчання мається на увазі системна категорія, орієнтована на дидактичне застосування наукового знання, наукові підходи до аналізу й організації навчального процесу з урахуванням емпіричних інновацій викладачів і спрямованості на досягнення високих результатів у розвитку особистості студентів.Суть пропонованої технології полягає у створенні модульного середовища навчання (МСН) «Контроль якості покриттів» і впровадженні його у процес навчання, що забезпечує систематизацію навчання й формалізацію інформації. Метою технології є індивідуалізація навчання, а визначеність МСН полягає в її алгоритмічній структурі. Тому зміст МСН розроблений у вигляді систематизуючої ієрархічної схеми, куди увійшли основні розділи робочої програми курсу. Структура МСН складається з наступних блоків:1. «Методичне забезпечення дисципліни», у якому пропонуються відповідні дії, що сприяють засвоєнню інформації на заданому рівні:– першоджерела;– робоча програма;– робочий план;– опис дисципліни;– загальні методичні вказівки;– методичні вказівки до вивчення лекційного матеріалу;– методичні вказівки до виконання самостійної роботи;– методичні вказівки до виконання лабораторних робіт;– методичні вказівки до виконання домашнього завдання №1;– методичні вказівки до виконання домашнього завдання №2;– зразок титульної сторінки домашнього завдання.2. «Лекції», у якому представлені html-файли відповідного лекційного матеріалу, контрольні питання й тести до кожної теми:– дефекти і фізико-хімічні властивості покриттів;– оцінка механічних властивостей покриттів; класифікація видів і методів неруйнівного контролю (НК); візуально-оптичний, радіохвильовий і тепловий види НК;– вихореструмовий і радіаційний види неруйнівного контролю покриттів;– магнітний та електричний види НК покриттів;– акустичний метод НК покриттів;– НК покриттів проникаючими речовинами;– технологічні випробування покриттів;– методи і засоби статистичного контролю якості; автоматизація контролю якості покриттів.Викладання лекцій проводиться у режимі комп’ютерної презентації.3. «Самостійне опрацювання теоретичного матеріалу» з тестами.Відомо, що викладач у процесі своєї роботи повинен не тільки передавати студентам певний об’єм інформації, але і прагнути сформувати у них потребу самостійно здобувати знання, застосовуючи різні засоби, зокрема комп’ютерні. Чим краще організована самостійна пізнавальна активність студентів, тим ефективніше і якісніше проходить навчання. Тому деякі матеріали, що відносяться до лекційних тем, пропонуються для самостійного вивчення. При цьому організований доступ студентів до розділів МСН без звернення за допомогою до викладача. При необхідності подальшого використання матеріалів МСН можна копіювати ресурси, компонувати, редагувати і згодом відтворювати їх.4. «Лабораторні роботи» з інструкціями з техніки безпеки при виконанні робіт у лабораторіях і при роботі на персональному комп’ютері й з тестами до кожної теми:– вплив товщини покриття на міцність деталі;– контроль мікротвердості покриттів;– моделювання технологічних випробувань покриттів;– контроль внутрішніх напружень покриттів;– вплив дефектів покриття на якість деталі;– корозійний та електрохімічний контроль якості покриттів;– використання х– та s–діаграм для визначення причин погіршення якості покриттів.5. «Домашні завдання» (умова з варіантами даних і методичні вказівки до виконання, зразок оформлення):– оцінити вплив мікротвердості покриття на міцність деталі;– оцінити вплив корозії покриття на міцність деталі.Для ефективного використання МСН необхідне його планомірне включення в учбовий процес. Тому ще на етапі тематичного планування були розглянуті варіанти можливого використання усіх модулів МНС.Для розвитку розумової діяльності студентів і виховання у них пізнавальної активності самостійну роботу потрібно добре методично забезпечити. У свою чергу, ефективність самостійної роботи студентів багато в чому залежить від своєчасного контролю за її ходом. Тому для оцінки ефективності використання ІКТ у учбовому процесі створена система визначення якості навчання і на її основі побудовані тестові процедури оцінки знань з усіх тем курсу. Перевірку і контроль знань студентів можна здійснити як під час занять, так й інтерактивно. Основними перевагами програми автоматизованого контролю знань є:– випадковий характер вибору тестових завдань, порядок проходження завдань і відповідей, що сприяє об’єктивності оцінок;– представлення варіантів відповідей у вигляді формул і малюнків, що дозволяє розширити коло текстових завдань;– диференційована оцінка кожного варіанту відповіді, що забезпечує детальний аналіз результатів тестування.Комп’ютерне тестування дозволяє [2] розширити можливості проведення індивідуально адаптованих процедур контролю і коректування знань конкретних тем, підвищити об’єктивності контролю знань студентів, забезпечити можливість проведення їх попереднього самоконтролю, підвищити рівень стандартизації вимог до об’єму і якості знань та умінь.Розв’язування експрес-тестів проходить під час лабораторних занять протягом фіксованого проміжку часу. Крім режиму контролю передбачений режим навчання.Важливим елементом навчання є використання моделюючих програм у процесі навчання. У цьому випадку студенти самостійно задають різні параметри задачі, що дає можливість детальніше перевірити характер поведінки моделі за різних умов.Особливістю МСН є застосування комп’ютерного моделювання для лабораторних робіт, оскільки постійні бюджетні проблеми останніх років виключають придбання необхідних установок і приладів. Моделювання контролю якості покриттів дозволило істотно наситити заняття експериментальним і теоретичним змістом. При цьому учбові і учбово-дослідницькі задачі розв’язуються як з формуванням практичних навиків у вивченні фізичних явищ, так і дослідницького мислення, а розроблені методичні вказівки дозволяють разом з типовими лабораторними роботами виконувати роботи евристичного змісту. І, що особливо важливо, використання ІКТ, методів комп’ютерного моделювання дозволяє істотно розширити можливості лабораторних робіт.Використання електронних лабораторних робіт дозволяє більш повно реалізувати диференційований підхід у процесі навчання, ніж роботи і завдання на паперових носіях. Це пов’язано з можливістю включення в роботи необхідної кількості завдань різного рівня складності або об’єму. Істотною перевагою є можливість легко адаптувати наявні роботи до нових версій програм, що з’являються [3].Домашні завдання також виконуються з використанням САПР: на етапі побудови 3D моделі деталі з покриттям студенти працюють в SolidWorks; потім, перейшовши до реальної конструкції, використовують SimulationXpress і SolidWorks Simulation (додатки для аналізу проектних розв’язків, повністю інтегровані в SolidWorks). Оформлення робочої документації досягається засобами Microsoft Office. Така організація роботи дозволяє у процесі навчання побудувати модель контролю якості покриттів на якісно новому рівні й підготувати студентів до використання сучасних інструментаріїв інженера.В SolidWorks Simulation студенти виконують наступне:– прикладають до деталей з покриттями рівномірний або нерівномірний тиск в будь-якому напрямі, сили із змінним розподілом, гравітаційні та відцентрові навантаження, опорну та дистанційну силу;– призначають не тільки ізотропні, а й ортотропні та анізотропні матеріали;– застосовують дію температур на різні ділянки деталі (умови теплообміну: температура, конвекція, випромінювання, теплова потужність і тепловий потік; автоматично прочитується профіль температур, наявний в розрахунку температур, і проводиться аналіз термічного напруження);– знаходять оптимальний розв’язок, який відповідає обмеженням геометрії та поведінки; якщо допущення лінійного статичного аналізу незастосовні, застосовують нелінійний аналіз– за допомогою аналізу втоми оцінюють ефект циклічних навантажень у моделі;– при аналізі випробування на ударне навантаження вирішують динамічну проблему (створюють епюру і будують графік реакції моделі у вигляді тимчасової залежності);– обробляють результати частотного і поздовжнього вигину, термічного і нелінійного навантажень, випробування на ударне навантаження й аналіз втоми;– будують епюри поздовжніх сил, деформацій, переміщень, результатів для сил реакції, форм втрати стійкості, резонансних форм коливань, результатів розподілу температур, градієнтів температур і теплового потоку;– проводять аналізи контактів у збираннях з тертям, посадок з натягом або гарячих посадок, аналізи опору термічного контакту.Змінюючи при чисельному моделюванні деякі вхідні параметри, експериментатор може прослідити за змінами, які відбуваються з моделлю. Основна перевага методу полягає у тому, що він дозволяє не тільки поспостерігати, але і передбачити результат експерименту за якихось особливих умов.Метод чисельного моделювання має наступні переваги перед іншими традиційними методами [4]:– дає можливість змоделювати ефекти, вивчення яких в реальних умовах неможливе або дуже важке з технологічних причин;– дозволяє моделювати і вивчати явища, які передбачаються будь-якими теоріями;– є екологічно чистим і не представляє небезпеки для природи і людини;– забезпечує наочність і доступний у використанні.Але щоб приймати технічно грамотні рішення при роботі з САПР, необхідно уміти правильно сприймати і осмислювати результати обчислень. Цілеспрямований пошук шляхом ряду проб оптимального або раціонального рішення у проектних задачах набагато цікавіший і повчальніший для майбутнього інженера, ніж отримання тільки одного оптимального проекту, який не можна поліпшити і ні з чим порівняти.При великій кількості варіантів проекту аналіз машинних розрахунків дозволяє виявити основні закономірності зміни характеристик проекту від варійованих проектних змінних і сприяє тим самим швидкому і глибокому вивченню властивостей об’єктів проектування.Упровадження сучасних САПР для контролю якості покриттів не тільки забезпечує підвищення рівня комп’ютеризації інженерної праці, але й дозволяє приймати оптимальні рішення. При створенні і використанні таких систем сучасний інженер повинен мати навички роботи з комп’ютерними системами, уміти розробляти математичні моделі формування параметрів оцінки якості покриттів.У цих умовах молодий інженер не має достатнього резерву часу для надбання на виробництві необхідних навичок моделювання складних процесів і систем – він повинен одержати такі навички у процесі навчання у вузі. Таким чином, йдеться про володіння прийомами постановки і розв’язування конструкторсько-технологічних задач сучасними методами моделювання.

Перехід сучасного суспільства до інформаційної епохи свого розвитку висуває як одне з основних завдань, що стоять перед системою освіти, завдання формування основ інформаційної культури майбутнього фахівця. Процеси модернізації та профілізації вітчизняної шкільної освіти так само, як і модернізації вищої освіти (участь у створенні єдиного європейського простору, впровадження дистанційної освіти тощо) ведуться на базі інформаційно-комунікаційних технологій навчання. Метою даної статті є обговорення ролі сучасних комп’ютерних моделей у навчанні хімії, та проблеми якості відображення реальних хімічних процесів у комп’ютерних моделях, якими є віртуальні хімічні лабораторії.Дидактична роль нових інформаційних технологій полягає, перш за все, в активізації пізнавальної діяльності і творчого потенціалу учнів [5]. Необхідно створювати умови, аби учень став активним учасником навчального процесу, а вчитель був організатором пізнавальної діяльності учня. Адже вивчення будь-якої навчальної дисципліни – не мета, а засіб розвитку особистості. Ефективність застосування комп’ютерів у навчальному процесі залежить від багатьох чинників, у тому числі й від рівня самої техніки, від якості навчальних програм і від методики навчання, що застосовується вчителем. Більшість педагогів переконані в тому, що комп’ютер є потужним засобом для творчого розвитку дітей, дозволяє звільнитися від багатьох рутинних видів роботи і розробити нові ідеї в методиці навчання, дає можливість вирішувати більш цікаві і складні проблеми [5].Будь-який ілюстративний матеріал (мультимедійні й інтерактивні моделі в тому числі) значно розширюють можливості навчання, роблять зміст навчального матеріалу більш наочним, зрозумілим, цікавим. Не можна скидати з рахунків і психологічний чинник: сучасному учневі чи студенту набагато цікавіше сприймати інформацію саме в інтерактивній формі, ніж за допомогою застарілих схем і таблиць. Використання комп’ютерних моделей, комп’ютерних засобів візуалізації значно підвищує ефективність засвоєння матеріалу[5].Сучасні школярі, які здебільшого є представниками «покоління відеоігор», орієнтовані на сприйняття високоінтерактивного, мультимедіа насиченого навчального середовища. Згаданим вище вимогам якнайкраще відповідають освітні програми, що моделюють об’єкти і процеси реального світу і системи віртуальної реальності. Прикладом таких навчальних систем є віртуальні лабораторії, які можуть моделювати поведінку об’єктів реального світу в комп’ютерному освітньому середовищі і допомагають учням опановувати нові знання й уміння в науково-природничих дисциплінах, таких як хімія, фізика і біологія [3].Хімія – наука експериментальна, її завжди викладають, супроводжуючи демонстраційним експериментом. Ні для кого не є секретом, що матеріальний стан більшості шкіл в Україні є, м’яко кажучи, неідеальним. Дуже часто для демонстрації хімічного досліду не вистачає необхідних реактивів чи обладнання, тому доводиться обходитись теоретичним розглядом лабораторної роботи або проводити один дослід на весь клас. У такому випадку на допомогу вчителеві приходять саме спеціалізовані комп’ютерні програми, на кшталт віртуальних хімічних лабораторій, що дозволяють провести (саме провести, а не спостерігати) дослід у наближених до реальності умовах. Також, наприклад, при вивченні токсичних речовин, зокрема галогенів, віртуальне середовище надає можливість проводити хімічний експеримент без ризику для здоров’я учнів [4].На даний момент розроблена велика кількість навчальних програм для шкільного курсу хімії. Жодна з цих програм не є досконалою, проте сам факт їх створення свідчить про те, що в них існує потреба і вони мають безперечну цінність. Для того, щоб у дитини виник інтерес до співпраці з комп’ютером і в процесі цієї спільної творчості стійка пізнавальна мотивація до вирішення освітніх, дослідницьких завдань, необхідне створення таких умов, при яких учень стає безпосереднім учасником подій, що розвиваються на екрані монітора, тобто умов для повноцінного діяльнісного підходу до навчання.Умова успішного застосування комп’ютерних моделей в освітньому процесі сучасної школи закладена в добре відомих принципах педагогіки співпраці, які можна перефразовувати так: «не до комп’ютера за готовими знаннями, а разом з комп’ютером за новими знаннями» [3].Головна перевага віртуальних хімічних лабораторій полягає в тому, що віртуальні хімічні експерименти безпечні навіть для непідготовлених користувачів. Учні можуть також проводити такі досліди, виконання яких в реальній лабораторії може бути небезпечне або коштує надто дорого. Звичайно, за допомогою віртуальних дослідів не можна опанувати навички реального хімічного експерименту, але віртуальні досліди можуть застосовуватися, наприклад, для ознайомлення учнів з технікою виконання експериментів, хімічним посудом і устаткуванням перед безпосередньою роботою в лабораторії. Це дозволяє учням краще підготуватися до проведення цих або подібних дослідів в реальній хімічній лабораторії. Також проведення віртуальних експериментів допомагає учням та студентам засвоїти навички запису спостережень, складання звітів та інтерпретації даних в лабораторному журналі. Іще слід наголосити на тому, що комп’ютерні моделі хімічної лабораторії за певних умов можуть спонукати учнів експериментувати і отримувати задоволення від власних відкриттів [3].За способом візуалізації розрізняються лабораторії, в яких використовується двовимірна, тривимірна графіка і анімація. Крім того, віртуальні лабораторії можна поділити на дві категорії залежно від способу представлення знань у предметній області. Віртуальні лабораторії, в яких представлення знань у предметній області засновано на окремих фактах, обмежені набором заздалегідь запрограмованих експериментів. Цей підхід використовується при розробці більшості сучасних віртуальних лабораторій. В таких програмах змінити умови проведення експерименту і одержати якісь інші результати неможливо. Інший підхід дозволяє учням проводити будь-які експерименти, не обмежуючись заздалегідь підготовленим набором результатів. Це досягається за допомогою використання математичних моделей, що дозволяють визначити результат будь-якого експерименту і відповідний візуальний супровід. На жаль, подібні моделі поки що можливі тільки для обмеженого набору дослідів [3]. Переваги і недоліки вищезгаданих програмних продуктів достатньо повно були висвітлені Т. М. Деркач, яка, до речі, пропонує використовувати термін «імітаційні хімічні лабораторії» [1; 2].Суттєвою перевагою таких віртуальних лабораторій як ChemLab (виробник: Model Science Software), Croсоdile Chemistry (Crocodile Clips Ltd), Virtual Lab (The ChemCollective) є можливість активного втручання учня у хід роботи, а не пасивне спостерігання за відеофрагментом чи анімацією, що запрограмовані заздалегідь. При виконанні лабораторної роботи за допомогою вищезгаданих програм учень може повторити її безліч разів, при цьому щоразу змінюючи один чи декілька параметрів на власний вибір. В більшості випадків (якщо дії учня не суперечать логіці і можливі для виконання і у реальній лабораторії) учень отримає правильні результати, що лише підкреслить ті закономірності, виявлення яких і було метою роботи. Скажімо у лабораторній роботі «Гравіметричне визначення хлорид-йонів» («Gravimetric Analysis of Chloride») у віртуальній лабораторії ChemLab учень чи студент може замість запропонованих в інструкції 5 г речовини, що містить хлорид-йони, взяти 3, чи 6, чи 10 г її. Але в кожному випадку він отримає і відповідну масу осаду арґентум хлориду, за якою, при виконанні обчислень, прийде до одних і тих самих результатів і висновків.Подібний підхід, коли учень може проявити власну ініціативу при виконанні роботи, дуже позитивно відбивається і на навчальних досягненнях і на зацікавленості учнів. Але разом з ініціативою учні можуть також підключити і власну фантазію – спробувати виконати такі дії, які не були передбачені сценарієм проведення даної роботи (наприклад, нагріти розчин до кипіння, або навпаки охолодити його до температури замерзання) просто із цікавості, тим більше, що у ChemLab можна використовувати обладнання, застосування якого не передбачалось сценарієм виконання роботи. Результати таких незапланованих дій можуть переноситись учнями і на відповідні об’єкти та процеси реального світу, а тому до віртуальних лабораторій завжди висувалась жорстка вимога суворої відповідності віртуальних об’єктів та процесів реальним об’єктам і процесам.Тут доводиться констатувати протиріччя, яке існує в середовищі користувачів віртуальних хімічних лабораторій: методистів, розробників, вчителів, учнів тощо. Справа в тому, що немає і, мабуть, не може бути єдиної думки з приводу того, наскільки повно віртуальні процеси повинні відтворювати об’єктивну реальність. З одного боку, чим більше віртуальний світ схожий на реальний, тим нібито краще – в такому випадку навчання хімії за допомогою віртуальних комп’ютерних лабораторій виходить на якісно новий, більш високий рівень, з’являється набагато більше можливостей і форм застосування навчальних лабораторій у навчанні хімії, зникають передумови для одержання хибних висновків при їх використанні. Але, з іншого боку, врахування найменших дрібниць і максимальної кількості можливих варіантів розвитку подій неминуче призведе до значного ускладнення комп’ютерних програм, суттєвого збільшення баз даних і, як наслідок, подорожчання та подовження часу на розробку відповідних програмних продуктів, та, скоріш за все, суттєво ускладнить використання таких програм людьми без спеціальної підготовки. Не кажучи вже про те, що передбачити всі можливі варіанти дій користувача у віртуальній лабораторії просто неможливо.Інша точка зору полягає в тому, що віртуальні хімічні лабораторії в першу чергу є моделями, тобто системами, що відтворюють, імітують, відображають принципи внутрішньої організації або функціонування, певні властивості, ознаки чи характеристики об’єкта дослідження (оригіналу). Модель завжди є спрощеною версією модельованого об’єкта або явища (прототипу), що в достатній мірі повторює властивості, суттєві для цілей конкретного моделювання (опускаючи несуттєві властивості, в яких вона може відрізнятися від прототипу).Подібне визначення поняття «модель» фактично означає, що такі програми як віртуальні хімічні лабораторії, не повинні перевантажуватись «зайвими дрібницями» – несуттєвими для виконання певної роботи чи досліду зовнішніми ознаками, фактами і процесами. Окрім того, так само як викладач не залишить без догляду учнів у реальній лабораторії, так і викладач, що застосовує віртуальну лабораторію на занятті, повинен бути постійно поруч з учнями, надаючи їм відповідних порад або роз’яснюючи результати спостережень, що викликали питання або сумніви. Таким чином, можна попередити формування в учнів хибних уявлень, неправильних висновків тощо.У представників обох точок зору є свої аргументи. Наприклад, при виконанні стандартної лабораторної роботи в середовищі програми ChemLab «Фракційне розділення солей» («Fractional Crystallization»), сутність якої полягає в тому, що учневі пропонується розділити суміш солей (натрій хлориду та калій дихромату), використовуючи їх різну розчинність у воді за різних температур. Подібні процеси досить поширені як в промисловості (виробництво калійних добрив), так і в лабораторії (перекристалізація солей з метою їх очищення), хоча і в більш складному вигляді. Хід роботи включає в себе такі стадії: відбір наважок солей певної маси; їх розчинення у воді кімнатної температури; нагрівання розчину до повного розчинення калій дихромату; охолодження розчину до 0оС; відділення осаду калій дихромату; зважування калій дихромату, що випав в осад, та відповідні розрахунки.Якщо прискіпливо проаналізувати дану роботу, в ній можна знайти ряд неточностей або спрощень:1) при розчиненні калій дихромату у воді розчин залишається безбарвним;2) відсутній тепловий ефект при розчиненні обох солей;3) не враховано взаємний вплив солей на їх розчинність;4) розчин солей при охолодженні до температури замерзання не кристалізується;5) температура кипіння розчину солей дорівнює температурі кипіння ізомолярного з ним розчину будь-якого неелектроліту;6) зважування одержаного калій дихромату можна провести з високою точністю без попереднього промивання і висушування;7) відсутність допоміжного лабораторного обладнання (штативів, тримачів, шпателів, вакуум-насосу тощо) та можливість відбору наважок речовин без використання терезів.Подібні неточності можна знайти і у всіх інших лабораторних роботах програми ChemLab, але в більшості випадків ці неточності неочевидні, і, найголовніше, не відбиваються ані на одержанні результатів експерименту, ані на їх інтерпретації.Крім того, застосовуючи інструментарій майстра LabWіzard, що дозволяє користувачу створювати власні лабораторні роботи у ChemLab, певну кількість подібних невідповідностей можна заздалегідь передбачити й усунути у створених власноруч лабораторних проектах.[2; 4]Викладач, що використовує віртуальні хімічні лабораторії, обов’язково повинен наголосити на тому, що у віртуальній хімічній лабораторії присутні певні спрощення та невідповідності з об’єктивною реальністю. У групі учнів, що мають високий рівень знань і хімічного мислення, можна навіть побудувати роботу на тому, щоб знайти і обговорити подібні неточності. Наприклад, в рамках курсу «Комп’ютерне моделювання хімічних процесів», що викладається на ІІІ курсі спеціальності «Хімія» у Криворізькому педагогічному інституті, при розгляді особливостей віртуальної лабораторії ChemLab перед студентами була поставлена задача обґрунтовано довести наближений характер розрахунку температури початку кипіння розчину натрій хлориду у даній програмі (в межах лабораторної роботи «Fractional Crystallization»). Студенти на основі другого закону РауляΔtкип=kеб*b – для розчинів речовин-неелектролітів (1)Δtкип=i*kеб*b – для розчинів речовин-електролітів; (2)де kеб – ебуліоскопічна константа розчинника, b – моляльна концентрація розчиненої речовини (моль/кг), і – ізотонічний коефіцієнт, обчислювали температуру початку кипіння для розчину натрій хлориду тієї концентрації, яку вони самі створили у віртуальній хімічній лабораторії. Далі утворений віртуальний розчин нагрівали до кипіння і зазначали температуру початку кипіння. Вона збігалась із розрахованою за формулою (1), тобто без урахування ізотонічного коефіцієнту, який для розчину натрій хлориду повинен наближатись до 2. Значить реальна Δtкип розчину майже вдвічі повинна була б перевищувати Δtкип розчину у віртуальній лабораторії. Висновок зроблений студентами: в даній лабораторній роботі з метою спрощення не враховувався процес іонізації солі, оскільки для моделювання процесів розчинення солей за різних температур він особливого значення не має.Подібний недолік комп’ютерної програми може створити незручності з одного боку, але може бути перевагою з іншого: на основі розгляду подібних фактів можна в цікавій і нестандартній формі залучити групу студентів до повторення навчального матеріалу з різних розділів хімії та розв’язку розрахункових задач.Таким чином, можна зробити висновок про те, що віртуальні хімічні лабораторії є безумовно ефективним інструментом в руках вчителя або викладача хімії. Кожна з віртуальних хімічних лабораторій є моделлю, що описує реальні явища і процеси, а тому неминуче містить ряд спрощень і неточностей, як в плані графічного відображення об’єктів, так і в плані причинно-наслідкових зв’язків між діями користувача та їх результатами у віртуальному середовищі. Головною метою проведення дослідів у віртуальних комп’ютерних лабораторіях є усвідомлення самої сутності явища, що вивчається, його головних закономірностей, а недосконалість візуальних чи інших ефектів має другорядне значення. Подальший розвиток і вдосконалення віртуальних хімічних лабораторій, скоріш за все, буде відбуватись у напрямку збалансування простоти представлення моделі та максимальної її реалістичності.Враховуючи все, сказане вище, можна з упевненістю сказати, що розробка і впровадження віртуальних хімічних лабораторій залишається одним з пріоритетних напрямків у процесі вдосконалення навчання хімії у середній та вищій школі.

Квантово-каскадные лазеры (ККЛ), с момента публикации идеи в 1971 [1] и первой практической реализации в 1994 году [2], привлекают огромное внимание научного сообщества: по этой тематике было опубликовано более 7 тыс. работ, на которые, по данным Web of Science, сделано более 100 тыс. ссылок. Созданные к настоящему времени ККЛ излучают в среднем инфракрасном и терагерцовом спектральном диапазоне. Основной характеристикой, которая отличает их от «лазерных диодов», является то, что ККЛ униполярны, т.е. используют только один тип носителей – с излучением фотона при переходе электрона в зоне проводимости с одного квантоворазмерного уровня на другой. К сожалению, структуры ККЛ чрезвычайно сложны для практической реализации, что объясняется как количеством слоев, на два порядка превышающим этот показатель в «обычном» полупроводниковом лазере, так и необходимостью поддержания однородности слоев в течение длительного эпитаксиального роста. Объясняемое этим значительное отставание отечественных ученых в создании ККЛ удалось заметно сократить в течение последних лет. В докладе обсуждаются результаты исследования ККЛ, все технологические операции по созданию которых выполнены в нашей стране. Помимо демонстрации лазерной генерации в четырехсколотой [3] и полосковой геометрии [4] при комнатной температуре, будет обсуждаться демонстрация генерации при повышенных температурах (до +650С) [5], а также еще не опубликованные результаты по достижению оптической мощности более 0.5 Вт и одночастотной генерации с подавлением боковых мод более 25 дБ. Помимо достигнутых успехов, перспектив развития и применения ККЛ среднего ИК диапазона, в докладе обсуждаются два метода создания компактных источников ТГц-излучения: квантовокаскадный лазер (ККЛ) с прямой генерацией терагерцового излучения и нелинейное преобразование излучения на разностной частоте в двухчастотном ККЛ среднего ИК диапазона. Принцип действия ТГц-ККЛ прямой генерации аналогичен ККЛ среднего ИК диапазона в связи с чем они имеют принципиальный недостаток, связанный с тем, что энергия ТГц фотона мала по сравнению с тепловым уширением энергетических уровней при комнатной температуре, что делает невозможным создание инверсной заселенности уровней при повышенных температурах. Наибольшая сообщенная на сегодня рабочая температура ТГц-ККЛ этого типа не достигает 200 К [6]. Этого недостатка лишены ТГц-ККЛ разностной генерации, поскольку их компонентами являются ККЛ, работающие в среднем ИК-диапазоне, где энергия оптического перехода на порядок превосходит тепловую энергию, что позволяет создавать лазерные источники ТГц-излучения при комнатной температуре [7]. К сожалению, из-за несоблюдения фазового синхронизма в ТГц-ККЛ разностной генерации используют так называемую Черенковскую схему фазового согласования, реализация которой требует создания скошенной выходной грани, что существенно усложняет технологию изготовления таких лазеров.

Теплообменники контактного типа, особенностями которых является передача теплоты путем непосредственного соприкосновения рабочих тел, имеют ряд несомненных преимуществ в сравнении с теплообменниками поверхностного типа. К основным преимуществам относится высокая интенсивность процессов теплопереноса благодаря развитой теплообменной поверхности, отсутствие разделяющей стенки, простота конструкции. Предметом исследования работы является теплоутилизатор, теплообмен в котором осуществляется между потоками газа и дисперсного материала. Важность знаний о влиянии отдельных факторов и условий на распределение температур и эффективность теплообмена определяет необходимость построения соответствующих математических моделей. Представлена одномерная двухкомпонентная модель, описывающая теплообмен между потоками газа и частиц, в дифференциальном виде. В результате ее решения получены аналитические зависимости для расчета температур газового и твердого компонентов для условий стационарного режима при прямоточной и противоточной схеме движения. Представлены результаты расчетов температур компонентов для двух видов дисперсных материалов: гравия и керамзита. Полученные зависимости позволяют аналитически исследовать процессы теплообмена и могут быть предложены для оценки влияния геометрических и физических характеристик на эффективность работы теплоутилизаторов, в котором взаимодействуют потоки газа и дисперсного материала.