Добірка наукової літератури з теми "Тепловий шум"

Актуальность. Температурные измерения в водонаполненных буровых скважинах используются для решения широкого круга разведочных, промыслово-геофизических, экологических, гидрогеологических, геодинамических задач. Свободная тепловая конвекция, возникающая в скважинах при геотермическом градиенте, превышающем критическое значение, вызывает два вида термических эффектов – нестационарный и квазистационарный. Нестационарный эффект проявляется непериодическими температурными колебаниями относительно некоторого среднего значения (температурный шум) и оперирует в широком диапазоне частот – от секундных до часовых. Квазистационарный эффект связан с долговременными отклонениями температуры и градиента в скважине относительно невозмущенных характеристик окружающих пород. Последний эффект приводит к ошибочным оценкам формационных температур и тепловых потоков. Цель: обоснование применимости аппроксимационной математической модели Рамея, описывающей термический эффект вынужденных течений, для оценки квазистационарного эффекта свободной тепловой конвекции в скважине; адаптация и верификация модели на экспериментальных данных термометрии скважин. Методы: анализ геотермических и технологических параметров, определяющих квазистационарный эффект свободной тепловой конвекции, описываемых моделью Рамея; сопоставление расчетов по модели Рамея с данными экспериментальных исследований в скважинах. Результаты. Обосновано и экспериментально верифицировано применение модели Рамея для оценки квазистационарного термического эффекта свободной тепловой конвекции в водонаполненных скважинах. Уменьшение измеренного температурного градиента в сравнении с невозмущенным градиентом в окружающих скважину горных породах локализуется в верхнем и нижнем интервалах скважины. Эффект проявляется заметнее, а интервалы расширяются по мере увеличения скорости конвективных течений, в свою очередь, зависящей от числа Рэлея и диаметра скважины. В меньшей степени на величину эффекта влияет глубина скважины.

Актуальность. Температурные исследования в скважинах используются для решения широкого круга разведочных, промыслово-геофизических, экологических, гидрогеологических, геодинамических задач. Появление новых температурных датчиков и систем регистрации существенно расширяет возможности скважинной термометрии, одновременно предъявляя повышенные требования к точности измерений, которые часто не могут быть удовлетворены в реальных скважинных условиях вследствие влияния температурного шума, вызываемого свободной тепловой конвекцией жидкости. Эффективное планирование аппаратуры и методик температурных измерений в скважинах требует оценки амплитуды температурного шума. Цель: обоснование математических моделей, позволяющих оценивать уровень температурного шума, вызываемого свободной тепловой конвекцией. Методы: статистический анализ данных, полученных с помощью лабораторных экспериментов, в ходе температурного каротажа и мониторинга температуры в реальных скважинах. Результаты. Обоснован оптимальный параметр оценки уровня температурного шума – среднеквадратическое отклонение температурных колебаний. Разработаны модели различной сложности, позволяющие оценивать амплитуду конвективного шума в зависимости от геотермического градиента, внутреннего радиуса скважины и числа Рэлея. Предложенные модели позволяют более эффективно обосновать выбор аппаратуры и методики температурного каротажа и температурного мониторинга скважин в зависимости от соотношения «полезный сигнал/температурный шум».

В различных системах вблизи точек фазовых переходов наблюдаются неравновесные флуктуации по типу нелинейного броуновскго шума. Такие неравновесные процессы, как правило, являются предвестниками разрушения и деградации материалов. Наблюдение вблизи точки плавления Tm переходных явлений предплавления, аномальное поведение с температурой некоторых физических параметров, указывают на то, что по мере приближения к точке плавления структура и свойства твердого тела претерпевают изменения, как правило, нелинейно зависящие от скорости нагревания. Для характеристики состояния сложных динамических систем необходимо рассчитать показатель формы флуктуационного спектра, который несет информацию о происходящих в системе процессах ивзаимосвязях различных подсистем. По изменению спектральных характеристик флуктуационных процессов можно судить не только о состоянии системы, но и разрабатывать методики прогноза ее эволюции. Цель настоящей работы – параметризация тепловых флуктуаций в области предплавления ионных кристаллов KI и изучение зависимости спектральных параметров от кинетических режимов нагревания.Для определения спектральных характеристик тепловых флуктуаций в области предплавления KI в различных кинетических режимах использовался вейвлет-анализ. Вейвлетный анализ соединяет возможности, присущие классическому спектральному Фурье-анализу, с возможностями локального исследования различных флуктуационных и колебательных процессов в частотном и временном пространстве. Это позволяет выявлять особенности процессов на различных временах и масштабах эволюции системы. Вейвлет-преобразование колебательных процессов позволило получить информацию о динамике развития сложных систем в различных неравновесных условиях. Показано, что тепловые флуктуации в области предплавления KI представляют собой нелинейный броуновский шум с показателем самоподобия b ~ 2. С помощью показателя Херста определен тип флуктуационного процесса. Показано, что в динамических режимах нагревания (v = 5, 10 К/мин)флуктуационный процесс характеризуется колебательным характером эволюции по типу «устойчивое-неустойчивое» (свойство антиперсистентности), а квазистатических режимах (v = 1 К/мин) – поддерживается первоначальная тенденция эволюции системы (свойство персистентности). ЛИТЕРАТУРА 1. Битюцкая Л. А., Селезнев Г. Д. Тепловой фликкер-шум в диссипативных процессах предплавления. ФТТ. 1999;41(9): 1679–1682. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/355462. Геращенко О. В., Матвеев В. А., Плешанов Н. К., Байрамуков В. Ю. Электрическое сопротивление и 1/f-флуктуации в тонких пленках титана. ФТТ. 2014; 56(7): 1386–1390. Режим доступа:https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/269403. Клочихин В. Л., Лакеев С. Г., Тимашев. С. Ф. Фликкер-шум в химической кинетике (микроско-пическая кинетика и флуктуации в стационарных химических процессах). ЖФХ. 1999; 73(2): 224–231.4. Павлов А. Н., Храмов А. Е., Короновский А. А., Ситникова Е. Ю., Макаров В. А., Овчинников А. А.Вейвлет-анализ в нейродинамике. УФН. 2012; 182(9): 905–939. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.0182.201209a.09055. Копосов Г. Д., Бардюг Д. Ю. Анализ предплавления льда во влагосодержащих дисперсных средах. Письма ЖТФ. 2007;33(14): 80–86. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/136056. Шибков А. А., Гасанов М. Ф., Золотов А. Е., Желтов М. А., Денисов А. А., Кольцов Р. Ю., Кочегаров С. С. Электрохимическая эмиссия при деформировании и разрушении алюминий-магниевогосплава в водной среде. ЖТФ. 2020;90(1): 85–93. DOI: https://doi.org/10.21883/JTF.2020.01.48666.151-197. Feychuk P., Bityutskaya L., Mashkina E., Shcherbak L. Heat processes oscillations in the molten andsolid CdTe. J. Cryst. Growth. 2005;275(1–2): e1827–e1833. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.2568. Umeno Y., Shimada T., Kitamura T. Dislocation nucleation in a thin Cu fi lm from molecular dynamicssimulations: Instability activation by thermal fl uctuations. Phys. Rev. B. 2010;82(10): 104108/1–104108/11. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.1041089. Уракаев Ф. Х., Массалимов И. А. Флуктуации энергии и эмиссионные явления в устье трещины.ФТТ. 2005;47(9): 1614–1618. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/396610. Коверда В. П., Скоков В. Н. Масштабные преобразования 1/f флуктуаций при неравновесных фазовых переходах. ЖТФ. 2004;74(9): 4–8. Режим доступа: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/835711. Жигальский Г. П. Флуктуации и шумы в электронных твердотельных приборах. М.: Физматлит;2012. 512 с.12. Bityutskaya L. A., Mashkina E. S. System of kinetic parameters of the transition processes under melting of crystalline substances. Phase Transition. 2000;71: 317–330. DOI: https://doi.org/10.1080/0141159000820931213. Машкина Е. С. Влияние аниона на переходные процессы при плавлении ионных кристаллов.Конденсированные среды и межфазные границы. 2011;13(3): 309–314. Режим доступа: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_13_3_2011_010.pdf14. Астафьева Н. М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения. УФН. 1996;166(11):1145–1170. DOI: https://doi.org/10.1070/PU1996v039n11ABEH00017715. Дремин И. М., Иванов О. В., Нечитайло В. А. Вейвлеты и их использование. УФН. 2001;171(5):465–501. DOI: https://doi.org/10.1070/PU-2001v044n05ABEH00091816. Arby P., Goncalves P., Vehel J. L. Scaling, fractals and wavelets. London: John Wiley & Sons; 2009.464 p.17. Смоленцев Н. К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. М.: ДМК Пресс; 2014. 628 с.18. Hurst H. E., Black R. P., Simaika Y. M. Long-term storage: An experimental study. London: Constable;1965. 145 p.19 Чен Б. Б., Имашев С. А. Оценка параметра Херста по наклону энергетического спектра наоснове вейвлет-преобразования. Вестник КРСУ. 2007;7(8): 65–75. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=1351989020. Зульпукаров М.-Г. М., Малинецкий Г. Г., Подлазов А. В. Пример решения обратной задачитеории бифуркации в динамической системе с шумом. Изв. вузов. ПНД. 2005;13(5–6): 3–23.

Одним из последствий позитивного процесса науки и техники являются сопутствующие явления, в том числе и негативные. При разработке установок, преобразующих энергию альтернативных источников, еще на этапе проектирования необходимо предусматривать снижение уровней интенсивности шумов. Эти мероприятия необходимы для обеспечения защиты окружающей среды от шумового загрязнения. Для разработки мероприятий, направленных на снижение звукового давления (УЗД) в шумах до уровня, предусмотренного нормативными документами [1], необходимо провести анализ шумов от оборудования, которое обеспечивает преобразование энергии альтернативных источников. Для безопасного функционирования таких установок необходимо: – определиться с источниками акустического излучения; – разработать теоретические основы процесса генерирования шума; – осуществить разработку расчетных моделей характеристик акустических полей. В таком ракурсе, не вызывает сомнений актуальность проблемы снижения шумов от конструктивных элементов систем энергообеспечения, в которых преобразуется энергия солнечного излучения, энергия ветрового потенциала, тепло окружающей среды и т.п. При этом необходимо исключить вредное влияние шумов на людей на прилегающих территориях и в жилых постройках, а также живых обитателей природы. Результатом проведенных исследований является формирование мероприятий по снижению уровня шумов инфразвукового диапазона. При проектировании инновационных систем энергообеспечения необходимо использовать компоненты, определяющие не только уровень шума, но и КПД используемых агрегатов. Так, например, для тепловых насосов выгодно использовать малошумные элементы, размещать компрессор снаружи здания или размещать его в звуконепроницаемую камеру. Размещение ВЭУ на удаленном расстоянии от жилой застройки. Непрерывный шум тепловых насосов можно снижать применением ротационного компрессора вместо поршневого, отказом от применения клапанов, как в некоторых ротационных компрессорах. Поршневые компрессоры следует хорошо балансировать для снижения вибраций и монтировать на виброгасящем основании. Выбор хладагента может влиять на уровень шума - предпочтителен более плотный пар, но если с ним связано повышение давления, то может быть и обратный эффект. В ветроагрегатах предлагается снижение скорости ротора в ночное время. Предложена методика, которая позволяет эффективно провести расчет УЗД первых инфразвуковых гармоник (2,4 Гц; 4,8 Гц; 9,16 Гц; 18, 32 Гц) и определить их характеристики направленности. Библ. 13, рис. 1.

The paper theoretically and experimentally investigates the fundamental limitations imposed by spin (or atomic) quantum projection noise on the sensitivity of optical quantum sensors based on thermal atoms (this class of devices includes frequency standards, magnetometers, and gyroscopes using optical detection of electron paramagnetic resonance). The effect of increasing the rms amplitude of the projection noise in the magnetometric scheme under the influence of strong optical pumping is demonstrated, its explanation is proposed and experimentally tested - it is shown that in a wide range of pump intensities this effect is explained by the invariance of the projection noise integral power with respect to the magnetic resonance line width. An experimental study of the parameters of projection noise in a magnetometric quantum sensor was carried out, recommendations were given for optimizing the sensor parameters.

Сформулирована модель, описывающая аморфно-нанокристаллическое превращение как при термическом отжиге, так и при импульсном тепловом воздействии миллисекундной длительности. Генерация нанокристаллов по толщине пленки происходит эстафетным образом, т. е. от нагреваемой поверхности движется волна превращения. Предлагаемый подход учитывает характерные особенности импульсного теплового источника: поверхностный характер, кратковременность воздействия, высокую интенсивность. Учитывались малоразмерность, сильная неравновесность системы, термонапряжения, внутренние термические флуктуации, внешний шум от источника энергии. Ключевые слова: аморфно-нанокристаллическое превращение, нанокристаллизация, термонапряжение.

Стабильность частоты лазеров, стабилизированных по внешним опорным оптическим резонаторам, может быть нарушена тепловыми шумами и колебаниями температуры резонатора. В работе рассмотрен метод, позволяющий осуществить частичное измерение и компенсацию теплового шума зеркал, и описана оригинальная конструкция оптического резонатора, имеющего нулевой коэффициент теплового расширения. Приведены последние результаты измерений стабильности частоты ультрастабильных лазеров для стронциевых оптических часов.

Статья посвящена математическому моделированию теплофизического эксперимента диагностики затюбингового пространства вертикальной тюбинговой крепи методом синхронной оптической термографии. Представлена постановка и численное решение двумерной краевой задачи нестационарного теплообмена, включающего в себя перенос тепла за счет теплопроводности, естественной конвекции и излучения. Обнаружение дефекта в затюбинговом пространстве осуществляется на основе анализа распределений фазовых характеристик колебаний температуры на доступной для наблюдений границе тюбинга, вычисленных методом цифровой синхронной корреляции. С целью оптимизации процесса активного теплового неразрушающего контроля проведено исследование влияния частоты нагрева, продолжительности нагрева и шума на распределение фазовых характеристик. Для математической обработки зашумленных данных предложен алгоритм, основанный на использовании эталонного распределения температуры на границе тюбинга с бездефектным затюбинговым пространством и включающий в себя фильтр Калмана, процедуру сглаживания Rauch-Tung-Striebel и метод сглаживающих сплайнов с критериальным выбором параметра сглаживания. Эффективность представленного подхода иллюстрируется результатами вычислительных экспериментов.

Актуальность исследования. Наноэлектромеханические системы,будучи высокочувствительными датчиками, имеющими малыеразмеры, и надежными в эксплуатации, находят все более широкое применение в нефтегазовой промышленности для мониторинга различных процессов в нефтедобыче – от разведки до повышения нефтеотдачи, а также при бурении скважин, очистке, фракционировании и переработке до вывода их из эксплуатации. Одним из примеров применения наноэлектромеханических систем является сейсмические исследование месторождений. Применениенаноэлектромеханических систем позволяет улучшить производительность в дополнение к существенной экономии средств и времени для широкого спектра технологий нефтегазовой промышленности. Благодаря возможности непрерывного контроля эти технологии могут стать основой «умных» месторождений. Цель: построение математической модели, наиболее полно описывающей нелинейную динамику чувствительного элемента наноэлектромеханического датчика под действием знакопеременной нагрузки. Для этогонеобходимо учесть наиболее распространённые в настоящее время кинематические гипотезы, масштабные эффекты с помощью моментной теории упругости,нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями, неоднородность материала, шумовые и тепловые поля.А также исследовать характер сложных нелинейных колебаний и выявитьзакономерности перехода их от гармонических к хаотическим. Объекты: геометрически и физически нелинейная нанобалка, описываемая кинематической моделью первого приближения, на которую воздействует равномерно распределенная знакопеременная поперечная нагрузка с гармонической составляющей, температурное поле и аддитивный внешний шум. Методы: вариационные методы,метод конечных разностей второго порядка точности для сведения системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных к задаче Коши, метод Ньюмарка для решения задачи Коши, метод переменных параметров упругости Биргерадля решения физически нелинейной задачи, метод вариационных итераций для получения аналитического решения двумерного уравнения теплопроводности. Результаты.Для получения аналитического решения теплопроводности применяется метод вариационных итераций. Построенаматематическая модельколебаний чувствительного элемента наноэлектромеханического датчика в виде размерно-зависимой балки, на которую действует равномерно распределенная поперечная нагрузка с гармонической составляющей. Помимо переменной нагрузки учитывалось влияние температурного поля и аддитивного внешнего шумового воздействия. Геометрическая нелинейность принята по теории Теодора фонКармана (связь между деформациями и перемещениями). Для учета физической нелинейностиматериалабалки применяются деформационная теория пластичности и метод переменных параметров упругости. Уравнения движения элемента механической системы, а также соответствующие граничные и начальные условия выведены исходя из принципа Остроградского–Гамильтона на базе модифицированной моментной теории с учетом гипотезы Эйлера–Бернулли.Выявлено,что температурное и шумовое поляуменьшают нагрузку, при которой происходит переход в хаотическое состояние системы. Переход от гармонических колебаний к хаотическим происходит по сценарию Рюэля–Такенса–Ньюхауза.

Темплатный синтез является перспективным методом получения мезопористых кремнеземов, позволяющий контролировать диаметр пор и площадь поверхности МСМ, благодаря значительной площади поверхности (700-1500 м2/г). Варьировать избирательность поглощения веществ возможно за счет жесткой структуры неорганической матрицы, доступности пор для проникновения объемных молекул органических веществ, а также возможность модифицирования материалов. Работы послед-них лет посвящены исследованиям в области получения новых мезопористых материалов, допиро-ванных редкоземельными элементами, материалов с особыми, малоизученными свойствами. Ранее авторами статьи были изучены адсорбционные свойства мезопористого силикагеля, допированного диспрозием и модифицированного никелем и установлено, что встраивание диспрозия в структуру материала изменяет адсорбционные свойства кремнезема.Целью работы являлось сравнение адсорбционных свойств синтезированных мезопористых силикагелей, допированных диспрозием и модифицированных медью и серебром.Темплатным методом синтезированы два образца мезопористого кремнезема: мезопористый кремнезем, допированный диспрозием и модифицированный медью (Dy-Cu/MC) и мезопористый кремнезем, допированный диспрозием и модифицированный серебром (Dy-Ag/MC).Текстурные и морфологические свойства образцов исследованы методами низкотемператур-ной адсорбции-десорбции азота, сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и рентгенофлуоресцентного анализа. Установ-лено, что введение диспрозия в структуру кремнеземного мезопористого материала приводит к уменьшению площади его поверхности с 600 до 514 м2/г. Синтезированные образцы характеризуются средним диаметром пор 3.4-7.2 нм. Синтезированный образец Dy-Ag/MС характеризуется наиболь-шим удельным объемом пор 2.3 см3/г.Методом обращенной газовой хроматографии получены термодинамические характеристики адсорбции (дифференциальная теплота адсорбции и изменение стандартной дифференциальной мо-лярной энтропии при адсорбции) для тестовых органических соединений. Установлено, что допиро-вание и последующее модифицирование приводит к изменениям теплот адсорбции для соединений склонных к различным типам специфических взаимодействий. Сравнивая адсорбционные свойства синтезированных образцов, можно сделать вывод, что Dy-Cu/MC проявляет наиболее ярко выражен-ные адсорбционные свойства по отношению к исследованным полярным тестовым соединениям. На образце Dy-Cu/MC метанол адсорбируется с большей теплотой, чем этанол, что, вероятно, обуслов-ливается низким значением объема пор образца.

Пояснювальна записка містить 75 сторінок, 11 рисунків, 6 таблиць, 26 літературних джерел, 4 додатки. Об'єкт дослідження: системи централізованого теплопостачання споживачів, приєднаних до КППВ «АТ Сумське НВО». Метою роботи є підвищення функціонування системи централізованого теплопостачання споживачів.

В данной работе представлены результаты моделирования суточного температурного режима помещения управления с помощью регулятора с предсказанием. Показан эффект от замены непрерывного управления работы нагревателя на "интеллектуальный" регулятор с предсказанием, учитывающий температуру в помещении и суточный прогноз уличной температуры.

Внаслідок наномасштабних розмірів структурних елементів теплові флуктуації відіграють суттєву, а іноді й вирішальну роль у формуванні фізичних властивостей наносистем. Один з найбільш простих і дієвих методів урахування теплових ефектів базується на введенні гаусівських білих шумів в динамічні рівняння, що описують такі системи. Метою даної кваліфікаційної роботи є вивчення методу рівнянь Ланжевена і Фоккера-Планка для врахування впливу теплових флуктуацій на поступальний та обертальний рухи однодоменних феромагнітних наночастинок у в’язкій рідині. Суть методу полягає у використанні фізично обґрунтованих детерміністичних рівнянь руху наночастинок, включенні до зовнішніх сил та моментів незалежних гаусівських білих шумів, що моделюють вплив внутрішніх теплових флуктуацій, та визначенні інтенсивності цих шумів шляхом аналізу стаціонарного розв’язку відповідного рівняння Фоккера-Планка. В даній роботі цей підхід використано для отримання базових рівнянь для опису впливу теплових флуктуацій на поступальний та обертальний рухи феромагнітних наночастинок у в’язкій рідині за умов, що 1) концентрація частинок мала, 2) вимушені потоки рідини ламінарні, 3) інерційні ефекти відсутні, а 4) вектори намагніченості наночастинок ‘вморожені’ в них.

Предложен метод управления для тепловых объектов, получены разгонные кривые теплового объекта, рассчитан максимально допустимый период дискретизации переходного процесса по теореме Котельникова, выбрана частота дискретизации, проведён эксперимент по управлению инерционным тепловым объектом.
Proposed a method of control thermal objects, obtained the acceleration curves of an object, calculated the maximum allowable sampling period of transition with the theorem of Kotelnikov, chosen the sampling frequency, conducted experiments for control the temperature of inertial object.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.13.03 «Системи та процеси керування» (151 – Автоматизація та комп’ютерно інтегровані технології) – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2018 р. Дисертацію присвячено аналізу систем керування розподіленими тепловими об’єктами, визначенню їх недоліків для розробки нових енергоефективних методів керування теплопостачанням адміністративних та офісних будівель з використанням систем з прогнозуванням. Розглянуто проблеми розробки енергозберігаючого керування тепловими об’єктами. Проаналізовано розподілені теплові об’єкти. Проведено класифікацію теплових об’єктів керування залежно від кількості використовуваних видів енергоносіїв, структури, режиму роботи опалювального обладнання. Досліджено існуючі методи синтезу систем керування розподіленими тепловими об’єктами та систем керування тепловою енергією. Розглянуто основні чинники, які впливають на температуру в приміщенні. Проаналізовано регулятори з прогнозуванням. Досліджено існуючі тенденції розвитку методів енергозберігаючого керування, які застосовуються у системах теплопостачання. Встановлено, що існуючі регулятори температури з прогнозуванням підтримують температуру в приміщенні в діапазоні від +19 °C до +22 °C з точністю ± 1 °C. Також встановлено, що регулятори, основані на погодозалежному, ПІД- та двопозиційному законах керування, скорочують витрати на енергоспоживання на 15%, а використання регуляторів з прогнозуванням зменшує енергоспоживання на 25–35%. Обґрунтовано перспективність розробки енергозберігаючих методів керування розподіленими тепловими об’єктами з прогнозуванням. Проведено аналіз поведінки розподілених теплових об’єктів керування, їх властивостей. Сформульовано вимоги до синтезу енергозберігаючих законів керування тепловими об’єктами. Визначено область досяжності, початкові і граничні умови при початковій стадії дослідження і моделювання об’єкта для знаходження ефективного рішення. Теоретично обґрунтовані передумови і обмеження для розробки методів енергозберігаючого керування. Проведено класифікацію регуляторів для керування розподіленими тепловими об’єктами в залежності від величини відношення часу транспортного запізнення до часу перехідних процесів. Розроблено алгоритм розв’язання задачі розрахунку розподілення тепла всередині офісного приміщення за допомогою моделі в середовищі ANSYS. Розроблено методику поділу структури приміщення на n об’єктів з зосередженими параметрами з однаковими властивостями простору. Розглянуті основні проблеми керування розподіленими тепловими об’єктами. Набув подальшого розвитку метод керування тепловим об’єктом з розподіленими параметрами за допомогою ступінчастої функції. Розроблено формули, які дозволяють перейти від керування об’єктом з зосередженими параметрами до керування об’єктом з розподіленими параметрами. Розроблено спосіб програмного керування тепловим об’єктом з розподіленими параметрами за допомогою широтно-імпульсної модуляції та прогнозуючого фільтра, де вектор цільової функції формується з помилки керування в поточний момент часу і прогнозованої помилки неузгодженості, що визначається як різниця між заданою температурою і температурою моделі регулятора. Розроблено мікроконтролерну систему керування теплопостачанням, яка складається з підсистеми збору інформації, підсистеми видачі керуючого впливу, центрального обчислювача та пульту керування. Встановлено, що для діагностування несправностей підсистеми збору інформації та видачі керуючого впливу повинні бути замкнуті в кільце. Розроблено алгоритми діагностики справності ліній даних, керування температурою об’єкта та реєстрації перехідних характеристик об'єкта керування. Встановлено, що реалізацію керуючого впливу у вигляді ступінчастої функції можна здійснювати за допомогою паралельного з’єднання нагрівачів різних потужностей. Запропоновано перейти до керування тепловим об’єктом за допомогою широтно-імпульсної модуляції, при якому регулюючий елемент працює в ключовому режимі через наявність недоліків у реалізації керуючого впливу у вигляді ступінчастої функції. На основі вимірів на реальному об’єкті побудована повна тривимірна модель приміщення з урахуванням зовнішніх обводів і точної внутрішньої геометрії. Побудована об’ємна розрахункова сітка з гексаедрів. Задані граничні умови з урахуванням системи опалення, системи вентиляції повітря, теплопровідності стін, температури зовнішнього повітря. Отримано перехідні криві впливу зовнішньої температури, вентиляції з температурою повітря, що дорівнює 20 °C, нагрівача потужністю 1.75 кВт на температуру в приміщенні. Створено програму-макрос (udf файл) на мові С у середовищі ANSYS для проведення експерименту. Задані умови для проведення моделювання: зовнішня температура змінюється від мінус 7 °С до + 5 °С, залежно від часу доби, початкова температура повітря в приміщенні + 18 °С, швидкість приточної та витяжної вентиляції 0.018 кг / с, температура приточної вентиляції + 20 °С. Проведено експеримент з підтримання заданого добового температурного режиму в приміщенні: з 00:00 до 08:00 + 10 °С, з 09:00 до 17:00 + 18 °С, з 18:00 до 00:00 + 15 °С. Порівняно розроблений метод ШІМ-регулювання з прогнозуванням з найбільш поширеними: двопозиційним регулюванням з гістерезисом ± 2 ° C, двопозиційним регулюванням без гістерезису і ПІД-регулюванням. За результатами моделювання встановлено, що найвищу точність показав метод ШІМ-регулювання з прогнозуванням. Найменш ефективним виявився метод двопозиційного регулювання з гістерезисом, рівним ± 2 ° C, який завдяки наявності інерції теплового об’єкта перевищив задану температуру в приміщенні. Отримано сумарний час роботи нагрівача протягом доби. Методи регулювання температурою за допомогою ПІД регулятора і регулятора з прогнозуванням показали приблизно однаковий час роботи нагрівача (39.89% проти 39.24%). Відповідно до місячної вартості за 1 кВт електроенергії, загального часу роботи нагрівача, потужності обчислено витрати на опалення для приміщень з однозмінним режимом роботи без вихідних для добового та місячного режимів. Встановлено, що відмова від безперервної роботи нагрівача і застосування регулятора з прогнозуванням дозволить зменшити час роботи опалювального обладнання на 56%: з 24-х до 10.5 год. За результатами моделювання побудовано температурні зони приміщення, які дають вихідну інформацію, в яких точках приміщення необхідно розташовувати датчики температури. Для експериментальних досліджень об’єктами керування обрано порожнистий сталевий стержень з розмірами: довжина 35.5 см, зовнішній діаметр 3.2 см, внутрішній діаметр 2.8 см, з намотаним на одному кінці нагрівачем довжиною 8.2 см від початку труби опором 19 Ом, і стерилізатор ГП-80. Для здійснення натурного експерименту зібрано експериментальну установку на базі мікроконтролера ATMega16, використано датчики DS18B20, мікросхему пам’яті AT24C256B-PU. Написано програму керування температурою об’єкта для мікроконтролера ATMega16. Для кожного з обраних об’єктів керування отримані перехідні криві та проведено експерименти з підтримання заданих температурних умов. Результати досліджень підтвердили правильність теоретичних передумов, покладених в основу розробки апаратно-програмного комплексу, і перспективність цього напрямку. Вирішено задачу пошуку оптимального співвідношення параметрів потужності нагрівача й інтервалу прогнозування за допомогою методу найменших квадратів. Встановлено, що для зменшення помилки регулювання імпульс керуючого впливу слід виробляти на початку інтервалу програмного регулювання з урахуванням величини перерегулювання. Результати наукових досліджень впроваджені в практику проектування систем автоматичного керування тепловими об’єктами, технологічними процесами підприємства ТОВ «ВО ОВЕН» (м. Харків). Матеріали дисертації використовуються в лекційних курсах «Теорія автоматичного керування» і «Програмні засоби систем керування» на кафедрі «АіУТС» НТУ «ХПІ».
Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences (PhD degree) in specialty 05.13.03 «Management systems and processes» (151 – Automation and computer-integrated technologies) National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» of Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2018. The thesis is devoted to the analysis of distributed thermal objects control using prediction systems to determine their disadvantages and development of new energy-efficient heat control methods for administrative and office buildings. The problems of thermal objects energy-saving control development are considered. Distributed thermal objects are analyzed. The author suggests a classification of thermal objects according to the number of used energy sources, structure, working mode of the heating equipment. Existing synthesis methods of control systems for distributed thermal objects and thermal energy control systems are investigated. The main factors affecting temperature in premises are considered. The regulators with prediction are analyzed. The existing tendencies in the development of energy saving control methods applied in heat supply systems are explored. It has been found that existing temperature controllers with prediction maintain temperature in the premises in the range from +19 °C to +22 °C with accuracy ± 1 °C. It has also been demonstrated that regulators based on weather-dependent, PID-, on–off control laws reduce energy consumption by 15%, using regulators with prediction reduces power consumption by 25-35%. Perspective of energy-saving methods control of distributed thermal objects with prediction is substantiated. The author has carried out an analysis of the behavior and properties of distributed thermal control objects. The requirements for the synthesis of energy-saving thermal objects control laws are formulated. Feasible region, initial and boundary conditions at the initial stage of research, modeling of the object for finding an effective solution have been determined. Prerequisites and constraints for the development of methods of energy saving management are theoretically justified. A classification of distributed thermal objects regulators, depending on the ratio of the transport delay time to the time of transient processes, has been carried out. The author developed an algorithm for solving the problem of calculation the heat distribution inside an office premises. A model of the room in the ANSYS environment is created. The method of dividing the structure of the premises into n objects with lumped parameters with the same properties of space is developed. The basic problems of distributed thermal objects control are considered. The control method of thermal object with distributed parameters using a step function have been further developed. Formulas that allow to refuse from an object with lumped parameters control to an object with distributed parameters control has been developed. The author developed a method of thermal object with distributed parameters control using pulse-width modulation with prediction filter, where the target function vector is formed from the control error at the current time and the predicted mismatch error, that is defined as the difference between the given temperature and the temperature of the regulator model. A microcontroller system of heat supply control, that consists of a subsystem of getting information, a subsystem of issuing control influence, central controller and control panel have been developed. It has been established that in order to identify the refusal of the subsystem of information gathering and the issuance of controlling influence, they must be closed in the circle. The algorithms of diagnosing the data linesї efficiency, controlling the temperature of the object and recording the transient characteristics of the control object are developed. It is established that the implementation of control influence in the form of a stepped function can be carried out with the help of a parallel connection of heaters of various power. It is suggested to control the temperature of a thermal object with pulse-width modulation, in which the control element operates in key mode due to the disadvantages of implementing a control effect in the form of a stepped function. On the basis of measurements on a real object, a complete three-dimensional model of the room taking into account external contours and exact internal geometry was constructed. Volumetric netting of hexahedrons was built. Boundary conditions taking into account the heating system, ventilation system, heat conductivity of walls, the temperature of the outside air were specified. Transient curves of influence on the room of external temperature, ventilation with air temperature equal to 20 °C, a 1.75 kW power heater temperature were obtained. A program macro (udf file) on C language in the ANSYS environment for the experiment was created. The conditions for the simulation: the external temperature varies from minus 7 °C to plus 5 °C, depending on the time of day, the initial air temperature in the room +18 °C, the speed of intake and exhaust ventilation 0.018 kg/s, the temperature of the intake ventilation + 20 °C were specified. An experiment to maintain a setting daily temperature mode in the room: from 00:00 to 08:00 + 10 °С, from 9:00 to 17:00 + 18 °С, from 18:00 to 00:00 + 15 ° С was conducted. Method of PWM regulation with prediction to the most common: twoposition regulation with hysteresis ± 2 ° C, two-position regulation without hysteresis and PID-regulation were compared. According to the simulation results, the PWM control with prediction the highest accuracy was exhibited. The least effective method was two-position regulation with hysteresis equal to ± 2 °C, which due to the inertia of the thermal object exceeded the given temperature in the room. The total time of the heater operation during the day is obtained. The methods of temperature control with the PID regulation and PWM with prediction control roughly the same time of operation of the heater (39.89% vs. 39.24%) were showed. According to the monthly cost of 1 kW of electricity, the total operating time of t he heater, heater power for the heating costs for rooms with one-shift operating mode without a weekend for day and month modes were calculated. It has been established that the refusal of continuous operation of the heater and using regulator with prediction will reduce the operating time of the heating equipment by 56%: from 24 to 10.5 h. According to the simulation results, the temperature modes of the premises that give the source information in which points of the room it is necessary to place the temperature sensors are obtained. For experimental studies, a hollow steel rod with dimensions: length 35.5 cm, outer diameter 3.2 cm, internal diameter 2.8 cm, wound on one end with a heater length of 8.2 cm from the beginning of the tube with a resistance of 19 Ohms, and sterilizer GP-80 were selected. For a real experiment, an experimental installation based on the ATMega16 microcontroller, sensors DS18B20, microchip memory AT24C256B-PU was used. A program of the object temperature control on the ATMega16 microcontroller is written. For each of the selected control objects transition curves were obtained and experiments of maintaining the specified temperature conditions were carried out. The correctness of the theoretical prerequisites for the development of the hardware and software complex was confirmed by the results of the research. The problem of finding the optimal ratio of heater power parameters and forecasting interval using the least squares method is solved. It was found that to reduce the control error, the control impulse pulse should be made at the beginning of the program control interval, taking into account the amount of overshoot. The results of scientific research were introduced into the practice of designing systems for automatic control of thermal objects, technological processes of the enterprise VO OWEN (Kharkiv). The materials of the dissertation are used in lecture courses "Theory of automatic control" and "Software tools of control systems" at the department automation and control systems NTU "KhPI".

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.03 – системи та процеси керування.  Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2018. Дисертація присвячена розробці й удосконаленню методів енергозберігаючого керування розподіленими тепловими об’єктами для застосування в існуючих і нових системах теплопостачання. Запропоновано спосіб керування тепловими об’єктами з розподіленими параметрами з прогнозуванням, де як керуючий вплив використовується ШІМ-сигнал. Набув подальшого розвитку спосіб керування тепловими об’єктами з розподіленими параметрами з прогнозуванням, з керуючим впливом типу ступінчастої функції. Запропоновано формули, які дозволяють перейти від керування об’єктом із зосередженими параметрами до керування об’єктом з розподіленими параметрами в n точках простору, з використанням p нагрівачів. У середовищі ANSYS на основі вимірів на реальному об’єкті з використанням методу скінченних елементів побудована імітаційна модель приміщення. На цій моделі застосовано алгоритми керування температурним полем з використанням ШІМ-керування з прогнозуванням, ПІД-регулятора, двопозиційного керування та промодельована безперервна робота нагрівача. За допомогою розробленого програмно-апаратного комплексу на базі мікроконтролера AtMega 16 для обраних об’єктів керування – сталевого порожнистого стержня і камери стерилізатора – здійснено експериментальні дослідження для підтримання заданої температури за допомогою ШІМ-керування з прогнозуванням. Результати досліджень засвідчили високу ефективність роботи методу з урахуванням зовнішніх збурень і підтриманням температури з точністю не більше ± 1 % від заданого значення температури.
The thesis on Candidate Degree in Technical Sciences: Specialty 05.13.03 – management systems and processes. – National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the development and improvement of energy-efficient control methods of distributed thermal objects for using in heat supply systems. The thesis proposes a control method of thermal objects with distributed parameters with prediction filter, where the PWM signal is used as the control action. The method of controlling thermal objects with distributed parameters with prediction using the step function as control effect has been further developed. The paper presents a formalized description of predictive control methods that allow to control temperature of an object with distributed parameters instead of object with lumped parameters temperature control at n points with p heaters. A simulation room model based on measurements of the room and the finite element method in the ANSYS environment was constructed. Using developed predictive controller, experiments of maintaining the assigned daily temperature mode were carried out. The developed method of PWM predictive control with continuous control, two-position, PID-control was compared. Experiments of maintaining the set temperature of the steel hollow rod and the sterilizer chamber using the developed software and hardware complex, based on the microcontroller AtMega 16 and PWM with prediction control method, were carried out.

Бабенко О. Г. Дослідження умов праці та рівня травматизму під час виробництва теплової енергії : кваліфікаційна робота магістра спеціальності 263 "Цивільна безпека" / наук. керівник Є. А. Манідіна. Запоріжжя : ЗНУ, 2020. 76 с.
UA : Приведена оцінка рівня охорони праці на підприємствах вироблення теплової енергії, встановлені причини виникнення нещасних випадків на підприємстві, встановлені коефіцієнти частоти та важкості травматизму за останні 5 років. Проведено дослідження умов праці на підприємствах вироблення теплової енергії, визначені умови праці робітників та надані рекомендації по поліпшенню умов праці. Розроблена та досліджена система глушників, що дозволяє знизити рівень аеродинамічного шуму.
EN : The assessment of the level of labor protection at the enterprises of heat energy generation is given, the causes of accidents at the enterprise are established, the coefficients of frequency and severity of injuries over the last 5 years are established. A study of working conditions at heat power generation enterprises was carried out, working conditions of workers were determined and recommendations were given for improving working conditions. A muffler system has been developed and studied, which allows to reduce the level of aerodynamic noise.

Сухие вентиляторные градирни тепловых электрических станций могут быть источником превышения санитарных норм на территории станции и в окружающем районе. В статье проведен анализ уровня шума сухих вентиляторных градирен в зависимости от мощности тепловых электрических станций. Получена формула позволяющая определить изменение уровня звука сухих вентиляторных градирен в зависимости от электрической мощности тепловых электрических станций. Dry fan cooling towers of thermal power plants can be a source of exceeding sanitary standards on the territory of the plant and in the surrounding area. The article analyzes the noise level of dry fan cooling towers depending on the power of thermal power plants. A formula has been obtained that makes it possible to determine the change in the sound level of dry fan cooling towers depending on the electrical power of thermal power plants.