Добірка наукової літератури з теми "Моделювання теплового поля"

У статті досліджено використання теплоти інфрачервоного випромінювання яке є одним з ефективних шляхів інтенсифікації теплової обробки ковбасних батонів і дозволяє значно скоротити тривалість її обробки і підвищити якість готових виробів. На основі сучасного підходу вирішене завдання пов'язане з тепловою обробкою, яке полягає в дослідженні тих способів і режимів, забезпечуючих необхідну інактивацію мікрофлори, максимальне збереження харчової цінності продукту. На основі визначених передумов розглянута математична модель спільного тепломасопереносу і теплової обробки ковбасних батонів циліндричної форми в обсмажувальній установці з інфрачервоним (ІЧ) -нагріванням. досліджені такі способи і режими, які забезпечували б, разом з необхідною інактивацією шкідливої мікрофлори, максимальне збереження харчової цінності продукту. досліджено комплекс параметрів, які мають безпосередній вплив на хід процесу теплової дії на ковбасні батони. Враховане загасання променистого потоку, що проникає в продукт, яке описане параболічним законом. Реалізовані ефективні шляхи інтенсифікації теплової обробки ковбасних батонів з використання енергії і підвищення якості готових виробів на основі математичної моделі дії теплового електромагнітного поля ІЧ діапазону. Поставлена і аналітично вирішена задача спільного тепло- і масопереносу при інфрачервоному нагріванні ковбасного батона циліндричної форми. Отримані результати дозволять розрахувати поля температури і вмісту вологи, усереднені значення відповідних потенціалів перенесення, температури нагрівання, витрати тепла в процесі теплообміну, а також одержати формули, зручні для інженерних розрахунків. Запропоновані аналітичні конструкції дають можливість визначати час, необхідний для досягнення продуктом певної температури і вмісту вологи, забезпечуючи втрати маси при підсушуванні в діапазоні 0,5-1,8 % при тривалості процесу від 3 до 30 хвилин.

Актуальність теми дослідження. Охолодження полімерних листів, як і більшість процесів переробки пласт-мас, належить до неізотермічних процесів, тобто необхідно розв’язувати теплову задачу. Від точного розрахунку теплового балансу дуже залежить кінцевий результат екструзійного процесу. Тому запропонована математична модель та програмний блок для її реалізації допоможуть значно покращити технологічні та економічні показники екструзійних ліній із випуску полімерних листів. Постановка проблеми. Виготовленню полімерних листів присвячено багато наукових праць. При цьому такому процесу, як охолодження кінцевого продукту після екструзії приділено не багато уваги. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Створено декілька математичних моделей теплових процесів для теплоенергетичного обладнання. Наприклад: для одночерв’ячних, двочерв’ячних, черв’ячно-дискових екструдерів тощо. При цьому запропоновано різні розрахункові схеми, методи та рівняння для їх вирішення.Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Математичну модель для відображення процесів охолодження полімерних листів після їх екструзії можна вважати розширенням цих досліджень. Постановка завдання. Основна мета цієї статті полягає в розробці математичної моделі для аналізу температурного поля при охолодженні полімерних листів на екструзійних лініях, що дозволить оптимізувати не тільки технологічні параметри, а й конструктивні характеристики лінії. Виклад основного матеріалу. При виборі граничних умов треба враховувати реальні конструктивні особливості системи охолодження полімерних листів, що одержують на екструзійних лініях. Представлено розрахункову схему та рівняння теплового балансу. Одержання математичної моделі здійснювалось за допомогою операційного методу, використовуючи інтегральне перетворення Лапласа. Розроблено програму розрахунку параметрів для конкретних умов виробництва. Висновки відповідно до статті.Приведено сучасний літературний огляд теплових задач. Розроблено математичну модель для моделювання процесів охолодження полімерних листів після їх екструзії. Побудовано програмний блок на базі математичного пакета MathCAD для реалізації розробленої математичної моделі

Робота присвячена дослідженню можливостей використання методів чисельної газодинаміки для оптимізації і оцінки впливу конструктивних характеристик реакційної камери для отримання терморозщепленого графіту, як сорбенту для ліквідації наслідків розливу нафтопродуктів на водній поверхні, на його експлуатаційні характеристики. При розрахунках використовувалася стандартна SST модель турбулентної в'язкості реалізованості в програмному комплексі ANSYS 12. Результати моделювання дозволили домогтися стійкої роботи ежектора, за допомогою якого графіт вводиться в реакційну камеру. Виявлена необхідність перепрофілювання реакційної камери для забезпечення більш стійкого вихрового течії всередині її, з метою забезпечення сепарації розщепленого і нерозщепленного графіту, збільшення часу проходження реакції розширення і створення рівномірного теплового поля в реакторі, що дозволило зменшити щільність і підвищити сорбційну здатність терморасширенного графіту.

Тришевський О. І., Салтавець М. В., Кондращенко В. О. Обґрунтування та вибір схем охолодження валків листопрокатних станів на основі математичного моделювання процесів теплообміну валків з полосою. Oбробка матеріалів тиском. 2020. № 1 (50). С. 307-314. Розглянуто особливості обладнання і технологічних процесів отримання гарячекатаного листа на широкосмугових станах України та промислово розвинених країн, таких як США, Німеччина, Франція, Італія, Австрія, Японія. Визначено основні тенденції вдосконалення технології та обладнання з метою зниження енерговитрат, собівартості продукції, що випускається і підвищення її конкурентоспроможності за кордоном. Основними з них є забезпечення стабільності параметрів технологічного процесу прокатки листа за рахунок застосування сучасних конструкцій прокатних станів, оснащення їх відповідною контрольно-вимірювальною апаратурою та засобами автоматизації технологічного процесу, а також удосконалення технології прокатки й охолодження за допомогою використання компактних установок надшвидкісного охолодження смуги, які встановлюються між чорновою і чистовою групами клітей, а також після чистової групи перед моталками. Використання такої технології надшвидкісного охолодження полоси при прокатці дозволяє отримати гарячекатану листову сталь зі стабільними механічними властивостями при прокатці надтонких листів. Викладено результати теоретичних досліджень теплового стану робочих валків під час гарячої прокатки листа на прикладі чистової кліті стану 2250 Алчевського металургійного комбінату. Дано рекомендації щодо застосування ефективних схем охолодження валків. Зокрема запропоновані дві нові схеми їх охолодження: а) перспективна; б) економічна. При використанні перспективної схеми подачі води на валок зростання температури за один цикл зменшується вдвічі і становить 5-6 ° С. Істотна відмінність економічного способу подачі води полягає в тому, що стабілізація температурного поля валка забезпечується при зменшенні на 25% довжини зони примусового охолодження, з'являється можливість зменшити кількість води на охолодження. Стійкість валків за рахунок стабілізації теплового стану підвищується на 10%.

Актуальність теми дослідження. На сьогодні тліючий розряд середніх тисків знайшов значне поширення в різних технологічних процесах хіміко-термічної обробки, нанесення покриттів, зварювання і паяння завдяки можливості регулювання теплових впливів у широких межах. Постановка проблеми. Однак поряд зі сприятливими передумовами виявили і недоліки, здебільшого пов’язані зі складнощами зварювання в полі нормального тліючого розряду деталей, що суттєво відрізняються за теплофізичними властивостями, що зумовлено особливостями теплового впливу при підвищених тисках газу в робочій камері. Аналіз останніх досліджень і публікацій. Показано, що тліючий розряд, який горить у порожнистому катоді, забезпечує рівномірний розподіл теплової енергії, що забезпечує можливість отримання надійних металокерамічних дифузійно-зварних з’єднань. Мета роботи. Метою цієї роботи є порівняльний аналіз напружено-деформованого стану (НДС) при дифузійному зварюванні з’єднань із різнорідних матеріалів, що виникає під час нагрівання в нормальному тліючому розряді та тліючому розряді, ініційованому в порожнистому катоді. Виклад основного матеріалу. Шляхом комп’ютерного моделювання в програмному пакеті ANSYS v.16.0 здійснено порівняльний аналіз напружено-деформованого стану дифузійно-зварних теплофізично «тонких» та «масивних» деталей у процесі нагрівання в полі нормального тліючого розряду та розряду в порожнистому катоді. Висновки відповідно до статті. Встановлено, що при нагріванні теплофізично «масивних» різнорідних тіл у плазмі НТР утворюється несприятливий НДС із рівнем напружень, що на 19% перевищує межу витривалості кераміки. Такий вузол функціонувати не може. Водночас під час зварювання в ТРПК рівень напружень, що виникають у «масивних» з’єднаннях не перевищує допустимий.

Система освіти, яка ґрунтується на наукових засадах її організації, характеризується зміщенням акцентів від отримання готового наукового знання до оволодіння методами його отримання як основи розвитку загальнонаукових компетенцій.Уже достатньо чітко визначена спрямованість нової освітньої парадигми, осмислені її детермінуючі особливості, визначено предмет постнекласичної педагогіки та її основоположні аксіоми. Вироблені пріоритети всієї постнекласичної дидактики, аж до розроблення її категоріального апарату. Проте, на фоні такої колосальної роботи педагогічної думки так і не сформульовано достатньо чітко концептуальні основи постнекласичної дидактики, яка перебуває в стані активного формування як загалом, так і по відношенню до її природничо-наукової компоненти.На сучасному етапі модернізації освіти головним завданням стає формування у студентів здатності навчатися, самостійно здобувати знання і творчо мислити, приймати нестандартні рішення, відповідати за свої дії і прогнозувати їх наслідки; за період навчання у них мають бути сформовані такі навики, які їм будуть потрібні упродовж всього життя, у якій би галузі вони не працювали: самостійність суджень, уміння концентруватися на основних проблемах, постійно поповнювати власний запас знань.Зараз вимоги до рівня підготовки випускника пред’являються у формі компетенцій. Обов’язковими компонентами будь-якої компетенції є відповідні знання і уміння, а також особистісні якості випускника. Синтез цих компонентів, який виражається в здатності застосовувати їх у професійній діяльності, становлять сутність компетенції. Отже, інтегральним показником досягнення якісно нового результату, який відповідає вимогам до сучасного вчителя, виступає компетентність випускника університету. Оволодіння сукупністю універсальних (завдяки інтегральному підходові до викладання) і професійних компетенцій дозволить випускнику виконувати професійні обов’язки на високому рівні. Необхідно шляхом інтеграції навчальних дисциплін, використовуючи активні методи та інноваційні технології, які привчають до самостійного набуття знань і їх застосування, допомагати як формуванню практичних навиків пошуку, аналізу і узагальнення любої потрібної інформації, так і набуттю досвіду саморозвитку і самоосвіти, самоорганізації і самореалізації, сприяти становленню і розвиткові відповідних компетенцій, актуальних для майбутньої професійної діяльності учителя.Стосовно обговорюваного питання, то в результаті вивчення циклу природничих дисциплін випускник повинен знати фундаментальні закони природи, неорганічної і органічної матерії, біосфери, ноосфери, розвитку людини; уміти оцінювати проблеми взаємозв’язку індивіда, людського суспільства і природи; володіти навиками формування загальних уявлень про матеріальну першооснову Всесвіту. Звичайно, що забезпечити такі компетенції будь-яка окремо взята природнича наука не в змозі. Шлях до вирішення цієї проблеми лежить через їх інтеграцію, тобто через оволодіння масивом сучасних природничо-наукових знань як цілісною системою і набуття відповідних професійних компетенцій на основі фундаментальної освіти [2].Когнітивною основою розвитку загальнонаукових компетенцій є наукові знання з тих розділів дисциплін природничо-наукового циклу ВНЗ, які перетинаються між собою. Тобто, успішність їх розвитку визначається рівнем міждисциплінарної інтеграції вказаних розділів. Загальновідомо, що найбільший інтеграційний потенціал має загальний курс фізики, оскільки основні поняття, теорії і закони фізики широко представлені і використовуються у більшості інших загальнонаукових і вузькоприкладних дисциплін, що створює необхідну базу для розвитку комплексу загальнонаукових компетентностей.У той же час визначальною особливістю структури наукової діяльності на сучасному етапі є розмежування науки на відносно відособлені один від одного напрями, що відображається у відокремлених навчальних дисциплінах, які складають змістове наповнення навчальних планів різних спеціальностей у ВНЗ. До деякої міри це має позитивний аспект, оскільки дає можливість більш детально вивчити окремі «фрагменти» реальності. З іншого боку, при цьому випадають з поля зору зв’язки між цими фрагментами, оскільки в природі все між собою взаємопов’язане і взаємозумовлене. Негативний вплив відокремленості наук вже в даний час особливо відчувається, коли виникає потреба комплексних інтегрованих досліджень оточуючого середовища. Природа єдина. Єдиною мала б бути і наука, яка вивчає всі явища природи.Наука не лише вивчає розвиток природи, але й сама є процесом, фактором і результатом еволюції, тому й вона має перебувати в гармонії з еволюцією природи. Збагачення різноманітності науки повинно супроводжуватися інтеграцією і зростанням упорядкованості, що відповідає переходу науки на рівень цілісної інтегративної гармонічної системи, в якій залишаються в силі основні вимоги до наукового дослідження – універсальність досліду і об’єктивний характер тлумачень його результатів.У даний час загальноприйнято ділити науки на природничі, гуманітарні, математичні та прикладні. До природничих наук відносять: фізику, хімію, біологію, астрономію, геологію, фізичну географію, фізіологію людини, антропологію. Між ними чимало «перехідних» або «стичних» наук: астрофізика, фізична хімія, хімічна фізика, геофізика, геохімія, біофізика, біомеханіка, біохімія, біогеохімія та ін., а також перехідні від них до гуманітарних і прикладних наук. Предмет природничих наук складають окремі ступені розвитку природи або її структурні рівні.Взаємозв’язок між фізикою, хімією і астрономією, а особливо аспектний характер фізичних знань стосовно до хімії і астрономії дають можливість стверджувати, що роль генералізаційного фактору при формуванні змісту природничо-наукової освіти можлива лише за умови функціонування системи астрофізичних знань. Генералізація фізичних й астрономічних знань, а також підвищення ролі наукових теорій не лише обумовили фундаментальні відкриття на стику цих наук, але й стали важливим засобом подальшого розвитку природничого наукового знання в цілому [4]. Що стосується змісту, то його, внаслідок бурхливого розвитку астрофізики в останні декілька десятків років потрібно зробити більш астрофізичним. Астрофізика як розділ астрономії вже давно стала найбільш вагомою її частиною, і роль її все більше зростає. Вона взагалі знаходиться в авангарді сучасної фізики, буквально переповнена фізичними ідеями й має величезний позитивний зворотній зв’язок з сучасною фізикою, стимулюючи багато досліджень, як теоретичних, так і експериментальних. Зумовлено це, в першу чергу, невпинним розвитком сучасних астрофізичних теорій, переоснащенням науково-технічної дослідницької бази, значним успіхом світової космонавтики [3].Разом з тим, сучасна астрономія – надзвичайно динамічна наука; відкриття в ній відбуваються в різних її галузях – у зоряній і позагалактичній астрономії, продовжуються відкриття екзопланет тощо. Так, нещодавно відкрито новий коричневий карлик, який через присутність у його атмосфері аміаку і тому, що його температура істотно нижча, ніж температура коричневих карликів класів L і T, може стати прототипом нового класу (його вчені вже позначили Y). Важливим є й те, що такий коричневий карлик – фактично «сполучна ланка» між зорями і планетами, а його відкриття також вплине на вивчення екзопланет.Сучасні астрофізичні космічні дослідження дозволяють отримати унікальні дані про дуже віддалені космічні об’єкти, про події, що відбулися в період зародження зір і галактик. Міжнародна астрономічна спілка (МАС) запровадила зміни в номенклатурі Сонячної системи, ввівши новий клас об’єктів – «карликові планети». До цього класу зараховано Плутон (раніше – дев’ята планета Сонячної системи), Цереру (до цього – найбільший об’єкт з поясу астероїдів, що міститься між Марсом і Юпітером) та Еріду (до цього часу – об’єкт 2003 UB313 з поясу Койпера). Водночас МАС ухвалила рішення щодо формулювання поняття «планета». Тому, планета – небесне тіло, що обертається навколо Сонця, має близьку до сферичної форму і поблизу якого немає інших, таких самих за розмірами небесних тіл. Існування в планетах твердої та рідкої фаз речовини в широкому діапазоні температур і тисків зумовлює не тільки величезну різноманітність фізичних явищ та процесів, а й перебіг різнобічних хімічних процесів, таких, наприклад як, утворення природних хімічних сполук – мінералів. На жодних космічних тілах немає такого розмаїття хімічних перетворень, як на планетах. Проте на них можуть відбуватися не тільки фізичні та хімічні процеси, а й, як свідчить приклад Землі, й біологічні та соціальні. Тобто планети відіграють особливу роль в еволюції матерії у Всесвіті. Саме завдяки існуванню планет у Всесвіті відбувається перехід від фізичної форми руху матерії до хімічної, біологічної, соціальної, цивілізаційної. Планети – це база для розвитку вищих форм руху матерії. Слід зазначити, що це визначення стосується лише тіл Сонячної системи, на екзопланети (планет поблизу інших зір) воно поки що не поширюється. Було також визначено поняття «карликова планета». Окрім цього, вилучено з астрономічної термінології термін «мала планета». Таким чином, сьогодні в Сонячній системі є планети (та їх супутники), карликові планети (та їх супутники), малі тіла (астероїди, комети, метеороїди).Використання даних сучасних астрономічних, зокрема астрофізичних уявлень переконливо свідчать про те, що дійсно всі випадки взаємодій тіл у природі (як в мікросвіті, так й у макросвіті і мегасвіті) можуть бути зведені до чотирьох видів взаємодій: гравітаційної, електромагнітної, ядерної і слабкої. В іншому плані, ілюстрація застосувань фундаментальних фізичних теорій, законів і основоположних фізичних понять для пояснення особливостей будови матерії та взаємодій її форм на прикладі всіх рівнів організації матерії (від елементарних частинок до мегаутворень Всесвіту) є переконливим свідченням матеріальної єдності світу та його пізнаваності.Наукова картина світу, виконуючи роль систематизації всіх знань, одночасно виконує функцію формування наукового світогляду, є одним із його елементів [1]. У свою чергу, з науковою картиною світу завжди корелює і певний стиль мислення. Тому формування в учнів сучасної наукової картини світу і одночасно уявлень про її еволюцію є необхідною умовою формування в учнів сучасного стилю мислення. Цілком очевидно, що для формування уявлень про таку картину світу і вироблення у них відповідного стилю мислення необхідний й відповідний навчальний матеріал. В даний час, коли астрофізика стала провідною складовою частиною астрономії, незабезпеченість її опори на традиційний курс фізики є цілком очевидною. Так, у шкільному курсі фізики не вивчаються такі надзвичайно важливі для осмисленого засвоєння програмного астрономічного матеріалу поняття як: ефект Доплера, принцип дії телескопа, світність, закони теплового випромінювання тощо.В умовах інтенсифікації наукової діяльності посилюється увага до проблем інтеграції науки, особливо до взаємодії природничих, технічних, гуманітарних («гуманітаризація освіти») та соціально-економічних наук. Розкриття матеріальної єдності світу вже не є привілеями лише фізики і філософії, та й взагалі природничих наук; у цей процес активно включилися соціально-економічні і технічні науки. Матеріальна єдність світу в тих галузях, де людина перетворює природу, не може бути розкритою лише природничими науками, тому що взаємодіюче з нею суспільство теж являє собою матерію, вищого ступеня розвитку. Технічні науки, які відображають закони руху матеріальних засобів людської діяльності і які є тією ланкою, що у взаємодії поєднує людину і природу, теж свідчать про матеріальність засобів людської діяльності, з допомогою яких пізнається і перетворюється природа. Тепер можна стверджувати, що доведення матеріальної єдності світу стало справою не лише філософії і природознавства, але й всієї науки в цілому, воно перетворилося у завдання загальнонаукового характеру, що й вимагає посилення взаємозв’язку та інтеграції перерахованих вище наук.Звичайно, що найбільший внесок у цю справу робить природознавство, яке відповідно до характеру свого предмета має подвійну мету: а) розкриття механізмів явищ природи і пізнання їх законів; б) вияснення і обґрунтування можливості екологічно безпечного використання на практиці пізнаних законів природи.Інтеграція природничо-наукової освіти передбачає застосування впродовж всього навчання загальнонаукових принципів і методів, які є стержневими. Для змісту інтегративних природничо-наукових дисциплін найбільш важливими є принцип доповнюваності, принцип відповідності, принцип симетрії, метод моделювання та математичні методи.Вважаємо за доцільне звернути особливу увагу на метод моделювання, широке застосування якого найбільш характерне для природничих наук і є необхідною умовою їх інтеграції. Необхідність застосування методу моделювання в освітній галузі «природознавство» очевидна у зв’язку зі складністю і комплексністю цієї предметної галузі. Без використання цього методу неможлива інтеграція природничо-наукових знань. У процесі моделювання об’єктів із області природознавства, що мають різну природу, якісно нового характеру набувають інтеграційні зв'язки, які об’єднують різні галузі природничо-наукових знань шляхом спільних законів, понять, методів дослідження тощо. Цей метод дозволяє, з одного боку, зрозуміти структуру різних об’єктів; навчитися прогнозувати наслідки впливу на об’єкти дослідження і керувати ними; встановлювати причинно-наслідкові зв’язки між явищами; з іншого боку – оптимізувати процес навчання, розвивати загальнонаукові компетенції.Фундаментальна підготовка студентів з природничо-наукових спеціальностей неможлива без послідовного і систематичного формування природничо-наукового світогляду у майбутніх фахівців.Науковий світогляд – це погляд на Всесвіт, на природу і суспільство, на все, що нас оточує і що відбувається у нас самих; він проникнутий методом наукового пізнання, який відображає речі і процеси такими, якими вони існують об’єктивно; він ґрунтується виключно на досягнутому рівні знань всіма науками. Така узагальнена система знань людини про природні явища і її відношення до основних принципів буття природи складає природничо-науковий аспект світогляду. Отже, світогляд – утворення інтегральне і ефективність його формування в основному залежить від ступеня інтеграції всіх навчальних дисциплін. Адже до складу світогляду входять і відіграють у ньому важливу роль такі узагальнені знання, як повсякденні (життєво-практичні), так і професійні та наукові.Вищим рівнем асоціативних зв’язків є міждисциплінарні зв’язки, які повинні мати місце не лише у змісті окремих навчальних курсів. Тому, сучасна тенденція інтеграції природничих наук і створення спільних теорій природознавства зобов’язує викладацький корпус активніше упроваджувати міждисциплінарні зв’язки природничо-наукових дисциплін у навчальний процес ВНЗ, що позитивно відобразиться на ефективності його організації та підвищенні якості навчальних досягнень студентів.Підсумовуючи вище викладене, можна зробити наступні висновки:Однією з особливостей компетентісного підходу, що відрізняє його від знанієво-центрованого, є зміна функцій підготовки вчителів з окремих дисциплін, які втрачають свою традиційну самодостатність і стають елементами, що інтегруються у систему цілісної психолого-педагогічної готовності випускника до роботи в умовах сучасного загальноосвітнього навчального закладу.Інтеграційні процеси, так характерні для сучасного етапу розвитку природознавства, обов’язково мають знаходити своє відображення в природничо-науковій освіті на рівні як загальноосвітньої, так і вищої школи. Майбутнім педагогам необхідно усвідомлювати взаємозв’язок і взаємозалежність наук, щоб вони могли підготувати своїх учнів до роботи в сучасних умовах інтеграції наук.Учителям біології, хімії, географії необхідно володіти методами дослідження об’єктів природи, переважна більшість яких базується на законах фізики і передбачає уміння працювати з фізичними приладами. Крім того, саме фізика створює основу для вивчення різноманітних явищ і закономірностей, які складають предмет інших природничих наук.Інтеграція природничо-наукових дисциплін дозволить розкрити у процесі навчання фундаментальну єдність «природа – людина – суспільство», значно посилить інтерес студентів до вивчення цього циклу дисциплін, дасть можливість інтенсифікувати навчальний процес і забезпечити високий рівень якості його результату.

В роботі наведено причини і виконане обґрунтування доцільності впровадження на етапі проектування розподільчого трансформатора з економічно обґрунтованою і оптимальною конструкцією - методу моделювання поля температур на підставі вирішення рівняння Пуассона, якому відповідає будь-яке стаціонарне температурне поле з внутрішніми джерелами тепла. За приведеною формалізацією математичної моделі до виду рівняння Пуассона, підґрунтям якої є результати вирішення задачі флюїдної динаміки по рівнянням Нав’є - Стокса, виконано розрахунки поля швидкості масла у системі охолодження фази трансформатора у двомірній аксіальній системі координат та на підставі їх значень розраховано поле температур. Для підкреслення важливості вирішення задачі Нав’є - Стокса, наведено результати розрахунку поля температур без урахування швидкості руху охолоджуючої речовини - масла. Виконане моделювання теплової підсистеми доцільне для впровадження в наукових розробках відповідних електромагнітних пристроїв і в навчальному процесі, оскільки дозволяє здійснювати обґрунтований вибір магнітної індукції в стрижні магнітопроводу і густини струму в обмотках за показником припустимих в них температур нагріву.

У статті представлено огляд літератури та експериментальні дослідження, що стосуються процесупервинної переробки плодів кісточкових культур на прикладі абрикосу сорту «Домашній» у свіжому стані (холоднимспособом) на перфорованій поверхні в полі відцентрових сил з метою розділення вихідної сировини на напівфабрикат(м’якоть) та відходи (кісточки). Вказане розділення відбувається внаслідок поступового відокремлення фрагментівм’якоті гострими кромками отворів круглої форми нерухомої перфорованої оболонки. Рухомою силою процесу є обе-ртовий рух лопатевого ротора.Запропонований спосіб дозволяє процес розділення плодів виконувати в безперервному режимі з одночаснимрозділенням на фракції в робочому просторі машини, приводить до зберігання теплової енергії та раціонального вико-ристання відходів (кісточок) як вторинної сировини.

На сьогодні задача акумулювання теплової енергії є досить актуальною. Перспективним напрямком є використання теплоакумулюючих матеріалів з фазовим переходом. При цьому важливо вибрати матеріал, який зможе забезпечити теплові та експлуатаційні параметри процесу. Як такий матеріал запропоновано використовувати суміш на основі 85 % парафіну та 15 % буровугільного воску, що використовується в ливарному виробництві. В даній роботі розглянуті теоречні та експериментальні дослідження процесу теплообміну при фазових переходах «тверде тіло - рідина», що відбуваються при нагріванні та охолоджені теплоакумулюючого матеріалу. Для вивчення процесу була прийнята модель акумулятора капсульного типу, що складається з теплоакумулюючих елементів, якими є тонкостінні металеві трубчасті контейнери, заповнені матеріалом з фазовим переходом. Експериментально та теоретично процес теплообміну з урахуванням фазового переходу теплоакумулюючого матеріалу було змодельовано на прикладі окремого теплоакумулюючого елемента. В результаті отримано розподіл температури в теплоакумулюючому елементі під час охолодження (від 80 до 22 °С) та нагрівання при контакті зовнішньої стінки металевої капсули з теплоносієм, нагрітим до 80 °С та з теплоносієм, що нагрівається зі швидкістю 0,35, 0,77 і 1,17 К/хв. від 22 до 80 °С. Було підтверджено, що при використанні невеликих об’ємів капсул конвективною складовою в рівнянні теплопровідності можна знехтувати. Співставлення даних результатів з експериментальними показало адекватність результатів розрахунків. Порівняння результатів експериментальних та теоретичних досліджень підтверджують можливість використання принципу ефективної теплоємності для розрахунку теплообміну при фазовому переході та дозволяють досить точно передбачити фактичний час нагрівання та охолодження. Результати розрахунків також підтвердили дані, одержані експериментально – під час нагрівання з високою швидкістю спостерігається висока неоднорідність температурного поля в межах розрізу. Експериментально виявлено, що не має сенсу застосовувати високу швидкість нагрівання. В результаті визначені особливості кінетики нагрівання та охолодження при фазовому переході, що дозволило встановити раціональний режим нагрівання. At present, the problem of heat storage is very relevant. The promising direction is the use of the heat storage materials with phase change. It is important to choose a material that can provide the thermal and operational parameters of the process. As a material, a mixture of 85% wax and 15% brown coal wax was suggested to be used. This mixture is used in foundry work. In this paper, theoretical and experimental studies of the heat transfer process during solid - liquid phase change occurring during heating and cooling of the heat storage material are considered. The model of a heat storage system of capsular type was adopted to study the process. It consists of the heat storage elements – thin-walled metallic tubular containers filled with phase change material. The heat transfer process taking into account phase change of the heat storage material is experimentally and theoretically simulated on the example of a separate heat storage element. As a result, the temperature distribution is obtained in the heat storage element during cooling (from 80 to 22 °C) and heating at contact external wall of metal capsule with heat carrier heated to 80 °C and heat carrier, which heated with a speed of 0.35, 0.77 and 1.17 K/min. from 22 to 80 °C. It was confirmed that the convective component in the heat conduction equation can be neglected at using small volume of capsule. Comparison of theoretical and experimental results showed the adequacy of the results of calculations. Comparison of experimental and theoretical studies confirm the ability to use the principle of effective specific heat to calculate the heat transfer at the phase change and allows one to accurately predict the actual time of heating and cooling. The results of studies also confirmed the data obtained experimentally - high heterogeneity of the temperature field is observed within the cross section during heating with high speed. It is experimentally revealed that it makes no sense to use a high heating rate. As a result, features of the kinetics of heating and cooling have been determined during the phase change. This will make it allowed to determine a rational mode of heating.

Математичне моделювання складних природних, соціальних та економічних явищ набуло сьогодні свого стрімкого розвитку завдяки збільшенню обчислювальних потужностей ЕОМ. Сучасні обчислювальні методи дозволяють впритул наблизити властивості математичної моделі до властивостей реального об‘єкта або явища, які моделюються.

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.

У даній роботі була побудована математична модель теплового поля у трьовимірній неоднорідній системі методом скінченних елементів для ріжучої пластини з покриттям. Було досліджено вплив покриття та знайдено розподіл температури для пластинки як з покриттям так і без нього. Моделювання температурного поля проводилося у програмному середовищі ANSYS. За результатами дослідження було встановлено, що в даному випадку захисне покриття не має значного впливу на температурний розподіл.