Научный архив: статьи

Thermal control (passive and active) is a non-destructive testing method. During passive thermal control, the test object is characterized by a temperature field formed during its operation. In active thermal control, the test object is additionally thermally stimulated. This technique is widely used in various areas of construction, energy, mechanical engineering, transport. This paper proposes a variant of active thermal non-destructive assessment of the thermal conductivity coefficient of building materials and products on the example of a fragment of a building structure made of silicate bricks. The test object is subjected to thermal stimulation by an external source of thermal energy before reaching a steady-state thermal regime. Thermography of the test object surfaces is carried out. The average integral temperatures of surfaces or individual sections of the test object are calculated. The coefficient of thermal conductivity of the test object is determined, which is used to calculate its thermal resistance (resistance to heat transfer). After that, the coefficient of heat transfer is calculated. The method was implemented in laboratory conditions. It can be used in natural and operational conditions for accurate and quick determination of the key thermophysical properties of building materials and products.

Предложена модель теплопроводности пространственно армированной пенопластмассы (ПП). Показано, что на основе полученных уравнений можно определить градиенты температур и тепловые потоки во всех фазах композиции, используя известное осредненное поле температур в композите. Проведено сравнение расчетных значений эффективных коэффициентов теплопроводности однонаправлено и пространственно армированных ПП.

Предложена модель теплопроводности пространственно‐армированной волокнистой среды с дисперсным упрочнением связующего при общей анизотропии материалов компонент композиции. Проведено сравнение расчетных значений эффективных коэффициентов теплопроводности однонаправлено- и перекрестно‐армированных композитов с экспериментальными данными. Показано удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных значений этих величин.

В данной работе описана инновационная конструкция металлогибридного термоинтерфейса (МГТИ), представляющая собой металлический каркас, выполненный из двух тонких перфорированных пластин, между которыми размещена теплопроводящая паста. Приведены сравнительные результаты эффективности теплоотвода от нагреваемых в процессе эксплуатации различных компонентов и элементов для предлагаемого МГТИ, традиционных теплопроводящих паст и жидкого металла. Показаны преимущества нового термоинтерфейса перед традиционными теплопроводящими пастами, эластичными термопрокладками и жидким металлом.

Описывается разработанное программное обеспечение, позволяющее моделировать нестационарные тепловые режимы коллекторов электронно-оптических систем (ЭОС). Программное обеспечение (ПО) построено на методе контрольных объемов. В качестве источников тепла выступают результаты трехмерного траекторного анализа, выполненные в программном комплексе для статического анализа ЭОС. Это позволяет задавать неравномерное токооседание электронных пучков в коллекторах и более точно рассчитывать их тепловые режимы. Разработан алгоритм сглажива-ния точечных источников на сложной поверхности по гауссиане c заданными пара-метрами. Это решило проблему нефизичных всплесков температуры при мелкой сет-ке на коллекторе и небольшого числа траекторий. В разработанном ПО можно использовать граничные условия I, II и III рода, а так же различные материалы. Временные диаграммы тепловых нагрузок можно задавать с неравномерным шагом по времени. В качестве пре- и постпроцессора использован Gmsh.

Рассмотрены вопросы совершенствования дегазационных работ. Определены основные способы дегазации, обеспечивающие комплексное освоение ресурсов, и предложены мероприятия по совершенствованию дегазации. Приведены результаты обзора НИОКР и публикаций за период 2010-2024 гг. в России и в США. Показано, что реструктуризация угольной отрасли привела к кардинальному росту технико-экономических показателей добычи угля и, как следствие, к усилению обратной связи в системе «технология - окружающая среда»; использование высокопроизводительной техники, обеспечивающее рост производительности труда и приводящее к снижению численности рабочих мест, приводит к существенному повышению требований к уровню безопасности. В основном это определяется снижением уровня резерва при планировании добычных и подготовительных работ. Одной из основных проблем современного этапа развития технологии угледобычи в нашей стране является обострение противоречия между темпами ведения подготовительных и очистных работ, которое усложняет применение предварительной дегазации разрабатываемых пластов. Приведены причины низкого уровня метанобезопасности, например, такая, как продолжающееся ухудшение горно-геологических условий отработки запасов, связанное в первую очередь с углублением горных работ. При высоких нагрузках все большее значение приобретают источники, которым ранее не уделяли большого внимания, такие как надрабатываемые спутники или разрабатываемый угольный пласт. Отмечены направления совершенствования способов дегазации. На современных глубинах разработки в пластовых условиях газ угольных месторождений имеет кондиции, превышающие качество газа газовых месторождений, в первую очередь за счет отсутствия соединений серы. Эффективное извлечение кондиционного метана возможно только при условии повышения проницаемости угольного пласта, которое может быть достигнуто либо за счет воздействия на пласт, либо горнотехническими способами.

В зоне действия отрицательных температур среды охлаждения, при перевозках и складировании влажных сыпучих материалов происходит его частичное или полное, в зависимости от длительности воздействия отрицательных температур, смерзание. В этом случае возникает необходимость принятия различных превентивных мер, обеспечивающих возможность сохранения сыпучих свойств используемых материалов в условиях складирования и транспортировки. В настоящее время существует достаточно широкий спектр различных мероприятий, включающих применение различных солей, снижающих температуру замерзания груза, гидрофобных добавок, замещающих непосредственный контакт между смоченными частицами груза масляными прослойками, а также использование реагентов, имеющих более высокую степень адгезии к частицам сыпучего груза и замещающим контакт с ними водных пленок. Крайним и труднодостижимым мероприятием является полное устранение из рассматриваемых систем смерзающего компонента - воды. Практическим аналогом данного способа выбрано промораживание слоя влажного материала с последующим рыхлением (перемешиванием) как наиболее доступный и простой в технической реализации. В рамках метода динамического программирования составлена математическая модель процесса промораживания слоя влажного сыпучего материала. В качестве управляющего воздействия принята процедура рыхления (перемешивания) слоя материала и момент ее применения. Составлена программа - цифровой двойник процесса промерзания слоя материала, с помощью которой определен оптимальный момент применения процедуры рыхления (перемешивания) для слоев груза различной толщины, при разных значениях температуры среды охлаждения. Данный подход позволяет существенно, в 2-3 раза, сократить сроки предварительного промораживания груза при подготовке к перевозкам или складированию по сравнению с естественным ходом процесса промерзания (без перемешивания

В работе выполнено исследование процесса переноса тепла в пористой среде с внутренними источниками тепла. Рассматривается модельный материал – пористая пластина с топологией трижды периодических минимальных поверхностей, образованная элементарными ячейками типа Фишера – Коха S. В статье приведены результаты решения краевой за-дачи теплопроводности в тонкой пластине при симметричных граничных условиях первого рода. С использованием разработанного численно-аналитического метода получено простое по форме решение задачи с учетом топологических особенностей материала. При определении коэффициентов переноса и теплофизических свойств исследуемой области использованы методы вычислительной гомогенизации среды на основе CAE-моделирования в программном комплексе Ansys. В статье приведены графики распределения температуры в по-ристой пластине в различные моменты времени, выполнено сравнение полученных аналитических решений с численными. Результаты работы могут быть использованы при проектировании тепловой защиты тепловыделяющего оборудования, тепломассообменных трактов тепломеханического оборудования и др. Решения представлены в простом аналитическом виде, что делает возможным их использование широким кругом исследователей, инженеров и не требует использования дорогостоящего программного обеспечения и вычислительной техники.

На двух конкретных примерах рассмотрен общий подход в математическом моделировании тепловых процессов в контактных зонах тепловыделяющих элементов при разработке и оптимизации различных технологических процессов, систем и устройств. В первом примере рассмотрена математическая модель теплообмена в контактной зоне (металлогибридном термоинтерфейсе) между тепловыделяющим элементом и теплорассеивающим радиатором. Во втором случае рассмотрен и про-анализирован тепловой процесс при обработке материалов связанным алмазным ин-струментом в контактной зоне «алмазное зерно – связующий материал – обрабаты-ваемый материал». Общий подход в моделировании тепловых процессов в контактных зонах различных тепловыделяющих элементов позволяет оптимизировать параметры технологических режимов обработки и правильные условия эксплуатации изделий и систем.