Ви є тут

Наукові вісті НТУУ "КПІ". № 5. 2017



А.П. Войтер

Оптимізація довжини пакетів даних в адаптивних радіомережах

Проблематика. Розробка методів і засобів адаптивного керування пропускною здатністю радіомереж із конкурентним доступом до радіоканалу.

Мета дослідження. Визначення впливу довжини пакетів на ефективну швидкість передачі радіомереж з урахуванням параметрів, форматів і процедур фізичного та канального рівнів при використанні МАС-протоколу з жорсткою стратегією конкурентного доступу до радіоканалу.

Методика реалізації. Поставлена мета досягається створенням й аналізом математичної моделі ефективної швидкості передачі в радіомережах. Модель описується рівнянням ефективної швидкості передачі, яке є функцією вірогідності безконфліктної передачі МАС-протоколу та коефіцієнта відхилення розміру пакетів даних від оптимального для LLC-протоколу.

Результати досліджень. Доведено, що для кожного значення інтенсивності трафіка для МАС-протоколу існує оптимальна довжина пакетів даних, яка забезпечує максимальну ефективну швидкість передачі. Це дає можливість адаптивного керування пропускною здатністю радіомереж завдяки застосуванню попередньо розрахованого розміру пакетів даних залежно від інтенсивності трафіка.

Висновки. Запропонована математична модель є інструментом розрахунку пропускної здатності радіомереж та оптимального розміру пакетів даних при адаптивному керуванні конкурентним доступом до радіоканалу з жорсткою стратегією в умовах значного коливання інтенсивності трафіка.

Ключові слова: радіомережі; конкурентний доступ; математична модель, адаптивне керування; пакет.

О.М. Терентьєв, П.А. Гонтарь

Технологія руйнування гірських порід комбінованим вибухо-механічним навантаженням

Проблематика. Буріння шпурів у скельних гірських породах характеризується енергоємністю понад 120 кВт·год/м3. Це зумовлено тим, що близько 90 % енергії витрачається на “підготовку” гірських порід до руйнування. Наше дослідження пропонує доповнити механічне навантаження вибуховим для зниження енергоємності руйнування гірських порід.

Мета досліджень. Розробка енергоефективної технології руйнування гірських порід комбінованими вибухо-механічними навантаженнями.

Методика реалізації. Аналітичні дослідження; регресійний аналіз; математичне моделювання; експериментальні дослідження; техніко-економічний аналіз.

Результати досліджень. Eкспериментально доведено зниження енергоємності вибухо-механічного руйнування гірських порід на 4–16 %.

Висновки. У результаті впровадження вибухо-механічного руйнування гірських порід на створеному повнорозмірному експериментальному пристрої коефіцієнт корисної дії зріс з 77 до 80 %.

Ключові слова: руйнування гірських порід; вибухо-механічне буріння; енергоефективність; комбіноване навантаження; кумулятивне вибухове ядро.

І.Г. Нестерук

СТАТИСТИЧНІ МОДЕЛІ ДЛЯ ДИНАМІКИ ЧЕРНІВЕЦЬКОЇ ДИТЯЧОЇ ХВОРОБИ

Проблематика. Прості математичні моделі забруднення та SIR-модель поширення інфекції використовувались для ви-вчення розвитку в часі невідомої раніше дитячої хвороби, що виникла в Чернівцях (Україна). Причина багатьох випадків алопеції, що почалися в цьому місті в серпні 1988 р., досі докладно не з’ясована. Відповідно до офіційного звіту урядової комісії останні нові випадки трапились усередині листопада 1988 р., а причиною хвороби названо хімічну екзогенну інтоксикацію. Пізніше ця хвороба отримало назву “Чернівецька хімічна хвороба”. Однак майже три роки реєструвалась значно збільшена кількість нових випадків локальної алопеції, що досі не отримало свого пояснення.

Мета дослідження. Порівняння двох різних версій хвороби: хімічної екзогенної інтоксикації та інфекції; визначення параметрів математичних моделей та прогнозування розвитку хвороби.

Методика реалізації. Отримано аналітичні розв’язки диференціальних рівнянь для моделей забруднення середовища та SIR-моделі для епідемії. За допомогою лінійної регресії знайдено оптимальні значення параметрів моделей.

Результати досліджень. З використанням статистичного підходу було визначено оптимальні значення параметрів моделей. Розрахунки показали, що інфекційна версія хвороби є більш імовірною порівняно з популярною гіпотезою про отруєння. Зроблено оцінку можливої дати початку епідемії.

Висновки. Оптимальні значення параметрів SIR-моделі дають змогу розрахувати реалістичну кількість жертв та інші характеристики можливої епідемії. Вони також свідчать, що збільшена кількість випадків локальної алопеції могла би бути частиною тієї ж епідемії, що і “Чернівецька хімічна хвороба”.

Ключові слова: визначення моделі; ідентифікація параметрів; статистичні методи; математичне моделювання інфекційних хвороб; SIR-модель; моделі забруднення.

В.В. Романюк

Визначення підмножини оптимальних рішень за мінімаксимаксним критерієм втрат з урахуванням нестабільності функції рішень

Проблематика. Представляється узагальнення мінімаксного критерію втрат, оскільки навіть мінімаксний критерій втрат із найкращим гарантуванням результату стає непридатним за нестабільних оцінок ситуацій рішень.

Мета дослідження. Метою статті є формулювання мінімаксимаксного критерію втрат.

Методика реалізації. На відміну від класичного, узагальнений критерій втрат є мінімаксимаксом, що оперує над узагаліненими втратами. Ці втрати знаходяться із узагальненої функції рішень, яка визначається на декартовому добутку множини рішень, множини станів і множини метастанів. Метастан описує нестабільність функції рішень, значення якої змінюються по множині метастанів. Ця нестабільність руйнує гарантований результат знайдених за класичним правилом втрат, до яких застосовується мінімакс, тому втрати знаходяться за узагальненою функцією рішень. Для цього оцінки корисності віднімаються від корисності, максимізованої на множині рішень, або втрати/ризики, мінімізовані на множині рішень, віднімаються від оцінок втрати/ризику. Тоді втрати мінімізуються за умов невизначеності за двома вимірами станів і метастанів, тобто до них застосовується мінімаксимакс.

Результати дослідження. Пропонований мінімаксимаксний критерій втрат дає змогу знаходити підмножину оптимальних рішень, не тільки враховуючи нестабільність функції рішень, але також і зменшуючи вихідну множину рішень більше, на відміну від критерію крайнього песимізму без втрат (мінімаксимакс/максимінімін).

Висновки. Співвідношення числа оптимальних рішень за критерієм максимініміну/мінімаксимаксу без урахування втрат до числа оптимальних рішень за мінімаксимаксним критерієм втрат, зменшене на 1, може бути інтерпретованим як деякий виграш застосування представленого узагальнення мінімаксного критерію втрат. Цей виграш принципово залежить від того, є множини рішень, станів і метастанів скінченними чи ні. Якщо вони всі є скінченними, то виграш залежить від значень у тривимірній матриці втрат та її розмірів. Вражає те, що цей виграш може виявитись і негативним, тобто знаходження втрат може стати неефективним.

Ключові слова: функція рішень; мінімаксний критерій втрат; підмножина оптимальних рішень; метастан; мінімаксимаксний критерій втрат.

В.А. Воскобійник, А. Редаеллі, О.Р. Чертов, Б.Д. Фіоре, А.В. Воскобійник, О.Г. Рудницький, Л.М. Терещенко, С.В. Сірик,   Ф. Лукеріні

Вплив в’язкості рідини на шум двопелюсткового штучного серцевого клапана

Проблематика. Числове моделювання та експериментальні дослідження були використані як потужні інструменти, щоб зрозуміти і передбачити поведінку і механіку функціонування природних клапанів серця та їх протезів у природних і патологічних станах. Такі дослідження допомагають оцінити ефективність клапанів, їх дизайн і результати хірургічних процедур, щоб діаг-ностувати нормальне і порушене функціонування серцевих клапанів. Актуальною є проблема створення більш надійних методів та інструментів, необхідних для діагностики умов роботи механічних клапанів серця.

Мета дослідження. Вивчення впливу в’язкості рідини на гідроакустичні характеристики струменів, які витікають із напівзакритого і відкритого механічного двопелюсткового серцевого клапана; вивчення можливості використання гідроакустичних вимірювальних приладів як діагностичного обладнання для визначення умов роботи двопелюсткового штучного клапана серця.

Методика реалізації. Експериментальне дослідження проводилося за допомогою гідроакустичних вимірювань гідродинамічного шуму в ближньому сліду бічного і центрального струменя розчину гліцерину і течії чистої води нижче за потоком від двопелюсткового штучного серцевого клапана.

Результати дослідження. Експериментально визначено вплив в’язкості рідини на гідроакустичні характеристики струменів, які витікають із напівзакритого і відкритого механічного двопелюсткового серцевого клапана. Виявлено інтегральні та спек-тральні характеристики гідродинамічного шуму струменів розчину гліцерину і течії чистої води нижче за потоком від двопелюсткового мітрального клапана серця для різних витрат рідини.

Висновки. В умовах потоку чистої води інтегральні характеристики поля тиску менші, ніж в умовах потоку водного розчину гліцерину. При підвищенні концентрації гліцерину в розчині середній тиск і особливо середньоквадратичні значення пульсацій тиску збільшуються. Спектральні рівні гідродинамічного шуму в ближньому сліду бічного струменя розчину гліцерину нижчі, ніж для потоку води в діапазонах частот від 1 до 7-8 Гц і від 100 до 1000 Гц для витрати рідини 5 л/хв. Для більш високих витрат рідини спектральні компоненти гідродинамічного шуму в ближньому сліду бічного струменя гліцеринового розчину напівзакритого мітрального клапана вищі, ніж для чистої води. Найбільша різниця (в 1,5–1,8 разу) – у спектральних рівнях спостерігається в діапазоні частот від 10 до 100 Гц для витрати рідини 15 л/хв.

Ключові слова: штучний двопелюстковий клапан серця; кінематична в’язкість; гідроакустичні вимірювання; пульсації тиску.

Н.В. Кузнєцова, П.І. Бідюк

моделЮВАННЯ фінансовОГО ризикУ В телекомунікаційній сфері

Проблематика. Телекомунікаційна сфера в Україні динамічно розвивається, постійно оновлюючи пропозиції під вимоги ринку і споживача. Тому сьогодні особливо актуальною задачею є своєчасне оцінювання фінансових ризиків, оптимізація фінансових витрат, пов’язаних із появою нових компонентів і можливим відтоком клієнтів до конкурентів.

Мета дослідження. Запропонувати підхід до оцінювання фінансових ризиків, прогнозування відтоку клієнтів та оптимального часу користування послугами на основі моделей інтелектуального аналізу даних і поведінкових моделей.

Методика реалізації. Застосовано нейронні мережі, градієнтний бустинг, випадковий ліс і логістичну регресію для визначення ймовірності відтоку клієнтів. Розроблено моделі аналізу виживання для визначення можливого часу переходу клієнта до іншої компанії.

Результати дослідження. Для прогнозування клієнтів, які збираються змінити телекомунікаційну компанію, найкращою виявилась модель на основі градієнтного бустингу.

Висновки. Вчасне оцінювання фінансових втрат, пов’язаних із можливим відтоком клієнтів, є актуальною задачею, що може розв’язуватися з використанням різних методів інтелектуального аналізу даних. Перспективним підходом є визначення періоду, в який можливим є відтік клієнтів, для оптимізації фінансових ресурсів компанії.

Ключові слова: телекомунікаційна компанія; фінансові ризики; моделі виживання; градієнтний бустинг; нейронна мережа; логістична регресія.

І.А. Терейковський, Л.О. Терейковська

МЕТОД КОДУВАННЯ ВИХІДНОГО СИГНАЛУ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ

Проблематика. Вагомий недолік технології створення сучасних нейромережевих моделей на базі багатошарового персеп-трона полягає в тому, що при кодуванні параметрів навчальних прикладів не враховується кореляція очікуваного вихідного сигналу із близькістю еталонів класів, що мають бути розпізнаними.

Мета дослідження. Розробка методу кодування вихідного сигналу навчальних прикладів, який забезпечує відображення близькості еталонів класів, що мають бути розпізнані.

Методика реалізації. Метод кодування базується на ймовірнісній нейронній мережі, в навчальних прикладах якої очікуваний вихідний сигнал визначається не в числовому вигляді, а назвою класу, що має бути розпізнаний. У той же час при розпізнаванні можливо у вихідному сигналі цієї мережі у числовому вигляді відобразити близькість вхідного образу до кожного класу, що був закладений у неї при навчанні.

Результати дослідження. Розроблено метод кодування, який за рахунок використання ймовірнісної нейронної мережі дає змогу врахувати в очікуваному вихідному сигналі навчальних прикладів близькість еталонів класів, що мають бути розпізнані.

Висновки. Використання запропонованого методу дає можливість у 1,3–1,5 разу зменшити кількість навчальних ітерацій для досягнення допустимої помилки навчання в межах 1 %.

Ключові слова: нейронна мережа; еталон; метод кодування; вихідний сигнал.

 

 

 

І.В. Смирнов, А.В. Чорний, В.К. Фурман, М.А. Долгов

вплив нанодисперсних модифікаторів на структуру і властивості плазмово напилених покриттів

Проблематика. Нині для захисту деталей машин, що працюють в умовах високих навантажень і температур, абразивного зношення та впливу агресивних середовищ, широко використовуються плазмово напилені покриття.

Мета дослідження. Мета роботи полягає у підвищенні фізико-механічних характеристик плазмово напилених покриттів завдяки модифікуванню нанодисперсними сполуками оксиду титану.

Методика реалізації. Проведено експериментальні дослідження корозійної стійкості, мікротвердості, залишкових напружень і адгезійної міцності плазмово напилених покриттів на основі керамічного порошку оксиду алюмінію з добавкою нанодисперсного оксиду титану.

Результати дослідження. Встановлено, що додавання нанодисперсних порошків оксиду титану до порошку оксиду алюмінію сприяє підвищенню корозійної стійкості в 2,8 разу в середовищі 10 %-ного розчину соляної кислоти. Адгезійна міцність керамічних наномодифікованих покриттів зростає на 15–20 %.

Висновки. Встановлено позитивний вплив нанодисперсних порошків на фізико-механічні та трибологічні характеристики плазмово напилених покриттів.

Ключові слова: плазмово напилені покриття; модифікатори, нанопорошки; мікроструктура; адгезійна міцність; корозійна стійкість; залишкові напруження.

А.Г. Чернятевич, Л.С. Молчанов, П.О. Юшкевич

УТОЧНЕННЯ термодинамічної моделі рафінування конвертерної ВАННИ під час продувки ЧЕРЕЗ триярусну кисневу фурму

Проблематика. У сучасних умовах киснево-конвертерний процес є основним способом виробництва металопродукції масового призначення. При цьому у зв’язку з дефіцитом якісних шихтових матеріалів особливо актуальними є ресурсо- і енерго-ощадні технології. Для оптимізації конвертерного виробництва сталі в сучасних умовах перспективним є використання вдосконалених порівняно з відомими конструкцій кисневих фурм для верхньої продувки.

Мета дослідження. Отримання інформації щодо термодинамічної моделі продувки конвертерної ванни через триярусну фурму з уточненням закономірностей перебігу окисних процесів у межах реакційної зони 160-тонного промислового конвертера.

Методика реалізації. Проведений аналіз має теоретичний характер і базується на виявленні впливу температури й тиску на закономірності перебігу окисних процесів у межах реакційних зон, що формуються при проникненні кисневих струменів в об’єм металевої ванни, спіненої шлакометалевої емульсії та газів, що відходять у робочому просторі конвертера. Як термодинамічний параметр для оцінки ймовірності перебігу хімічних реакцій було використано енергію Гіббса. При цьому вплив тиску на окисні процеси в конвертерній ванні оцінювали відповідно до формули Вант-Гоффа.

Результати дослідження. Представлено термодинамічні особливості перебігу окисних процесів у ванні 160-тонного кисневого конвертера при використанні триярусної фурми. Для первинної реакційної зони характерний перебіг реакцій окиснення марганцю, кремнію, вуглецю, заліза газоподібним киснем. У вторинній реакційній зоні відбуваються хімічні реакції окиснення кремнію та вуглецю розчиненим у металі киснем, а також відновлення оксиду заліза вуглецем. Наявність або відсутність на поверхні розплаву шлакової фази практично не впливає на ймовірність хімічних перетворень у межах як первинної, так і вторинної реакційних зон. Для вторинних додаткових кисневих струменів характерне окиснення оксидних складових шлакової і газової фаз.

Висновки. Уточнено термодинамічну модель окисних процесів у первинній і вторинній реакційних зонах, які утворені при взаємодії з ванною 160-тонного конвертера надзвукових і звукових кисневих струменів, що витікають із роздільних груп сопел (Лаваля та циліндричних) кінцевика верхньої триярусної фурми.

Ключові слова: термодинамічний аналіз; кисневий конвертер; триярусна фурма; реакційна зона; рафінування ванни; енергія Гіббса; тиск; температура.

О.І. Юркова, О.В. Бякова, О.І. Кравченко, Д.В. Гущик

СТРУКТУРА І МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КВАЗІКРИСТАЛІЧНОГО Al94Fe3Cr3-СПЛАВУ, КОНСОЛІДОВАНОГО В УМОВАХ КВАЗІГІДРОСТАТИЧНОГО стиску

Проблематика. Квазікристалічні сплави на основі Al належать до класу найновітніших металевих матеріалів для застосування в легких інженерних конструкціях, насамперед в авіації, автотранспортній галузі. Зазначені матеріали найчастіше виготовляють у вигляді порошків, що зумовлено великою продуктивністю методів порошкової металургії. Отже, важливе значення у виготовленні виробів належить методам компактування порошків, але це пов’язано з певними труднощами, тому вибирати їх потрібно, зважаючи не тільки на схильність квазікристалів до крихкого руйнування, але і на метастабільну природу квазікристалічних фаз. Певні можливості в цьому напрямі надає метод квазігідростатичного стиску, який може забезпечити нетривіальну комбінацію властивостей міцності та пластичності матеріалів.

Мета дослідження. Вивчення впливу високого тиску в умовах квазігідростатичного стиску на формування структури, фазового складу і механічних властивостей квазікристалічного Al94Fe3Cr3-сплаву.

Методика реалізації. Порошок сплаву Al94Fe3Cr3 з розміром частинок £40 мкм виготовлено методом диспергування розплаву струменями води з високим тиском. Консолідацію порошку сплаву здійснювали в умовах квазігідростатичного стиску в комірках високого тиску за кімнатної температури під тиском 2,5; 4 і 6 ГПа. Структуру, фазовий склад і механічні характеристики сплаву досліджували методами скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), рентгеноструктурного аналізу та мікромеханічних випробувань.

Результати дослідження. Методами фазового рентгенівського аналізу та СЕМ встановлено повне збереження вмісту квазікристалічної ікосаедричної фази (і-фази) в структурі Al94Fe3Cr3 сплаву після його консолідації за різного тиску (2,5; 4 і 6 ГПа) в умовах квазігідростатичного стиску за кімнатної температури. Незважаючи на високий тиск, прикладений під час консолідації, морфологія частинок квазікристалічної фази, що містяться в деформованому матричному a-Al твердому розчині, залишається незмінною. Механічні властивості консолідованого сплаву перевищують аналогічні характеристики сплаву, компактованого гарячою екструзією.

Висновки. Консолідація порошку Al94Fe3Cr3-сплаву в умовах квазігідростатичного стиску надає можливість повного збереження частинок метастабільної квазікристалічної і-фази в алюмінієвій матриці, що забезпечує комбінацію високої міцності та достатньої пластичності, необхідної для використання в інженерній практиці.

Ключові слова: квазікристали; Al-Fe-Cr-сплав, квазігідростатичний стиск; тиск; структура; фазовий склад; механічні властивості.

 

М.М. Ямшинський, Г.Є. Федоров

ОКАЛИНОСТІЙКІСТЬ СЕРЕДНЬОВУГЛЕЦЕВИХ ЖАРОСТІЙКИХ ХРОМОАЛЮМІНІЄВИХ СТАЛЕЙ В ЕКСТРЕМАЛЬНИХ УМОВАХ

Проблематика. Аналізом експлуатації жаростійких деталей теплоенергетичного та металургійного устаткування установ.лено, що основною характеристикою металевих матеріалів, які працюють в екстремальних умовах, є окалиностійкість. Проте вибір матеріалу для роботи в умовах високих температур і агресивних середовищ слід здійснювати з урахуванням не тільки їх окалиностійкості, але й можливості цього матеріалу тривалий час працювати в умовах теплозмін без руйнування, тобто необхідно враховувати його термостійкість. Отже, важливим завданням є визначення насамперед окалиностійкості сплавів на основі заліза в екстремальних умовах залежно від вмісту в них основних елементів – хрому й алюмінію – на підставі вивчення процесів утворення на поверхні виробів високоякісних захисних оксидних плівок.

Мета дослідження. Метою роботи є установлення правил вибору жаростійких сплавів на основі заліза для роботи в екстремальних умовах залежно від температур і агресивних середовищ, а також накопичення відомостей щодо їх окалиностійкості для створення бази даних і розроблення методології прогнозування спеціальних властивостей сплавів.

Методика реалізації. Випробовуванню піддавали зразки діаметром 10 мм і довжиною 20 мм у трубчастій печі за температур 1200 та 1250 °С протягом 100 год. Окалиностійкість визначали ваговим методом. Фазовий склад і структуру досліджували сучасними рентгеноструктурними та металографічними методами.

Результати досліджень. Установлено процеси та механізм утворення окалини в умовах експлуатації виробів до 1250 °С у різних агресивних середовищах. Визначено оптимальні межі вмісту основних хімічних елементів – хрому й алюмінію – в жаростійких сплавах для роботи в екстремальних умовах залежно від температур і середовищ. Створено базу даних для розроблення методології прогнозування спеціальних властивостей хромоалюмінієвих сталей залежно від їх хімічного складу.

Висновки. Оптимальним вмістом хрому в жаростійких хромистих сталях для роботи виробів за температур до 1100 °С слід вважати 25–30 %. Для забезпечення високої окалиностійкості виробів, які працюють за температур до 1250 °С в агресивних газових середовищах, концентрація хрому в металі має бути в межах 25–30 %, а вміст алюмінію – від 2,0 до 3,5 %, при цьому має виконуватися відношення [% Cr]/[% Al] = 7–10. Різноманітні газові середовища по-різному впливають на окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей. За температур 1200 °С найшвидше окиснюються вироби в середовищі водяної пари, найповільніше – в середовищі вуглекислого газу.

Ключові слова:хром; алюміній, хромоалюмінієва сталь; структура; фазовий склад; окалиностійкість.

В.Г. Колобродов, М.М. Луцюк

Мінімальна сприймана різниця температур медичного субдискретного тепловізора

Проблематика. В наш час у медицині широко використовуються тепловізори з матричними приймачами випромінювання (МПВ). Загальною рисою таких тепловізорів є можливість вибірки сигналу у двох напрямках: горизонтальному та вертикальному. Ці тепловізори є субдискретними. Саме тому зараз дуже актуальним є питання оцінки ефективності роботи таких тепловізорів.

Мета дослідження. Розробка фізико-математичної моделі тепловізора, яка дає змогу отримати рівняння для розрахунку мінімальної сприйманої різниці температур (MTDP).

Методика реалізації. На основі фізико-математичної моделі тепловізора для визначення мінімальної роздільної різниці температур запропоновано визначати мінімальну сприйману різницю температур.

Результати дослідження. Розроблена фізико-математична модель тепловізора з МПВ дає можливість робити розрахунок мінімальної сприйманої різниці температур, що дає змогу визначати просторову роздільну здатність тепловізора за межами частоти Найквіста. Запропоновано розглядати оптимальну фазу AMOP як середні контрасти зображення штрихової міри, що дає можливість отримати рівняння для розрахунку функції MTDP.

Висновки. Запропонована фізико-математична модель надає можливість визначати просторову роздільну здатність тепловізора за межами частоти Найквіста, що є важливим чинником впливу на якість тепловізійних зображень.

Ключові слова: мінімальна сприймана різниця температур; частота Найквіста; середня модуляція при оптимальній фазі.

В.М. Мельник, С.В. Фесенко

ДИСТАНЦІЙНЕ КЕРУВАННЯ ТЕПЛОМАСООБМІНОМ у біореакторах технологічних ліній

Проблематика. Основними проблемами, що постають при використанні обладнання для здійснення культивування, є необхідність забезпечення належного проведення процесів тепломасообміну в об’ємі апаратів, наявність турбулентних і застійних зон, високе енергоспоживання, малі коефіцієнти тепломасообміну при роботі із в’язкими середовищами.

Мета дослідження.Експериментальне визначення переваги дистанційного керування тепломасообміном у біореакторах технологічних ліній за допомогою ультразвукового променя над контактними методами.

Методика реалізації.Виконано експериментальне дослідження процесу тепломасообміну в біореакторі на стенді із заглибним блоком ультразвукового випромінювача марки УЗП-6-1 із частотою випромінювання 42 кГц.

Результати дослідження.Звукові хвилі, що випромінюються в рідину, утворюють зону концентрації прохідної звукової енергії у вигляді конфокальної посудині циліндричної поверхні і змушують рідину рухатися уздовж внутрішньої поверхні склянки по висхідній циліндричній спіралі, утворюючи рушійний потік по всьому об’єму. Таким чином, вони змушують периферійні шари рідини та придонні прошарки рухатися в горизонтальній і вертикальній площинах, не залишаючи застійних зон. Ефективність цього рушійного потоку тим більша, чим ближче до кута збігу θ3 напрямлений ультразвуковий промінь.

Висновки.Використання звукових хвиль дає змогу з мінімальним ризиком для технологічного процесу отримувати якісний продукт у технологічних лініях на основі біореакторів. Зміна параметрів опромінення та фізико-механічних властивостей робочого об’єму дає можливість повністю використовувати властивості резонансних проявів впливу звукових хвиль на робочу рідину з мінімальними затратами енергії.

Ключові слова: біореактор; аберація; зона каустики.

Г.С. Тимчик, А.М. Матвієнко, М.Ф. Терещенко, С.М. Матвієнко

вплив процесів конвекції в рідині на похибку вимірювання теплопровідності методом прямого підігріву термістора

Проблематика. Розглянуто питання підбору оптимального діаметра посуду для досліджуваних рідин на основі дослідження впливу явища конвекції на похибку при вимірюванні коефіцієнта теплопровідності рідин методом прямого підігріву термістора.

Мета дослідження. Метою роботи є проведення експериментальних досліджень з визначення впливу конвекції на похибку при вимірюванні коефіцієнта теплопровідності рідин.

Методика реалізації. Проведено оцінку точності вимірювання температури розігріву термістора методом прямого підігріву термістора для досліджуваної рідини в посудинах різного діаметра при визначенні коефіцієнта теплопровідності. Виконано серію експериментальних досліджень за допомогою установки для вимірювання теплофізичних характеристик (ТФХ) рідин з метою визначення оптимальної конструкції зонда і термостата, вибору оптимального об’єму досліджуваного матеріалу та вибору конструктивних матеріалів.

Результати дослідження. Надано результати експериментальних досліджень з контрольними рідинами за допомогою розробленого приладу на основі методу прямого підігріву термістора, встановлено значення коливання температури розігріву термістора залежно від діаметра посудини з досліджуваною рідиною.

Висновки. Обґрунтовано, що при проектуванні приладів для вимірювання ТФХ рідин необхідно враховувати індивідуальні властивості досліджуваних рідин і забезпечити максимально можливе рівномірне нагрівання або охолодження посудини з до-сліджуваним матеріалом. Також необхідно використовувати посуд мінімального діаметра. Рекомендовано для зменшення похибки вимірювання теплопровідності рідин використовувати посуд для досліджуваної рідини діаметром до 10 мм.

Ключові слова: теплопровідність; метод прямого підігріву термістора; теплофізичні характеристики рідких матеріалів.

Т.В. Зеленчук, І.М. Дейкун, В.А. Барбаш

ОДЕРЖАННЯ ПЕРОЦТОВОЇ ЦЕЛЮЛОЗИ ІЗ СОЛОМИ ВІВСА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ПАПЕРУ

Проблематика. Розробка технології одержання пероцтової целюлози із соломи вівса та використання її у виробництві одного із масових видів паперу.

Мета дослідження. Визначення оптимальних значень технологічних параметрів пероцтового варіння на показники якості пероцтової целюлози із соломи вівса.

Методика реалізації. Варіння січки соломи вівса проводили пероцтовою кислотою за температури 95 ± 1 °С упродовж 90, 120, 150 і 180 хв за гідромодуля 8:1 і 7:1, а також із використанням каталізатора – вольфрамату натрію. Для визначення фізико-механічних показників пероцтової целюлози із соломи вівса виготовляли лабораторні зразки паперу масою 70 г/м2.

Результати дослідження. Встановлено оптимальні значення технологічних параметрів (температури, тривалості, гідромодуля, концентрації пероксиду водню і пероцтової кислоти) процесу делігніфікації соломи вівса. Показано, що додавання до варильного розчину каталізатора вольфрамату натрію з витратою до 1 % від маси рослинної сировини сприяє зменшенню вмісту лігніну в целюлозі до 15 %. Побудовано діаграму залежності виходу целюлози від вмісту в ній залишкового лігніну для різних способів делігніфікації представників недеревної рослинної сировини. Підтверджено високу ефективність пероцтового методу одержання целюлози із недеревної рослинної сировини, зокрема із соломи вівса. Визначено, що одержана пероцтова целюлоза із соломи вівса має високі значення фізико-механічних показників.

Висновки. Пероцтова целюлоза із соломи вівса може використовуватися для виробництва масових видів паперу і картону, зокрема обгорткового паперу марки Г.

Ключові слова: солома вівса; целюлоза; делігніфікація; каталізатор; папір; фізико-механічні показники.

А.А. Остапенко, В.А. Барбаш, Ф.П. Рудзей

ОЦІНКА ВПЛИВУ АМФОТЕРНИХ ПОЛІМЕРНИХ СМОЛ НА СТУПІНЬ УТРИМАННЯ ВОЛОКНА І ЗАБРУДНЕННЯ ПІДСІТКОВИХ ВОД

Проблематика. Переробка макулатури характеризується погіршеним утриманням волокнистої маси на сітці папероробної (картоноробної) машини, що призводить до підвищення вмісту волокна у підсіткових водах і до збільшення втрат вихідної волокнистої сировини зі стічними водами.

Мета дослідження. Оцінка впливу амфотерних полімерних смол (АПС) на ефективність утримання волокна на сітці та ступінь забруднення підсіткових вод.

Методика реалізації. За стандартними методиками визначено ступінь утримання волокна і каламутність води, яка виникає у процесі виробництва паперу і картону під час формування на сітці папероробної машини.

Результати дослідження. Побудовано графіки залежності каламутності підсіткової води від витрат АПС для різного ступеня млива для марок макулатури МС-5Б-2 і МС-8В-3. Підтверджено високу ефективність впливу АПС на ступінь утримання волокна на сітці папероробної машини. Встановлено оптимальні значення технологічних параметрів (ступеня млива і витрат АПС) для оцінки впливу АПС на якість підсіткових вод. Показано, що найбільш ефективною АПС серед досліджених хімічних допоміжних речовин є Ультрарез 200, а оптимальна витрата всіх АПС – 4 кг/т паперу. За збільшенням ефективності впливу АПС на ступінь утримання волокна і зменшення каламутності підсіткової води досліджені АПС розташовуються в такий ряд: Luresin KS – Eka WS 325 – Kymene 25X-Cel – Ультрарез 200 – Fennostrengt PА21.

Висновки. Використання АПС дає змогу досягти високого ступеня утримання волокна на сітці до 97 % та знижує на 50–85 % каламутність підсіткових вод, що скорочує втрати вихідної волокнистої сировини, знижує споживання свіжої води і підвищує ефективність виробництва паперу і картону із макулатури.

Ключові слова: амфотерні полімерні смоли; каламутність; макулатура; ступінь утримання волокна.

x

Електронний кампус

Інформаційні ресурси

Викладачі КПІ

GitHub репозиторій