Студконференция 2014

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

Таблица 1. Специфика отдельных систем автоматизированного моделирования

Наименование

Назна-

Уровень

Методы ре-

Ориентация

чение

функцио-

шения урав-

на моделиро-

нальных

нений мате-

вание

возможно-

матической

стей

физики

-

Общее

Средний

Высокий

(КР)

Конечные

КО)

физических

в

Специ

разности

объемы

Вариантов технологии

альное

Конечные

элементы

Конечные

Отдельных

процессов

литейной целом

)

(

КЭ(

WinCast (ФРГ)

+

+

+

+

MAGMASoft

+

+

+

+

(ФРГ)

ProCast (США,

+

+

+

+

Швейцария)

Poligon (Россия)

+

+

+

+

LVMFlow (Рос-

+

+

+

+

сия)

FLOW-3D

+

+

+

+

(США)

COMSOL Multiphysics – это мощная интерактивная среда для моделирования и расчетов большинства научных и инженерных задач, основанных на дифференциальных уравнениях в частных производных (PDE) методом конечных элементов. Расчет не требует глубокого знания математической физики и метода конечных элементов. Это возможно благодаря встроенным физическим режимам, где коэффициенты PDE задаются в виде понятных физических свойств и условий, таких как: теплопроводность, теплоемкость, коэффициенттеплоотдачи ит.п.

Список литературы

4.Недопьокін Ф.В. Твердіння металів і металевих композицій / Недопьокін Ф.В., Кондратенко В.М., Білоусов В.В. і др – Підручник для ВНЗ під грифом МОН України. Видання друге, доопрацьоване / Київ: Наукова думка НАН України, 2009. – 448 с.

5.Вольнов И.Н. Системы автоматизированного моделирования литейных процессов – состояние, проблемы, перспективы. //Литейщик России №6/2007, c.14-17.

6.Югов В.П. Решение задач теплообмена. ANSYS 5.7 Thermal Analysis Guide. Перевод. – Москва: KAD-FEM GmbH, 2001.-110c.

61

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 669.162

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА ОБРАЗОВАНИЯ БУРОГО ДЫМА ПРИ ПЕРЕЛИВАХ ЧУГУНА

М.А. Тадеуш

Научные руководители: д.т.н., проф. Ф.В. Недопекин, н.с. В.В. Бодряга

В настоящее время негативное влияние на состояние окружающей среды, в особенности атмосферы, оказывают вредные выбросы промышленности. Одним из самых крупных загрязнителей воздушной среды является черная металлургия, суммарная ее доля в выбросах в атмосферу достигает 40%.

Задачей черной металлургии является производство черных металлов – чугуна, стали, железа из железосодержащих руд. Чугун железоуглеродный сплав, содержащий более 2,14% углерода, в случае стали – углерода меньше, чем 2,14%. Способ производства железа из руды – двухступенчатый. На первом этапе с помощью доменной печи выплавляется чугун, на втором же этапе – окисляется содержащийся в чугуне углерод с помощью сталеплавильного агрегата, в зависимости от способа – мартеновский, конверторный.

Источниками неорганизованных выбросов в конвертерном производстве являются процессы перелива чугуна (рис. 1). После окончания плавки в доменной печи вскрывается леточное отверстие, и жидкий чугун поступает на главный желоб литейного двора, а после отделения части шлака разливается по ковшам. Чугун, разлитый по ковшам, поступает в миксерные отделения, где установлены стационарные миксеры – футерованные емкости для хранения жидкого чугуна. Затем чугун поступает в сталеплавильное отделение, где сливается из миксера и попадает в сталеплавильный агрегат – конвертер.

1

4

5	7

2

3 6

4

Рис. 1. Переливы чугуна в технологии металлургического производства: 1-доменная печь; 2-лётка; 3-качающийся желоб; 4-доменный ковш; 5-миксер; 6-конвертерный ковш; 7-конвертер

Выполнение этой технологической операции сопровождается образованием и выделением большого количества пыли и газов. Основные составляющие пыли – графитная спель (около 5%) и бурый дым (около 90%). Часть этих выбросов удаляется из цеха, а часть оседает на металлоконструкциях.

62

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

Образование бурого дыма наблюдается только при наличии диспергирования расплава. О тесной связи процесса пылеобразования с процессом диспергирования металла свидетельствует и динамика выбросов при наполнении ковша жидким чугуном. В первый момент наполнения ковша, струя чугуна ударяется о футерованное дно. Образуется большое количество брызг и интенсивность выделения бурого дыма максимальна за время слива. Через некоторое время на дне ковша образуется слой металла, смягчающий удар. Количество образующихся брызг резко уменьшается и одновременно в 1,3-2,5 раза снижается концентрация пыли в выбросах.

Механизм образования бурого дыма при переливах чугуна является многостадийным процессом (рис 2):

1

FeO

CO 2

3

		Fe	FeO
	4		5

t 0

t	0	Fe
FeO
	Fe	FeO
Рис. 2. Стадии образования бурого дыма при переливах чугуна:

1-диспергирование струи чугуна при ударе; 2-образование закисной пленки; 3-взрыв пленки; 4-окисление и разогрев мелких капель; 5-испарение капель.

Диспергирование струи чугуна в результате удара о футерованное дно ёмкости или зеркало металла с образованием большого количества крупных брызг;

Взаимодействие этих брызг с кислородом газовой фазы, образование на поверхности капель оксидного слоя, образование в них на поверхности графитовых пластин пузырька монооксида углерода, и взрыв капель с образованием мелких брызг;

Взаимодействие капель, образующихся в результате взрыва крупных капель, с кислородом газовой фазы, разогрев капель до высоких температур, близких к температуре кипения расплава, что вызывает интенсивное испарение железа и его оксидов с поверхности капли и образование бурого дыма, процесс окисления капли идёт в режиме тотального горения.

63

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 621.91

ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОРЕЗНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

Плахотя Е.В.

Научный руководитель: Фоменко С.А.

Идея гидрорезки различных материалов появилась в середине прошлого века, но первые варианты промышленного оборудования появились только в 80-х годах. На сегодняшний день гидрорезка пришла на смену многим другим способам раскроя благодаря своим уникальным качествам. Гидрорезка оказалась востребованной в различных отраслях:строительстве, камнеобрабатывающей и деревообрабатывающей, транспортной, авиастроительной, стекольной и электропромышленности;производстве оборудования – шестерни, отливки, компонентыизстали, меди, алюминия, титана и коррозиеустойчивых металлов.

Особое внимание следует выделить оборонной промышленности – утилизация устаревших образцов вооружений (разрезание корпусов ракет, боевой техники, судов и подводных лодок), разрезание корпусов снарядов и вымывание взрывчатых и легковоспламеняющихся веществ.

Современным производством предъявляются высокие требования к возможности обработки сложных форм без ограничений по толщине материала. Установки гидроабразивной резки справляются с резами любой формы, скошенными кромками, минимальными внутренними радиусами и острыми углами, позволяют начинать обработку в любой точке поверхности обрабатываемого материала. Компьютерное управление процессом позволяет достичь высокой точности обрабатываемого материала.

Физическая суть механизма гидрорезки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком воды. Поток, проходя через отверстие диаметром 0,2 - 0,4 мм, разгоняется до скорости порядка 900 м/мин и направляется на разрезаемую поверхность.

Гидроабразивная резка – уникальная технология раскроя твердых материалов. Главным преимуществом резки водой является отсутствие нагрева обрабатываемых поверхностей (выделяемое в процессе резки тепло сразу уносится водой). Поэтому технология гидрорезки подходит для работы даже с легковоспламеняющимися веществами.

Достоинства с экологической точки зрения: в процессе резки не выделяется тепло, процесс взрыво- и пожаробезопасен (это позволяет резать взрывчатые вещества, нефте- и гозосодержащие емкости и трубопроводы и т.п); отсутствует радиационное излучение; отсутствует опасность вылета шлаковых или мелкодисперсных частиц; переносимая по воздуху пыль фактически устранена; уровень шума колеблется в пределах 85-95 дБ.

64

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 504.05

ГІДРОІМПУЛЬСНІ УСТАНОВКИ ДЛЯ УСУНЕННЯ НАСЛІДКІВ РІЗНИХ ТЕХНОГЕННИХ КАТАСТРОФ

Я. А. Лисих

Науковий керівник: к. т. н. М. В. Безкровна

Усунення багатьох наслідків техногенних надзвичайних ситуацій (НС) являє собою складну, небезпечну і витратну задачу. Наприклад, горіння газового факела завдає великої економічної і екологічної шкоди. При їх гасінні виникають великі труднощі, пов'язані з великою температурою горіння. Також складним завданням є розбір завалів з бетонних негабаритів, металевої арматури і балок і т.п., особливо при радіаційно і хімічно небезпечних НС.

Для ліквідації та усунення наслідків НС використовується різне обладнання, засноване на різноманітних технологіях, в тому числі і гідроімпульсних, яке дозволяє зменшити часові та фінансові витрати на боротьбу з НС. Однак гідроімпульсне устаткування слабо поширене по причині маловивченості і складності фізичних процесів, що протікають в повітрі при русі імпульсного струменя, що не дозволяє повністю планувати практичні випробування.

Існує два типи найбільш поширених пристроїв для отримання імпульсних струменів рідини високої швидкості: імпульсний водомет (ІВ) і гідрогармати (ГП). У першому влаштуванні (ІВ) вода повністю заповнює стовбур і сопло і видавлюється з цього обсягу під високим тиском. У другому пристрої (ГП) – рідина розганяється по мірі втікання в сопло, що звужується.

Гідродинамічні параметри установки повинні відповідати певним вимогам, які були встановлені в результаті численних експериментів. Одна з головних вимог: динамічний тиск струменя рідини на перешкоду повинен в 10 разів перевищувати межу міцності матеріалу перешкоди на стиск. Зазвичай властивості міцності матеріалів задаються за шкалою проф. Протодьяконова. Наприклад, межа міцності бетону за шкалою проф. Протодьяконова f = 6. Це означає, що межа міцності на стиск = 600 бар. Тому для ефективного руйнування міцних об'єктів потрібно великий тиск струменя.

Проведені розрахунки параметрів для різних гідроімпульсних установок, з урахуванням стискуваності і нестаціонарності процесу, дозволили встановити оптимальні установки та їх параметри для виконання різних завдань при ліквідації наслідків техногенних катастроф.

65

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 004.056.55:621.3.037.3:530

РАЗРАБОТКААЛГОРИТМАКОДИРОВАНИЯАУДИОСИГНАЛА

А.А. Лудилов, А.А. Бойко

Научный руководитель: С.П. Сергиенко

Чем сложнее зашифрована связь и данные, тем сложнее прочитать передаваемую информацию. Если передача зашифрована, будут собраны зашифрованные данные, и полезная информация останется конфиденциальной.

В данной работе, с помощью MAthCad, мы используем небольшой одноканальный (моно) аудио файл, расширения wav и файл расширения bmp. Для получения информации о аудио файле, используется функция READWAVINFO, которая создает вектор, содержащий информацию о количестве каналов, типовой скорости, разрядной разрешающей способности и средних байтов в секунду. Также для работы с амплитудой файла, используется функция READWAV, которая создает матрицу, содержащую амплитуды сигнала в файле, где каждый столбец представляет отдельный канал данный, а каждая строка соответствует моменту времени.

На первом этапе кодирования, мы разделили каждое из 55550 значений амплитуды на случайное число, которое генерируется с помощью функции RNORM.

Следующим этапом кодирования мы представили значения амплитуд шумового сигнала в виде исключительно целых и положительных чисел от 0 до 255 путём математических преобразований и сохранили некие «ключи» – указатели на значения амплитуды, которые мы ранее изменили.

И в завершении, используя функцию READRGB, мы записали красным цветом амплитуды шума диапазона 0-255, в зеленый цвет – случайные числа, также в виде чисел от 0-255. А в голубой и в три цвета 2-го изображения у нас записаны значения, необходимые для получения шума и дальнейшей расшифровки его в изначальный голосовой аудио сигнал. А вот как именно «изменить», можно передать получателю заранее в виде любой зашифрованной информации, так как эти данные не несут никаких точных указаний. Тем самым мы осуществляем одно из правил защиты информации – разграничиваем доступ.

Используя данный метод возможна зашифровка звукового файла в графический вид и изменяя масштаб до минимального, можно вставить в другую, более крупную, картинку-носитель, где наш шифр будет менее заметен.

66

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

ІНТЕГРОВАНА ОЦІНКА РЕЗУЛЬТАТИВНОСТІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ЯКОСТІ У ДП «УКРВУГЛЕЯКІСТЬ»

Є.І. Пилипченко

Науковий керівник: Т.А. Моцак

Якість – рушійна сила ринкових відносин, основа конкурентоспроможності, головний фактор успіху і найважливіша умова діяльності підприємства, а менеджмент якості – візитна картка кожного підприємства. Для цього підприємства впроваджують системи менеджменту якості ( СМЯ), розробляють процедури оцінки її результативності.

Метою даної роботи є вивчення ефективності використання інтегрованої оцінки системи менеджменту якості на базі ДП «Укрвуглеякість».

На підприємстві використовується унікальна система оцінки результативності (СМЯ): інтегрована оцінка, яка дозволяє оцінити результативність та функціонування як поточного стану СМЯ так і по кожному виду діяльності , процесу , підрозділу .

Грунтується даний метод на застосуванні кваліметрії – бальної оцінки, визначення коефіцієнтів вагомості, проведенні розрахунків, а також проведенні моніторингу та аналізу.

Процедура моніторингу процесів СМЯ складається з: визначення результативності процесів СМЯ; результативності СМЯ підприємства.

Оцінка результативності СМЯ проводиться шляхом складання чисельних значень результативності процесів з урахуванням вагових

коефіцієнтів : К n	РП i M i	де К – чисельне значення резуль-
i 1

тативності системи управління; РПi – чисельне значення результативності i -го процесу; Мi – коефіцієнт вагомості i -го процесу; n – число процесів. За підсумками оцінки результативності процесів представником керівництва – уповноваженим з якості робиться висновок про поточну результативності системи управління .

Застосування інтегрованої оцінки результативності СМЯ однією цифрою – коефіцієнтом поліпшення дозволяє виміряти і зробити висновок про функціонування системи менеджменту якості і виявити напрямки щодо її поліпшення. Дана методика може мати практичне застосування на будь-якому підприємстві.

67

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 621.6

ПОВЕРКА ГАЗОСЧЁТЧИКОВ НА ККП «ДОНЕЦКГОРТЕПЛОСЕТЬ»

Е.С. Говорова

Научный руководитель: А.Ю. Собко

Измерение расхода газа – одна из важнейших задач газовой промышленности. Доля промышленных счетчиков по количественным оценкам составляет лишь несколько процентов от общей доли счетчиков газа, однако в денежном отношении промышленные счетчики занимают почти половину рынка. Поверка газосчётчиков осуществляется в соответствии со следующими нормативными и метрологическими документами: Законом Украины «О метрологии и метрологической деятельности», ДСТУ 2708:2006 «Метрология. Поверка средств измерительной техники. Организация и порядок проведения», РД 50-211-80 «Методические указания. Расходомеры и счетчики объемного расхода и количества газа. Методы и средства поверки». Счетчики газа следует поверять через 5 – 8 лет.

На данный момент в промышленности чаще всего используются турбинные и роторные счетчики. На ККП «Донецкгортеплосеть» в лаборатории по поверке газо-, водо-, теплосчётчиков проводят поверку роторных и турбинных счетчиков газа на установке УПСГ методом сличения и на колокольной установке. Лаборатория является уникальной, так как в ней, кроме поверки, проводят ремонт счётчиков. В течение 2013 года в лаборатории поверили порядка 950 промышленных счётчиков, из них 20 % счётчиков не пригодны к эксплуатации. Колокольная система работает таким образом, что под большим давлением воздуха устройство счетчика продувается, на компьютер выводится весь перечень погрешностей и отклонений от нормы, если необходим ремонт счетчика, производится его ремонт.

В результате проведенного авторами сравнительного анализа технических, эксплуатационных, метрологических характеристик и показателей надежности роторных счётчиков РГК-Ех и турбинных счётчиков ЛГ-К-Ех, показано, что роторные счётчики практически по всем параметрам обладают лучшими характеристиками. Преимуществом турбинных газосчётчиков является более широкий диапазон измерения (до 1600 м3/ч). Однако по стоимости турбинные газосчётчики превышают роторные на 23%. Таким образом, для небольших расходов, в промышленных условиях, можно рекомендовать роторные счётчики.

68

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

УДК 532.593

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНУТРЕННИХ ВОЛН НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

М.А. Никула, Е.Д. Пометун

Научный руководитель: д.т.н., профессор Н.И. Болонов

Погрешности, возникающие при измерении физических величин, можно представить как сумму трех компонент: средней, гармонической и случайной составляющих. Перемещение термопреобразователя в стратифицированной среде вызывает появление, так называемых “внутренних волн”, которые представляют собой колебания среды соответствующие гармонической компоненте в общей структуре погрешности. Внутренние волны повсеместно распространены в океане. С ними связано явление “мёртвой воды” – торможение судна из-за расхода энергии на возбуждение внутренние волны на нижней границе слоя тёплой жидкости, лежащей поверх более холод-

ной [1].

Целью данной работы является исследование гармонической составляющей в общей структуре погрешности, а именно влияния внутренних волн на погрешность измерений параметров термоэлектрических преобразователей, в частности на динамические характеристики термопреобразователей на основе термопар, выбор математической модели и сравнение ее с экспериментальными данными.

С целью изучения свойств внутренних волн была разработана и изготовлена экспериментальная установка. Стратифицированные слои подкрашивались специально подобранным красителем и на поверхности раздела генерировались внутренние волны. Полученный процесс фиксировался с помощью фотосъемки и, после обработки изображений, определялась амплитуда и частота волн Брента-Вяйсяля [2], которую мы можем наблюдать на рис.1

Рис.1. Частота волн Брента-Вяйсяля

69

Працістудентськоїнауковоїконференціїфізико-технічногофакультетуДонНУ, 2014

Параллельно с оптическими методами, проводились измерения распределения температуры в слоях жидкости с помощью микротермопары. Полученные профили были обработаны, определена локальная плотность жидкости и вычислена частота внутренних волн. Расчетное значение частоты Брента-Вяйсяля оказалось близким к полученному экспериментально.

В результате проделанной работы была разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследования внутренних волн. Наработана методика визуализации внутренних волн. Снят профиль температуры, вычислена плотность и частота волн Брента-Вяйсяля.

Полученные результаты могут быть использованы для оценки вклада гармонической компоненты погрешности, возникающей при измерении динамических характеристик преобразователей.

Литература:

1.Доронин. Ю.П. Физика моря. – Л.: Гидрометеоиздат, 1978. –

С.44-45.

2.Роберт Стюарт. Введение в физическую океанологию. – 2005.

70