Статья: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРА НА БАЗЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ (2025)

В реальных условиях ледовые поля деформируются и разрушаются в результате изгиба под действием нагрузок. Обычно практикой рассмотрения задачи изгиба являются приемы упрощения. Для решения задач упруго-пластичного деформирования льда при изгибе описываются эпюры напряжений в зонах растяжения и сжатия образцов льда постоянной солености и температуры. Реальный лед обладает значительной изменчивостью температуры и солености по его толщине и эпюры напряжений представлены в виде параболической аппроксимации с использованием приемов наращивания толщины льда. Это позволяет определить положение нейтрального слоя и погонный изгибающий момент. Процесс разрушения льда при изгибе является многоступенчатым. В статье показано, что разделение льда радиальными трещинами на клиновидные сектора происходит из-за нарушения условий совместности деформации (сплошности) и приводит к дальнейшему одноосному напряженному состоянию — изгибу клиньев на упругом основании. Подробно рассматриваются задачи изгиба этих клиньев с получением конечных инженерных формул для разрушающих нагрузок. Изложение материала статьи сопровождается численным анализом результатов.

Выполнен обзор и оценка полноты экспериментального исследования термодинамических свойств (ТДС) н-октадекана в различных областях параметров состояния. Анализировались данные о термодинамических свойствах отечественных и зарубежных авторов, полученные как в прошлом веке, так и в последние годы. В результате критического анализа из них отобраны наиболее представительные и надежные. Проведенный анализ показал проблему, связанную с недостаточной экспериментальной исследованностью поверхности состояния н-октадекана, в частности, в сверхкритической и критической областях. С целью повышения численной устойчивости и повышения прогнозных возможностей разрабатываемого уравнения состояния авторами принято решение о включении расчетных значений ТДС в массив обрабатываемых экспериментальных данных. Расчетные данные были получены различными апробированными методиками в рамках теории термодинамического подобия и восполняли дефицит данных в неисследованных областях параметров состояния. Полученный гибридный массив данных составил основу для разработки фундаментального уравнения состояния (ФУС) н-октадекана. Для разработки ФУС применялся современный эвристический алгоритм, реализующий метод случайного поиска. Полученное уравнение надежно описывает все ТДС н-октадекана в диапазоне температур от тройной точки до 700 К при давлениях до 100 МПа. Уравнение состояния выражено в терминах одного из термодинамических потенциалов — свободной энергии Гельмгольца. Конфигурационная часть, описывающая свойства реального флюида, содержит 15 членов, из которых пять полиномиальных, пять экспоненциальных и пять термов Гаусса для описания свойств в широкой окрестности критической точки. Новое уравнение состояния удовлетворяет классическим условиям критической точки и физически верно описывает поведение производных термодинамического потенциала. Средние относительные отклонения расчетных значений ТДС по ФУС от экспериментальных данных имеют следующие значения: давление насыщенных паров — ±0,5 %, плотность насыщенной жидкости — ±0,3 %, изобарная теплоемкость — ±1,5 %, скорость звука в жидкой фазе — ±0,4 %, плотности жидкой фазы — ±0,4 %, плотность газовой фазы — ±0,9 %.

Разработка и проектирование высокоэффективных, универсальных конструкций тепло-массообменного оборудования, предназначенного для реализации современных технологий производства спиртовой и безалкогольной продукции невозможна без всестороннего изучения теплофизических свойств исходной рабочей среды в процессе ее трансформации в целевой продукт. Так, важнейшей и в то же время энергозатратной стадией процесса пивоварения является водно-тепловая обработки измельченного солода. Водно-тепловая обработка измельченного солода напрямую влияет на органолептические свойства пива и его объем. В данной работе представлены: методы и принципы исследования, а также основные результаты исследования теплофизических свойств солодовых суспензий. Исследовались суспензии, приготовленные из следующих фракций: <0,18 мм; 0,18–0,25 мм; 0,25–0,3 мм; 0,3–0,425 мм; 0,425–0,5 мм; 0,5–0,71 мм; 0,71–1,00 мм, для каждого из гидромодулей (1:2,5; 1:3; 1:3,5; 1:4; 1:5). Получены значения коэффициента теплопроводности, удельной теплоёмкости и коэффициента температуропроводности, для всех объектов исследований, при температуре 20 °C. На основании этих данных построены характеристики для всех исследованных объектов исследований, в которых отображено изменение теплофизических свойств от гидромодуля и фракционного состава. Установлено, повышение содержания воды в суспензии или выбор большего гидромодуля ведет к повышению коэффициента теплопроводности, коэффициента температуропроводности и удельной теплоемкости суспензии. При этом влияние среднего размера фракции на теплофизические свойства водно-солодовой суспензии является минимальным. Результаты исследований позволят существенно уточнить расчетные зависимости, связанные с разработкой и проектированием высокоэффективных, универсальных конструкций тепло-массообменного оборудования, предназначенного для реализации современных технологий производства спиртовой и безалкогольной продукции.

Качество вина зависит от множества факторов, включая сорт винограда, климатические условия, технологии производства и хранения. С развитием технологий и увеличением объемов производства вина возникла необходимость в более системном подходе к оценке его качества. Вино является одним из наиболее сложных продуктов для оценки качества, так как традиционные методы оценки качества вина часто включают субъективную дегустацию. Для повышения субъективности оценки можно использовать дескрипторно-профильный метод дегустационного анализа. В настоящее время не существует простых критериев, позволяющих на основе анализа образца вина определить, были ли выдержаны все технологические условия при производстве или нет. Используемые критерии основаны в большей части на органолептических оценках. Подобная оценка по определению зависима от состояния эксперта-дегустатора, которое, в свою очередь, не поддается контролю. В настоящей работе нами рассматривается оценка возможности использования количественных и математических методов, таких как нечеткая логика. Результаты, полученные с помощью нечеткой системы вывода в RStudio, показали хорошую сходимость с экспертными оценками и высокий уровень интерпретируемости модели.

В современных условиях актуальной задачей пищевой промышленности является разработка безглютеновых мучных смесей функционального назначения, отвечающих требованиям здорового питания и диетического рациона. В рамках исследования были разработаны рецептурные композиции бельгийских вафель на основе рисовой, кукурузной и амарантовой муки с учетом нормирования содержания пищевых волокон, минеральных веществ и аминокислотного баланса. Методом линейного программирования по критериям максимального содержания белка, пищевых волокон и магния были оптимизированы три мучные композиции на основе рисовой, кукурузной и амарантовой муки (55:25:20; 25:55:20; 40:40:20, соответственно). Оценка аминокислотного состава показала, что все три проектируемые безглютеновые мучные композиции превосходят пшеничную муку по сбалансированности незаменимых аминокислот (увеличивается содержание лимитированных аминокислот (лизина с 56 до 69–78 %, метионина с 67 % до 71–78 %), избыток триптофана снижается с 176 % до 136–159 %). Установлено, что рецептурная композиция с соотношением рисовой, кукурузной и амарантовой мукой 55:25:20 соответственно обладает лучшим аминокислотным профилем, I классом белка и превосходит остальные образцы по коэффициенту жирнокислотной сбалансированности (0,460 при I = 3 и 0,243 при I = 5) и коэффициенту биологической эффективности (0,268). С точки зрения жирнокислотного состава у всех безглютеновых мучных смесей зафиксировано повышение НЖК (с 68 % до 70–85 %) и МНЖК (с 21 % до 52–56 %). Значение скора ПНЖК (483–574 %) во всех образцах значительно превышал эталон (100 %). На основе смоделированных смесей разработаны рецептуры бельгийских вафель. Наилучшей органолептической оценкой обладали образцы бельгийских вафель с соотношением рисовой, кукурузной и амарантовой муки в рецептуре 40:40:20 соответственно. Разработанные рецептуры расширяют возможности использования нехлебопекарных видов муки и вторичного сырья растительного происхождения (жмыха моркови) в технологии бельгийских вафель с повышенной пищевой ценностью и потребительскими свойствами.

Хлеб является значимым поставщиком необходимых нутриентов для обширного круга потребителей. Обогащение его состава компонентами с полезными свойствами предоставляет результативный подход к предупреждению и терапии различных заболеваний. На кафедре пищевой биотехнологии КГТУ проведены исследования по совершенствованию рецептуры ржано-пшеничных хлебобулочных изделий путем введения в их состав белково-минеральной композиции на основе трески балтийской и подсырной молочной сыворотки, которые предложен назвать «Балтийские краюшки». Новое обогащенное изделие рекомендовано как специализированная продукция для детей школьного возраста. Представлены исследования по оценке влияния белково-минеральной композиции на органолептические показатели качества новой продукции в процессе хранения. Показано, что высокими органолептическими характеристиками «Балтийские краюшки» обладают в первые трое суток: отмечается приятный вкус и запах, свойственный данному виду изделия, оттенки запаха и вкуса рыбы отсутствуют, структура хорошо разрыхленная, равномерная, цвет светло-коричневый. Так же проведены микробиологические исследования двух закладок хлебобулочных изделий: традиционные краюшки «Любительские» и обогащенные — «Балтийские краюшки», при «оптимальных» условиях хранения 23±1 °C. Установлен срок хранения изделий, обогащенных белково-минеральной композицией, который составил 3 суток при температуре не ниже 6 °C. Доказано, что внесение композиции не влияет на сроки хранения краюшек с учетом добавления сырьевых компонентов, нетрадиционных для хлебобулочной продукции. Доказан безопасный уровень содержания потенциально опасных веществ: свинца, мышьяка, кадмия, ртути и микотоксинов, пестицидов в соответствии с ТР ТС 021 / 2011 «О безопасности пищевой продукции». Кроме того, проведена оценка безопасности хлебобулочного изделия «Балтийские краюшки» с использованием тест-культуры Tetrahymena pyriformis, показавший также отсутствие токсического воздействия обогащенной продукции

Рассмотрены рабочие процессы и интегральные характеристики холодильного одноступенчатого поршневого длинноходового тихоходного компрессора в широком диапазоне температур кипения и конденсации аммиака. Представлена методика расчета действительного рабочего процесса ступени такого компрессора, учитывающая в том числе процессы нестационарной теплопроводности при комбинированном применении граничных условий 2-го и 3-го рода. В качестве интегральных показателей рассмотрены холодильный коэффициент и температура нагнетания. В качестве независимых параметров рассмотрены: температуры конденсации и кипения, плотность теплового потока на внешней поверхности цилиндра. Выполнен сравнительный анализ эффективности рабочего процесса рассматриваемой ступени при температурах конденсации и кипения в диапазоне 293…343 К и 258…193 К соответственно для различной плотности теплового потока на внешней поверхности цилиндра. Исследована взаимосвязь плотности теплового потока, температуры конденсации и температуры кипения аммиака с интегральными характеристиками рассматриваемого компрессора. Показано, что при температурах кипения ниже 228 К энергоэффективность одноступенчатого тихоходного длинноходового холодильного компрессора может быть выше, чем у быстроходных двухступенчатых холодильных компрессоров

При перевозках скоропортящихся грузов железнодорожным транспортом имеется значительная номенклатура продуктов, для которых в зимний период года точное поддержание температуры в грузовом помещении вагона не требуется. Представлена математическая модель термообработки штабеля скоропортящихся пищевых продуктов, которая описывает процессы теплопередачи при продолжительной транспортировке в отапливаемом изотермическом вагоне (ОИВ). Система обогрева включает использование электрообогревательных элементов и блока тепловых аккумуляторов с большой эквивалентной теплоемкостью, обеспечиваемой фазообратимыми реакциями в теплоаккумулирующем материале. Работа системы отопления вагона сводится к компенсации теплопотерь, зависящих от температуры окружающего воздуха и от теплоизоляционных качеств ограждающих конструкций кузова вагона. Отличительной особенностью предлагаемой модели является рассмотрение характера движения термообработанного воздуха внутри грузового помещения изотермического вагона. Она предназначена для расчета температурных полей в штабеле термочувствительного груза и пристенном пространстве при естественной конвекции воздуха внутри грузового помещения вагона. Методы исследования основаны на уравнениях математической физики и теории подобия. Полученные результаты иллюстрируются на конкретном примере, из практики эксплуатации подвижного состава, для перевозок скоропортящихся грузов. Некоторая коррекция температурного режима, обеспечивается системами обогрева, размещаемыми в стенах и «теплом полу» грузового помещения вагона, создающими естественную конвекцию воздуха, обтекающего штабель. Благодаря новой системе обогрева и отказу от воздуховода может быть увеличена высота и полезный объем грузового помещения изотермического вагона без изменения наружных размеров кузова и габарита подвижного состава, что особенно актуально при перевозках СПГ с малым удельным весом.

Представлены результаты численных исследований влияния температурного напора на режим течения пленки конденсата под тороидальным паровым вихрем конденсирующегося пара в коротких тепловых трубах (ТТ). Направление аксиального вращения тороидального вихря зависит от температурного напора, и меняется на противоположное при перегреве рабочей жидкости в испарителе относительно температуры ее кипения на величину δev ≥ Tev – TB ~ 10 K. Вихреобразование пара на поверхности радиально движущейся от центра к периферии по поверхности верхней крышки ТТ жидкостной пленки конденсата, приводит к торможению пленки при малых температурных напорах на испаритель, и к ускорению течения пленки при больших температурных напорах. Поверхность пленки конденсата под тороидальным паровым вихрем имеет вогнутый характер и непараллельна плоской поверхности верхней крышки вблизи стенок ТТ, и угол наклона поверхности пленки вблизи стенок достигает (14±1)°, а ее толщина в месте контакта может достигнуть 3 мм

Проведено исследование по оптимизации контура регазификации криогенной системы накопления энергии, работающей по циклу Брайтона с промежуточным перегревом пара. На основе математического моделирования проведен анализ термодинамических параметров цикла, включая расчет мощности, термического и эксергетического КПД, а также стоимости оборудования. Установлено, что использование воздуха и азота в качестве рабочих тел обеспечивает схожую рентабельность. Эксергетический анализ выявил значительные потери в компрессоре и теплообменных аппаратах, связанные с температурным напором. Оптимальная конфигурация системы достигается при степени повышения давления в компрессоре в 5 раз и минимальном температурном напоре 1 К. Результаты демонстрируют потенциал применения цикла Брайтона для повышения энергоэффективности криогенных систем

Применение систем тригенерации обеспечивает экономию энергетических ресурсов и повышение энергоэффективности технологий. В действующих комплексах используют преимущественно серийные абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины (АБХМ). Авторами выполнен анализ энергетического баланса тригенерационного комплекса в составе с одноступенчатой двухсекционной АБХМ. Оценен эффект от использования в качестве источника тепла для привода АБХМ горячей воды из системы утилизации тепла, аккумулирующей тепло отходящих газов газопоршневых установок (ГПУ). Температура греющей воды генератора находится в диапазоне th = (110…75) °С. С целью возможного увеличения холодопроизводительности системы охлаждения комплекса выполнен выбор и расчет комбинированного цикла АБХМ с двухступенчатой генерацией (тип 4), позволяющего одновременно утилизировать бросовую теплоту разного потенциала. Для данного термодинамического цикла АБХМ получены расчетные зависимости значений теплового коэффициента от зоны дегазации при разных температурах охлаждающей среды (тепловой коэффициент равен 0,93 при tw1 = 30 °С, Δξ = 4 %), а также температурные графики горячей воды. Показано, что применение АБХМ с двухступенчатой генерацией (тип 4) дает возможность увеличить холодопроизводительность системы охлаждения на 10,6 %. Это позволит более чем наполовину снизить нагрузку на парокомпрессорную холодильную машину (ПКХМ), тем самым снизить затраты на электрическую энергию, уменьшить количество пусков и остановов винтового компрессора. Результаты исследования могут быть использованы для модернизации систем охлаждения действующих тригенерационных комплексов