Научный архив: статьи

В статье приведены результаты исследований на физической модели вертикального вихревого водосброса при установке регулируемого дроссельного отверстия (РДО) в виде затворов, частично перекрывающих выходное сечение дросселя. Определено влияние геометрических параметров выходного туннеля на наполнение шахты, пьезометрические напоры и гашение энергии в кольцевом прыжке. Сделан вывод о том, что использование РДО требует сложной системы управления ее плоскими затворами, которая должна быть полностью увязана с приточными расходами.

Обсуждаются подходы к расчету надежности алгоритмов управления техническими системами на этапах основных положений и модели надежности таких алгоритмов.

В статье рассматривается двумерная задача о гидродинамическом истечении первичной водородной атмосферы планеты в результате поглощения экстремального ультрафиолетового излучения (EUV) от родительской звезды. В качестве примера приведены параметры недавно открытой экзопланеты TOI-421b, которая, согласно принятой классификации, относится к так называемому классу “теплых мини-Нептунов”. Гидродинамические параметры определяются путем решения нестационарных уравнений Эйлера и производства энтропии в сферической системе координат. Для определения интенсивности EUV применяется уравнение переноса излучения вдоль параллельных лучей с коэффициентом поглощения, пропорциональным плотности атомов водорода. Численный метод основан на конечно-разностной схеме модифицированного типа МакКормака — Рунге–Кутты на сферической сетке с неравномерным шагом по радиальному направлению и постоянным шагом по сферическому углу. Расчет интенсивности излучения в точках сетки выполняется по характеристикам с интерполяцией плотности. Представлены стационарные двумерные профили физических параметров в верхних слоях атмосферы, полученные в результате расчетов. Приводится оценка скорости истечения массы атмосферы на дневной стороне планеты и скорость ухода массы на ночную сторону планеты при постоянных внешних условиях.

Математическое моделирование современных электронно-лучевых технологических установок, предназначенных для прецизионной обработки различных материалов электронным пучком высокой энергии, предполагает “сквозной просчет” электронного пучка с учетом всех элементов колонны, включая термоэмиссионную электронную пушку, электромагнитную фокусирующую и отклоняющую системы. В данной статье представлен новый пакет прикладных программ “CHARGE” и обсуждаются некоторые численные результаты математического моделирования электронной оптики ЭЛТУ

Влажность почв является важнейшей гидрофизической характеристикой при описании и расчетах инфильтрационных потерь дождевого и весеннего стока, испарения. Динамика увлажнения почв неразрывно связана с изменением климатических характеристик, одновременно влажность является значимым компонентом климата, поскольку она определяет исходящие конвективные потоки тепла и влаги с поверхности суши в атмосферу, формирующие климат планеты. Методы. Для анализа закономерностей изменения влажности почв под воздействием климатических изменений использованы многолетние наблюдения за влагообменом на воднобалансовых станциях России, а также физически обоснованная математическая модель вертикального тепло-влагопереноса. Проведены численные эксперименты по оценке влияния всех основных метеофакторов, обусловливающих динамику изменения влажности за период 1952–2019 гг. Результаты. В ходе анализа экспериментальных данных установлено, что в период 1960–1990 гг. наблюдался повсеместный рост влажности почв на европейской части России как в летний, так и в осенний сезоны. В последующем, вплоть до настоящего времени, положительные тренды изменчивости влагозапасов сменились отрицательными или их величина значительно упала.

В статье рассмотрена проблема повышения эффективности послеуборочной обработки зернового вороха, являющейся ключевым звеном в сохранении качества и увеличении рентабельности производства зерна. Проведен анализ существующих технологических схем, выявлены их недостатки, связанные с отсутствием гибкой дифференциации режимов обработки для разнокачественных частей зернового массива. Анализ технологий обработки зерна в основных зерносеющих зонах страны позволяет выделить четыре основных этапа послеуборочной обработки зерна, которые в зависимости от назначения полностью или частично осуществляются в хозяйствах: приемка, предварительная очистка, временное хранение и сушка, окончательная обработка с доведением до требований стандартов. Совершенствование и обоснование оптимальных вариантов технологических операций послеуборочной обработки зернового вороха, обеспечивающих эффективное использование технических средств, материальных, трудовых, денежных ресурсов и определение их технико-экономических показателей возможно на основе системного анализа и использования оптимизационных моделей. В качестве основного метода исследования применен системный подход, позволяющий представить технологическую линию как целостную, многоуровневую систему взаимосвязанных подпроцессов. Разработана концепция оптимизации, основанная на раннем фракционировании вороха на семенную, продовольственную и фуражную фракции с последующей их раздельной обработкой в адаптивных режимах. Центральным элементом работы является построение иерархической системы математических моделей (функционалов), описывающих процессы сепарирования и сушки на различных уровнях системы – от движения единичной частицы на решете до работы всего зерноочистительно-сушильного комплекса. Предложенный подход позволяет формализовать задачу оптимизации как поиск экстремума целевой функции, выражающей критерий «максимальная производительность при минимальных удельных затратах», при заданных ограничениях по качеству готовой продукции. Показано, что использование фракционных технологий позволяет снизить микроповреждение семян на 10–15 % и повысить общую эффективность использования ресурсов на 15–20 % по сравнению с традиционными схемами.

Разработана модель для прогноза распределений поглощенных доз вдоль осевых лучей пучков гамма-фотонов в облучаемой низкоатомной среде на основе решений обыкновенных линейных дифференциальных уравнений первого порядка при их параметризации по данным измерений.

Актуальность и цели. Исследования течения вязкой жидкости между вращающимися цилиндрами (известного как течение Куэтта), как экспериментальные, так и теоретические, актуальны до настоящего времени и находят широкое применение в технических приложениях (теплообменные аппараты, атомные и химические реакторы, сепараторы, астрофизика). Данный класс задач усложняется, когда наряду с гидродинамикой имеет место теплообмен вязкой жидкости. Степень сложности таких задач возрастает при совместном рассмотрении теплообмена и течения вязкой электропроводной жидкости между вращающимися с разной угловой скоростью цилиндрами. Для изучения и более глубокого понимания таких сложных процессов необходимы дальнейшие исследования, которые послужат уточнению математических моделей теплообмена и магнитной гидродинамики. Рассматривается теплообмен и магнитная гидродинамика жидкости (при заданном поле скорости) между двумя вращающимися коаксиальными цилиндрами. Целью работы является исследование влияния угловых скоростей вращения цилиндров, диссипации джоулева тепла, внутренних источников/стоков тепла, толщины цилиндрического слоя и магнитного числа Рейнольдса на поля температуры и магнитной индукции жидкости в цилиндрическом слое.

Материалы и методы. Задача теплообмена и магнитной гидродинамики электропроводной жидкости решается численно методом контрольного объема (Патанкара) в цилиндрической системе координат.

Результаты. Исследовано влияние поля скорости, внутренних источников/стоков тепла, диссипации джоулевой теплоты, толщины цилиндрического слоя на поля температуры, радиальной и угловой составляющих магнитной индукции электропроводной жидкости между двумя коаксиальными вращающимися цилиндрами. Установлено, что изменение направления вращения цилиндров приводит к изменению вида экстремума угловой составляющей магнитной индукции. Уменьшение магнитного числа Рейнольдса увеличивает интенсивность теплообмена в жидкости.

Выводы. Полученные результаты могут быть использованы как при исследовании тепловых и магнитогидродинамических процессов, так и проектировании энергетических и химических аппаратов, сепараторов, приборов и установок.

Актуальность и цели. Актуальность темы обусловлена потребностью в доклиническом исследовании пар трения эндопротезов тазобедренного сустава, направленном на оптимизацию лечебно-диагностических процессов эндопротезирования тазобедренного сустава человека. Целью работы является разработка и апробация методики исследования медико-биологических процессов функционирования эндопротезов тазобедренного сустава, позволяющая оценить прочность и износостойкость пар трения.

Материалы и методы. В методике исследования использовано регрессионное математическое моделирование напряжений узла подвижности эндопротеза тазобедренного сустава на основе медико-биологических процессов функционирования тазобедренного сустава и сравнительное испытание объемного износа пар трения.

Результаты. Разработанные имитационные и математические модели медико-биологических процессов функционирования тазобедренного сустава позволили оценить надежность конструкций пар трения из углеситалла. Оценка полученных данных напряжений выявила высокую надежность узла подвижности с парой трения из углеситалла. Объемный износ пары трения из углеситалла меньше, чем у керамической пары трения, на 31,8 %.

Выводы. Математические и имитационные модели позволяют определять параметры нагружения узлов подвижности эндопротезов тазобедренного сустава. В результате исследования запас прочности пары трения из углеситалла составил 4,5, что говорит о высокой надежности конструкции. Определение объемного износа позволяет установить возможность новых пар трения снижать риск развития послеоперационных осложнений. Объемный износ пары трения из углеситалла меньше, чем пары трения из керамики, на 31,8 %. Полученные в результате исследования данные позволят оптимизировать лечебно-диагностический процесс эндопротезирования тазобедренного сустава человека за счет предоставления данных о прочности и износостойкости эндопротезов на предоперационном этапе.

Сопоставление текстов прижизненных кварто шекспировского «Гамлета» (Q1 1603, Q2 1604, Q3 1611) и первого посмертного фолио (F1 1623) обнаруживают отличия разного происхождения, значения и сложности. Разночтение fonde deeds - foule deeds (I, 2, 255) в словах Гамлета, фиксирующих завязку основного действия пьесы и намечающих вектор поведения протагониста, принадлежит к категории важных и трудных для интерпретации. В современных изданиях это место обычно воспроизводят по первому фолио (foule deeds), по нему сделаны и все русские переводы. Наше исследование вариантов текста и историко-культурного контекста показало, что в данном случае предпочтителен вариант «хорошего» кварто 1604 г. (fonde deeds). При этом он нуждается в подробном комментарии, каковым может служить данное изыскание. Реплика Гамлета о спокойствии духа и неизбежности открытия миру дел человеческих не только имеет важный сюжетный и театральный смысл, но представляет собой ключевое, с точки зрения религиозных представлений и понимания нравственного закона, теоретическое высказывание. Оно реализуется героем в дальнейшем сценическом действии и проливает дополнительный свет на проблему его «медлительности». Высказывание восходит к текстам Нового Завета с примечаниями Женевской Библии и толкованиям на 1 Послание к Тимофею реформаторов церкви М. Лютера (Lectures on 1 Timothy) и Ж. Кальвина (Commentaries on the Epistles to Timothy) и может трактоваться, в том числе как фактический плод учения шекспировского героя в «школе Виттенберга» (I, 2, 113).

Цель – расчет показателей магнитной гидродинамики алюминиевого электролизера для сравнения разных видов ошиновок, используемых на ваннах с анодом Содерберга. Для проведения расчетов электрических параметров электролизера (токораспределения по блюмсам и анодным штырям) и характеристик магнитного поля использовалась компьютерная программа «Blums V5.07» (ООО «Полифем», Россия). С помощью программы «MHD-Valdis» (разработчик В. Бояревич, университет Гринвич, Великобритания) были получены данные по скоростям циркуляции и перекосу металла в электролизере. В ходе выполнения исследований были построены математические модели электролизера типа С-8БМ (С-8Б) с различными конструкциями ошиновки. Выбраны 3 варианта ошиновок, на которых испытывалась установка перемычки, предназначенной для замыкания токораспределения анодной ошиновки электролизера. Данные типы ошиновок выполнялись в 2 вариациях: с перемычкой и без нее. По полученным данным рассчитанных скоростей циркуляции и перекоса металла была выполнена оценка возможности модернизации ванн с анодом Содерберга без значительных капитальных затрат. При использовании 1-го типа ошиновки достигнуты наилучшие значения распределения тока по блюмсам с диапазонами, составляющими ~757 А (для варианта без перемычки) и ~656 А (для модернизированного варианта с замкнутыми рядами), и по анодным штырям с диапазонами ~1754 А и ~1609 А, соответственно. Показано, что при использовании 3-го варианта ошиновки токораспределение после установки перемычки между анодными шинами незначительно ухудшается. По полученным результатам можно сделать вывод, что при модернизации электролизера С-8БМ (С-8Б) с различными видами ошиновок токораспределение по блюмсам и анодным штырям, характеристики магнитного поля (компоненты By и Bz), а также скорости циркуляции и перекос металла не оказывают значительного влияния на эффективность работы данного электролизера, что способствует более быстрому переходу на ведение электролиза на ваннах ЭкоСодерберг и без значительных экономических затрат.

Целью исследования являлось расширение диапазона (с сохранением мощностных характеристик) скорости синхронного двигателя с постоянными магнитами в электроприводе главного движения металлорежущего станка. В работе использовалось математическое моделирование электропривода синхронного двигателя с постоянными магнитами с помощью программного продукта SimInTech. В качестве исходных данных для моделирования использовались параметры двигателя постоянного тока: номинальная мощность 2,2 кВт, напряжение 315 В, скорость 1500 об/мин, КПД 90,5%, номинальный ток 6 А. Разработан алгоритм управления электроприводом, включающий две зоны управления: зону максимальной мощности и зону увеличенной скорости. Показано, что в зоне максимальной мощности поддерживаются номинальные характеристики, а в зоне увеличенной скорости достигается повышение скорости синхронного двигателя в электроприводе главного движения металлорежущего станка до 2 раз без ухудшения мощностных характеристик. Проведены численные эксперименты и сравнительный анализ результатов работы алгоритма управления с традиционными методами управления, которые подтвердили теоретические значения. Результаты моделирования показали, что при управлении синхронных двигателей с постоянными магнитами во второй зоне энергопотребление системы управления не превышает номинальных значений. Таким образом, разработанная система управления синхронных двигателей с постоянными магнитами обеспечивает эффективное управление электроприводом главного движения металлорежущего станка, демонстрирующего улучшенные характеристики обработки материалов, изготавливаемых из металлов с малой твердостью. Проведенное авторами исследование представляет практическую значимость для промышленности, где повышение скорости двигателя в металлорежущих станках является важным фактором для увеличения производительности и снижения времени обработки.