Preview

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки

Расширенный поиск
Том 46, № 3 (2019)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21822/2073-6185-2019-46-3

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ 

8-19 257
Аннотация

Цель Разработка энергоэффективных светоизлучающих биполярных полупроводниковых структур.

Метод Предложен метод трансформации термоэлектрического тепла в биполярных полупроводниковых структурах в электромагнитное излучение оптического диапазона. При этом сохраняется охлаждающий эффект на термоэлектрических переходах. Вместо электрического переноса информационного импульса от излучающего свет перехода база-эмиттер информация переносится на поглощающий свет переход база-коллектор фотонами напрямую или после многократного переотражения от зеркальных металлических электродов.

Результат Принцип излучения светодиода позволяет реализовать оптопару в пределах одного электронного компонента. В отличие от обычных оптопар, которые дискретно в пространстве разделены, здесь они интегрально объединены в пределах одного электронного компонента. В результате светоизлучающие биполярные полупроводниковые структуры позволят создавать более мощные приборы с большим быстродействием и степенью интеграции.

Вывод Светоизлучающие биполярные полупроводниковые структуры позволят не только повысить надежность работы электронных компонентов в широком диапазоне эксплуатационных характеристик, но и повысить энергоэффективность за счет применения рекуперации оптического излучения. Перспективы развития световых экономичных транзисторов позволяют не только повысить степень интеграции, а значит, и увеличить производительность процессоров, но и снизить энергозатраты на системы охлаждения и на систему питания самого устройства. 

20-31 342
Аннотация

 Цель Целью статьи является разработка термоэлектрического устройства (ТЭУ) для внутриполостной гипотермии, его экспериментальные исследования, а также  создание методик проведения лечебных процедур с помощью данного прибора.

Метод Разработана конструкция термоэлектрического устройства для внутриполостной гипотермии, состоящая из двух термоэлектрических батарей (ТЭБ), соединенных между собой посредством цельнометаллического теплопровода, снабженная воздействующим апликатором и жидкостным теплообменником. Проведены экспериментальные исследования прибора на специально разработанном стенде, включающем в себя климатическую камеру, источник электрической энергии, измеритель температуры, подключаемый к ПЭВМ.

Результат Получены данные об изменении температуры в контрольных точках устройства во времени. Рассмотрено изменение во времени температуры наконечника устройства, теплопровода, теплоотводящей системы при различных токах питания термоэлектрических батарей. Описаны методики лечения некоторых ЛОР заболеваний с помощью разработанного прибора.

Вывод Установлено, что без нагрузки температура аппликатора стабилизируется приблизительно через 4-4,5 минуты.  При этом увеличение силы тока дополнительной ТЭБ с 5 до 12 А при токе питания основной ТЭБ 23 А снижает значение температуры с 237 К до 224 К. В процессе проведения процедур необходимого уровня снижения температуры биологического объекта удается достичь при токе питания основной и дополнительной термоэлектрических батарей, соответственно равном 23 и 12 А через 2,5 мин. Методики лечения ЛОР заболеваний позволяют в полной мере реализовать возможности ТЭУ. 

32-42 359
Аннотация

 Цель. Определение перспектив применения различных холодильных агентов, а также потенциал их взаимозаменяемости в низкотемпературной технике исходя из условий Кигалийской поправки к Монреальской конференции.

Метод. Произведено компьютерное моделирование процессов теплообмена на основе общепринятых зависимостей и получены данные для построения характеристик элементов холодильной машины.

Результат. R717 и R410A рекомендованы для использования в средне- и низкотемпературных машинах. Холодильный агент R32 - в высокотемпературных холодильных машинах, особенно, в аппаратах с медными оребренными трубами. Низкое паросодержание хладона R32 препятствует образованию «запаривания» верхних слоёв пучка труб, что приводит к повышению уровня холодильного агента в испарителе и увеличению площади рабочей области трубного пучка испарителя. Для R32 необходимо провести дополнительные исследования по поиску его альтернативной замены. Наиболее высокие значения коэффициента теплоотдачи получены при работе на  холодильных агентах R410А и R717.

Вывод. С помощью реализованных алгоритмов возможно получать характеристики элементов парокомпрессорной холодильной машины в широком диапазоне изменения температур кипения и конденсации с учетом различных факторов и процентного состава смесевого рабочего вещества, что весьма актуально при переводе машин на альтернативные холодильные агенты. 

43-52 269
Аннотация

 Цель Целью исследования является изучение теплофизических процессов, происходящих при тепловом воздействии на рефлекторные зоны человеческого организма, в частности рефлексогенные зоны стопы человека, в условиях нестационарного режима.

Метод Разработана модель теплового воздействия на рефлекторные зоны человеческого организма на основе полупроводникового термоэлектрического устройства. Предложена упрощенная физическая модель, не рассматривающая теплообмен в термоэлектрических батареях (ТЭБ) и элементах сопряжения ТЭБ с отдельными рефлекторными зонами.

Результат Получены графики распределения температуры по толщине ступни при различных значениях теплового потока, графики изменения температуры во времени. Влияние теплового воздействия ТЭБ, приведенной в тепловой контакт с противоположной поверхностью стопы, незначительно, что является следствием низкой теплопроводности тканей стопы, а также незначительными тепловыми потоками на ее поверхности (для процедур используются маломощные ТЭБ).

Вывод Разработанная модель полупроводникового термоэлектрического устройства для воздействия на рефлекторные зоны человеческого организма, в частности на область стопы, позволяет исследовать теплофизические процессы, происходящие при тепловом воздействии на биологически активные точки подошвы стопы человека. Установлено, что при локальном температурном воздействии на биологический объект не наблюдается существенного перепада температуры по его толщине. 

53-65 297
Аннотация

 Цель Целью исследования является анализ теплофизических процессов в термоэлектрическом интенсификаторе теплопередачи, работающей в составе опреснительной  системы на базе полупроводниковых термоэлектрических преобразователей.

Метод. Предложена математическая модель для конструкции опреснителя, содержащего термоэлектрический  теплообменник, в котором предусмотрено использование теплоперетоков естественной теплопроводностью за счет «тепловых мостиков».  Предложенный метод использования дополнительных стоков теплоты на теплопоглощающей стороне устройства и дополнительных источников теплоты  на тепловыделяющей стороне определяет необходимость в новой математической модели, отличающейся от известных математических моделей, описывающих теплопередачу в интенсификаторе теплопередачи проточного типа.

Результат. Существенный вклад в температурное поле теплоносителей вносят члены, учитывающие теплопередачу через «тепловые мостики». Причем величина вклада тем больше, чем больше теплопроводность «тепловых мостиков» и разница температур между теплоносителями и поверхностью «тепловых мостиков». В соответствии со своим назначением ТЭИТ проточного типа для  схемы использования в опреснителях должны обеспечивать эффективную передачу теплоты от потока охлаждаемого теплоносителя к потоку нагреваемого теплоносителя. Результаты показывают, что при заданной ограниченной длине теплообменника применение термоэлектробатареи совместно с «тепловыми мостиками» позволяет достичь равенства температур теплоносителей на выходе.

Вывод. Для условия работы термобатареи в режиме интенсификатора длина не должна превышать той величины, при которой температуры теплоносителей на выходе становятся равными. Решение системы относительно длины, дает искомую длину термобатареи, при которой достигается равенство температур теплоносителей на выходе из режима функционирования ТЭИТ.  Уменьшение длины теплообменника, при всех прочих равных условиях дает снижение массогабаритных показателей устройства в целом.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ 

66-78 299
Аннотация

Цель. Целью исследования является разработка программных методов  повышения надежности работы аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов (АРП).

Метод. Приведены математические модели и алгоритмы программного восстановления неисправности аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов. Предложено изменить структуру аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов.

Результат. Предложены методы и алгоритмы для программного повышения надежности работы аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов. Приведена новая организация структуры аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов. Для обеспечения работоспособности АРП при выходе из строя вибраторов антенной системы предложены новые программные методы:  с использованием фазовых соотношений  с любых двух пар ортогонально расположенных вибраторов кольцевой антенной решетки;  с использованием метода комбинаторики;Предложенная схема организации работы АРП позволяет повысить среднюю наработку на отказ одного канала пеленгования в 4,4 раза.

Вывод. Разработанные методы обеспечения работоспособности АРП при выходе из строя вибраторов антенной системы позволяют одновременно вычислить пеленг и угол места на источник радиоизлучения.Использование предложенного метода позволяет без аппаратурных затрат повысить надежность работы аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов и обеспечивает адекватность измеренных значений  инструментальной погрешности аэродромных квазидоплеровских автоматических радиопеленгаторов  реальным. 

79-86 355
Аннотация

 Цель. Разработка метода выбора типа функции принадлежности и получения ее параметров, который позволил бы исключить субъективное влияние человека при автоматизированной обработке информации.

Метод. В работе рассмотрены и проанализированы существующие методы построения функций принадлежности. Исследование основано на методах нечеткой логики и анализа данных.

Результат. Предложен метод получения параметров функций принадлежности нечетких множеств, использующий реальные данные. Предложено для определения ядра нечеткого числа использовать данные, полученные от исследуемого объекта, а для носителя — теоретические сведения об объекте. Рассматриваются треугольная, трапецеидальная, колоколообразная и гауссова функции принадлежности. Внешний вид функции принадлежности предложено определять с помощью критерия – отношения ядра к носителю нечеткого множества. Приведены результаты расчетов при использовании предложенного метода для получения функций принадлежности на основании данных о мощности, потребляемой электродвигателями различного типа.

Вывод. Разработанный метод может найти применение как в системах поддержки принятия решений, так и в автоматизированных системах управления технологическими процессами. Предложенные в статье значения критерия могут быть пересмотрены при необходимости учета значений, входящих в множество измеренных реальных данных, или исходя из требования упрощения процедуры автоматизированной обработки. В дальнейших исследованиях планируется применение описанного метода для получения термов лингвистических переменных. 

87-96 341
Аннотация

 Цель. В настоящее время в соответствии с требованиями руководящих документов ФСТЭК России, а также международными стандартами при разработке и эксплуатации защищенных автоматизированных систем необходимо проводить оценку эффективности (общей полезности) систем защиты информации. Статья посвящена разработке способа оценки эргатотехнических характеристик программных систем защиты информации для использования оценки общей полезности систем защиты информации.  Целью работы является разработка методики оценки вероятностного показателя своевременности выполнения типовых операций по администрированию систем защиты информации.

Метод. Для реализации данной цели были созданы группы пользователей, выполняющие типовые операции администратора системы защиты информации. Время выполнения операции каждой группой фиксировалось инструментальным средством IOGraphV1.0.1 и использовалось при расчете вероятностей своевременного выполнения типовых операций администратором по формуле усеченного нормального распределения.

Результат. Проведена оценка вероятностного показателя, позволяющего оценить своевременность выполнения операций администратором системы защиты информации.

Вывод. Полученные результаты могут быть использованы при комплексной оценке эффективности (надежности) функционирования программных систем защиты информации в автоматизированных системах с целью моделирования и анализа защищенности объектов информатизации специального назначения.

97-107 340
Аннотация

Цель. В статье рассматривается процесс расчета и проектирования смесителя с диплексором с формированием противофазного сигнала гетеродина щелевым резонатором.

Метод. Для расчета и оптимизации характеристик и конструктивно-топологических параметров смесителей использовались результаты проектирования полосового фильтра (ПФ) и фильтра нижних частот (ФНЧ) смесителей проходного типа. Расчет характеристик смесителя  и его конструктивных элементов проведен с помощью пакета программ автоматизированного расчета СВЧ устройств «Serenade». Особенностью проектирования смесителей данной конструкции (с диплексером) является необходимость оптимизации топологии диплексера прежде, чем оптимизировать характеристики смесителя.

Результат. Характеристики нелинейных искажений показывают, что максимальный уровень мощности на входе смесителя не должен превышать -15 – -20 дБм для ослабления интермодуляционных искажений 3-го порядка не менее 50 дБс. Относительно малый уровень компрессии и подавления гармонических и интермодуляционных искажений связан с минимизацией при расчёте характеристик смесителей требуемого уровня мощности гетеродина (Рг~ 5 – 7 дБм), что продиктовано минимальными затратами при реализации источников гетеродинных сигналов. Заметного улучшения характеристик смесителей по нелинейным искажениям можно достичь за счёт смещения рабочей точки на вольт-амперной характеристике (ВАХ) диодов внешним источником напряжения с одновременным увеличением Рг на несколько дБ (до Рг= 10 дБм).

Вывод. Практически режим с повышенным уровнем подавления нелинейных искажений может быть реализован за счёт включения диодов через резистивно-емкостные цепи (автосмещение) или использование диодов с повышенным потенциальным барьером. Расчёт показывает, что возможна реализация достаточно малых потерь преобразования 6,6 – 8,0 дБ при невысоких уровнях Рг ~ 5 – 7 дБм.

108-115 280
Аннотация

Цель. Рассмотрены вопросы теоретического обоснования размещения источников наружного противопожарного водоснабжения при проектировании уникальных объектов строительства, для которых не определены нормативные требования пожарной безопасности. Приведены проблемные ситуации, возникающие при проектировании уникальных объектов строительства, связанные с обеспечением необходимого уровня подачи огнетушащих веществ.

Метод. Приведена модель предварительного расчета размещения источников наружного противопожарного водоснабжения с учетом оснащенности пожарноспасательных подразделений на основе теории графов. Изложена идея выработки универсального математического аппарата для предварительного определения параметров расположения источников наружного противопожарного водоснабжения при проектировании объектов строительства.

Результат. Приведены примеры предварительного расчета количества источников наружного противопожарного водоснабжения исходя из формы периметра зданий. Приведены дополнительные факторы, определяющие расстояния от источников наружного противопожарного водоснабжения до проектируемых объектов.

Вывод.Сформулировано заключение относительно адекватности предложенной модели и обозначено направление исследования, позволяющее уточнить применимость модели для расчёта на проектируемых объектах, отличающихся сверхнормативными характеристиками по размерам в плане. 

116-128 302
Аннотация

Цель. В работе предлагается методика, позволяющая при минимуме программно-аппаратных затрат путем наземных видеонаблюдений и контроля относительной влажности определять основные типы облаков и параметры облачного покрова (высоту нижней границы, направления и скорости перемещения облаков) без привлечения сведений о метеорологической обстановке с официальных источников,  не всегда имеющихся для конкретного места и времени наблюдения.

Метод. В основе метода лежит известная формула Ипполитова, связывающая влажность воздуха на поверхности земли с нижней границей облачности, эмпирические коэффициенты которой зависят  от типа облачного покрова. Для определения этого типа предлагается метод, в основе которого лежит аппроксимация конура облаков эллипсом.

Результат. В качестве дополнительных классификационных признаков используется количество аппроксимирующих эллипсов в кадре изображения, близость их взаимного расположения, доля общей площади, занимаемая ими в кадре, и доля площади, занимаемая самым большим эллипсом. Скорость и направление облаков определяются по смещению общих ключевых точек на кадрах изображения, полученных через небольшой фиксированный интервал времени. Каждая такая точка описывается дескриптором, вычисляемым методом SURF, представленным в открытой библиотеке обработки изображений OpenCV.

Вывод.  Не смотря на простоту программной реализации и используемого аппаратного обеспечения (web-камера, датчик влажности и OEM – одуль Arduino) метод обеспечивает погрешность определения перечисленных параметров в пределах 20%. Основная область применения систем мониторинга, реализованных с его применением – сеть частных автоматических метеостанций, подобных сети Wunderground с целью получения дополнительной информации, которую можно использовать как для повышения точности метеопрогнозов, так и при проведении научных исследований в области метеорологии и климатологии. 

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА 

129-138 330
Аннотация

Цель. Разработка составов наполненных вяжущих на основе вторичного сырья для монолитных высокопрочных бетонов.

Метод. Методы исследования, принятые в работе, основываются на теоретических принципах и закономерностях проектирования и оптимизации полидисперсных многокомпонентных систем, фазо- и структурообразовании клинкерных минералов, логике математических расчетов, технологических особенностях структурообразования композиционных масс, теоретических принципах управления реологическими процессами строительных смесей. Все экспериментальные данные, представленные в работе, получены согласно методикам действующих нормативных документов (ГОСТ, рекомендаций и др.).

Результат. В работе приводится анализ опыта применения вторичного сырья в виде продуктов разборки зданий и сооружений, технологии получения на их основе вторичных сырьевых материалов для бетона. Разработаны и исследованы рецептуры наполненных вяжущих с активностью 60-71 МПа с тонкодисперсными минеральными наполнителями из бетонного лома и кирпичного боя с соотношением 70:30 % соответственно.

Вывод. Запроектированы оптимальные рецептуры высокоподвижных бетонных смесей с использованием местного природного и техногенного сырья с маркой по осадке конуса П5 и сохраняемостью более 8 часов для получения высокопрочных классов по прочности на сжатие до В60-В80 с уникальными эксплуатационными свойствами. 

139-148 328
Аннотация

Цель заключалась в выявлении зависимости морозостойкости контактной зоны МЗБ, полученных из ССС на основе различных портландцементов (ПЦ) с содержанием различных редиспергируемых полимерных порошков (РПП) от 0 до 3%.

Метод. Исследования проведены на базе 75 циклов замораживания-оттаивания.

Результат. Среднестатистическая зависимость изменения сцепления с основанием от дополнительной пористости после 75 циклов замораживания-оттаивания не зависит от природы НМВ, но на величину сцепления влияют тип цемента, вид и дозировка РПП, характер дополнительной пористости; содержание организованного объема НМВ в виде ВВ не оказывает влияния на изменения величины сцепления с бетонным основанием после 75 циклов замораживанияоттаивания;НМВ в виде МС вводить в состав бетонной смеси в дозировке более 7% нецелесообразно;целесообразность применения сульфатостойкого цемента требует дополнительных исследований; рациональной дозировкой РПП следует считать 1 – 2%. Некоторое противоречие в выводах по объему вводимой МС (по критерию прочности – не менее 6%, по критерию морозостойкости контактной зоны – не более 7%) позволяет для практических целей получения дополнительных данных о влиянии МС на морозостойкость рекомендовать дозировку МС в составе ССС в пределах 6-7% по объему.

Вывод. Зависимость предела прочности на сжатие от дополнительной пористости для МЗБ без НМВ и с НМВ в виде ВВ после твердения 28 сут в нормальных условиях практически совпадает с известной зависимостью прочности от пористости для цементного камня, максимальное расхождение значений ???????? ????0 в исследуемом диапазоне не превышает 5%. Зависимость предела прочности на сжатие от дополнительной пористости для МЗБ с НМВ в виде МС подобна известной зависимости прочности от пористости для цементного камня, но с ростом пористости отмечается некоторое снижение влияния пористости на прочность. Зависимость предела прочности на сжатие после 75 циклов замораживанияоттаивания от дополнительной пористости для МЗБ без НМВ практически совпадает с ранее полученной зависимостью прочности от пористости для цементного камня, максимальное расхождение значений ???????? ????0 в исследуемом диапазоне не превышает 9%.Для МЗБ с НМВ в виде МС с ростом пористости, как и при твердении в нормальных условиях отмечается некоторое снижение влияния пористости на прочность, а для МЗБ с НМВ в виде ВВ зависимость имеет качественное и количественное отличие. Рекомендуемое значение НМВ в виде ВВ для повышения морозостойкости МЗБ по критерию прочности не менее 3%, МС – не менее 6%. По критерию морозостойкости контактной зоны и прочности МС рекомендуемая дозировка 6-7%. Прямое влияние объема ВВ на морозостойкость контактной зоны не выявлено.

149-158 220
Аннотация

Цель. В настоящее время создание бесклинкерных вяжущих материалов, не требующих высокотемпературной обработки и огромного природного ресурса, но обладающих высокими техническими показателями является актуальной задачей. Цементы щелочногозатворения, в которых активной составляющей будут щелочные металлы, способны при гидратации взаимодействовать с минералами алюмосиликатной природы, с образованием прочных и труднорастворимых соединений.

Метод. В основу получения бетонных композитов на вяжущих щелочной активации положен отечественный и зарубежный опыт применения шлакощелочных  композитов в строительстве.

Результат. В данной работе проведен энергодисперсионныймикроанализ исследуемых бесклинкерных композиций на основе щелочных силикат натриевых растворов из кремнеземсодержащих горных пород.

Вывод. Разработанные рецептуры бесклинкерных вяжущих на основе высокодисперсных порошков различной природы, затворенных щелочным раствором приготовленным мокрым способом при температурах до 95 0С и атмосферном давлении. Данная технология позволит расширить область применения щелочных цементов и получать бетоны с заданными свойствами. 

59-166 261
Аннотация

Цель. Провести исследование задачи об определении показателей степени при особенности напряжений в вершине клиновидной области в случаях, когда на ее сторонах (или на одной из них) закреплено тонкое гибкое покрытие. 

Метод. Предполагается, что покрытие является нерастяжимым. На другой стороне клиновидной области предполагаются условия наличия такого же покрытия, либо она зафиксирована, свободна от напряжений, либо находится в гладком контакте с жестким основанием. Математически, проблема сводится к задаче определения корней характеристических трансцендентных уравнений, возникающих из условия существования нетривиального решения системы линейных однородных уравнений.

Результат. Для различных сочетаний граничных условий и углов раствора определены показатели при особенности радиальной компоненты тензора напряжений. В частности, установлены значения углов, при которых возникает сингулярное поведение у напряжений. Рассмотрен случай, когда на поверхности ребра задано специальное граничное условие, моделирующее накладку, и получены характеристические уравнения для определения показателя степенной зависимости асимптотического решения в его окрестности для четырех вариантов граничных условий. В двух случаях получились трансцендентные уравнения, которые решаются численно.

Вывод. Представлены расчеты первых положительный корней уравнений в зависимости от угла раствора ребра и коэффициента Пуассона. Определены значения углов, при которых возникает сингулярное поведение у напряжений. В случае сочетания граничных условий (III - IV), сингулярное поведение напряжений наблюдается для угла ???? = ????/8, тогда как, в случае (III - III) это значение равно ????/4. 

167-176 369
Аннотация

Цель. В данной статье рассматривается возможность  повышения стойкости трехслойных панелей с пирамидальным заполнителем, наполненной волокнистым материалом, к действию сосредоточенных динамических нагрузок. Динамический удар, проникания твердого тела и пробивания сплошной преграды всегда представляли интерес, прежде всего в военном деле, но в последнее время они привлекли внимание исследователей различных промышленных проблем. 

Метод.  Расчёт проводиться методом конечных элементов, который в настоящее время находит широкое применение в различных областях, в том числе в строительстве. В  этой статье  рассматривается возможность  расчета движения твердого тела в волокнистом материале при помощи МКЭ, а именно при помощи ПК ЛИРА-САПР.

Результат. На построенных моделях видно как ударник перемещается внутри волокнистого материала, т.е. использование ПК ЛИРА-САПР позволяет оценить  работу наполнителя при движении в нем твердого тела. Результаты расчета перемещения  ударника в волокнистом материале в зависимости от скорости тела (ударника), плотности наполнителя (волокна)  показаны на рисунках.       

Вывод. Проведённые численные исследования показали, что расхождение между результатами расчета трехслойной конструкции при действии динамических нагрузок с помощи МКЭ и с помощи аналитических зависимостей составил около 10%.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-6185 (Print)
ISSN 2542-095X (Online)