Preview

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки

Расширенный поиск
Том 48, № 1 (2021)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21822/2073-6185-2021-48-1

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ 

8-17 175
Аннотация

Цель. Для нужд автономной газификации необходимо создавать речные суда для перевозки сжиженного природного газа (СПГ) и отрабатывать технологию транспортирования. В  качестве наиболее рациональной системы хранения груза выбраны танки типа «С», которые могут эксплуатироваться в бездренажном режиме.

Метод. Существующая методика определения уровня первоначального заполнения танка не учитывает время хранения СПГ, что приводит к вынужденному сбросу образовавшихся паров СПГ при достижении максимально допустимого избыточного давления в танке. При  модернизации танкера в средство транспортирования СПГ авторами предлагается установка на него двух танков типа «С». Диаметр полусферических крышек 9 м, длина цилиндрической части танка 20 м. Максимально допустимое избыточное давление внутри танка принято равным 0,65 МПа. Толщина тепловой изоляции определена из габаритных размеров трюма с учетом условия обеспечения расстояния между боковой стенкой корпуса  и наружным изоляционным слоем не менее 760 мм. Максимально возможная толщина слоя  теплового ограждения составила 1,1 м. 

Результат. В статье предложена методика определения оптимального уровня заполнения танка для достижения бездренажного режима работы. Предложенная методика может  позволить добиться максимальной экономической эффективности транспортирования СПГ за  счет исключения потерь сбрасываемого СПГ для длительных переходов судна и  транспортирования дополнительного объема СПГ для коротких переходов.

Вывод. При увеличении давления паров СПГ внутри танка растет температура насыщения жидкой фракции и снижается ее плотность. Из-за этого доля объема занятого жидкостью  постоянно возрастает, уменьшая паровое пространство емкости. Увеличение массы паров  СПГ в сочетании с уменьшением объема паровой зоны повышают темп роста давления. При оптимизации начального уровня заполнения танка определено количество СПГ, которое будет вынуждено сброшено в виде пара на длинных перегонах. Оптимизация режима эксплуатации танков типа «С» возможна для случаев с любой толщиной изоляционного слоя. При выполнении подобных расчетов можно составлять таблицы оптимального  заполнения для перегонов любой дальности. 

18-27 123
Аннотация

Цель. Применение абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины (АБХМ) для охлаждения циклового воздуха перед газотурбинной установкой (ГТУ) парогазовой турбины (ПГУ) в условиях жаркого климата доказало свою эффективность. Актуальным является  поддержание проектных значений, для чего проводится постоянный мониторинг и, при необходимости корректируются параметры работы.

Целью данной работы является проведение комплексного анализа АБХМ в составе  энергосберегающей системы. Метод. В качестве методов исследования принят метод энергетического и эксергетического анализа по результатам натурного производственного  эксперимента.

Результат. Энергетический анализ проводился с использованием диаграммы ξ – i для  раствора бромистого лития с водой. По результатам энергетического анализа выявлены  отклонения в работе АБХМ, а эксергетический анализ подтвердил эти отклонения.

Вывод. Проведенный анализ работы АБХМ позволил выявить отклонения в работе и  причины, их вызывающие. 

28-36 128
Аннотация

Цель. Целью научной работы является разработка математической модели термоэлектрической полупроводниковой системы (ТЭС) для визуализации  температурных полей объектов и исследование протекающих в ней теплофизических  процессов.

Метод. Разработана ТЭС для визуализации температурных полей плоских объектов с использованием жидкокристаллической пленки. Ее особенностью является повышение точности измерений за счет более точного сопряжения объекта и прибора. Проведено математическое моделирование системы, выполненное на основе решения нестационарной  двумерной задачи теплопроводности с локальными истоками и стоками теплоты по площади  жидкокристаллической пленки. 

Результат. Получены графики зависимости: двумерное распределение температуры по поверхности жидкокристаллической пленки при наличии истоков и стоков теплоты,  изменение холодопроизводительности, холодильного коэффициента, напряжения питания  термоэлектрического модуля (ТЭМ) от перепада температур между спаями для различных  значений тока питания.

Вывод. В результате расчетов установлено, что цветовая гамма жидкокристаллической пленки существенно меняется при наличии истоков и стоков теплоты по ее поверхности.  При предварительной калибровке система позволяет не только визуализировать картину температурного поля объекта, но и определить значение его температуры в каждой точке. В соответствие с расчетными данными определено, что для обеспечения полноценной работы ТЭС могут быть использованы стандартные ТЭМ марки ICE-71 со следующими рабочими  характеристиками: диапазон мощностей - от 16 до 35 Вт при среднем перепаде температур  между спаями 55 К, ток питания - 28 А при потребляемой мощности от 40 до 90 Вт, холодильный коэффициент - от 0,38 до 0,43.

37-50 105
Аннотация

Цель. Математическое моделирование систем структур cмерчевых зон между циклическими турбулизаторами потоков с поверхностным расположением треугольных и квадратных поперечных профилей на базе многоблочно-вычислительных технологий, основывающихся на решениях факторизованной конечно-объёмной процедурой уравнений Рейнольдса (замыкающихся посредством модели переносов напряжений сдвига Ментера) и уравнений энергий (на разномасштабнопересекающейся структурированной сетке) при высоких  критериях Рейнольдса Re=106 с приведением исчерпывающего анализа соответствующих линий токов.

Метод. Расчёты основаны на решении факторизованной конечно-объёмной процедуре уравнений Рейнольдса, которые замыкаются с помощью низкорейнольдсовой модели переносов напряжений сдвига Ментера, и уравнений энеpгии на разномасштабнo- пересекающейся структурированнoй сетке (ФКОМ).

Результат. Проведены математические моделирования теплообменного процесса в прямых и круглых  горизонтальных трубах с турбулизаторами с d/D=0,95...0,90 и t/D=0,25...1,00 треугольного  и квадратного поперечных профилей при больших числах Рейнольдса (Re=106) на фундаменте с многоблочными вычислительными технологиями, которые основаны на решениях факторизованным и конечно-объёмным алгоритмом рейнольдсовых уравнений и уравнений энергии. Получено, что относительная интенсификация теплообмена [(Nu/NuГЛ)|Re=106]/[(Nu/NuГЛ)|Re=105] в круглых трубах с квадратными турбулизаторами на воздухе для больших чисел Рейнольдса (Re=106), что вполне может быть актуально в применяемых в теплообменниках каналах, может быть выше при  масштабном приращении гидросопротивления, чем для несколько меньших чисел (Re=105),  для относительно высоких турбулизаторов потока d/D=0,90 для всего рассматриваемого  диапазона для параметра относительного шага между ними t/D=0,25...1,00 немногим более 3%; для турбулизаторов треугольных поперечных профилей аналогичные показатели  примерно такие же. При более низких квадратных турбулизаторах с d/D=0,95 данное увеличение относительного теплообмена для больших чисел Рейнольдса (Re=106)  сравнительно с меньшими числами (Re=105) не превышает 6%; для турбулизаторов треугольных поперечных профилей аналогичные показатели составляют немногим более  4%.

Вывод. Модель может применяться для осуществления оптимизации интенсификации посредством турбулизаторов, а также управлять процессами интенсификации теплоотдачи.  Для более высоких квадратных турбулизаторов и при более высоких числах Рейнольдса  ограниченное повышение относительного критерия Нуссельта Nu/NuГЛ сопровождается  значительным повышением относительного гидросопротивления по причине очень значительного влияния возвратных течений, которые могут натекать непосредственно на сам турбулизатор в тем большей степени, чем выше число Рейнольдса; для треугольных турбулизаторов вышеуказанная тенденция сохраняется и даже углубляется.

51-64 124
Аннотация

Цель. Задачи учета расхода, а также оценки потерь криогенного продукта на объектах производства и потребления сопряжены с определением массы парожидкостной среды в емкостном оборудовании.

Метод. Расчет массы криогенной парожидкостной среды связан с определением плотности паровой и жидкой фаз. Плотности сред, в свою очередь, зависят от их компонентного  состава, давления и температуры, которые, в общем случае, не могут быть определены  достоверно без проведения прямых измерений. Однако для оценки массы в резервуарах, состояние среды в которых может быть принято как равновесное, задача может быть существенно упрощена и недостающие сведения восстановлены на основе косвенных методов. К подобному типу систем можно отнести криогенные бортовые топливные системы и, в частности, топливные криогенные баки, поскольку движение транспортного средства приводит к перемешиванию хранящегося продукта и может быть принято допущение о равновесности парожидкостной среды. Аналогичным образом методика может быть распространена на транспортные резервуары и мультимодальные емкости. 

Результат. Приведен обзор и сравнение применяемых методов расчета плотности и  равновесных составов парожидкостной среды для углеводородных смесей типа СПГ в  области криогенных температур. Существующие методики расчета плотности и состава фаз  криогенных многокомпонентных сред сложны в практическом инженерном применении и не могут быть рекомендованы для оценки расхода сжиженного природного газа в  производственных задачах учета расхода топлива и контроля его количества. Предложен  удобный в использовании упрощенный расчетный аппарат для определения состояния  парожидкостной среды в криогенных резервуарах, основанный на аппроксимационных  зависимостях.

Вывод. Упрощенная методика, приведенная в статье, носит аппроксимационный характер, однако основана на строгих физических зависимостях, а потому не приводит к  существенному увеличению погрешности при варьировании исходных условий. В качестве  исходных данных в методику передаются состав сжиженного природного газа, который может быть получен из паспорта продукции, и давление парожидкостной среды.

65-75 118
Аннотация

Цель. Интеграция модуля численного решения кинетического уравнения для функции распределения капель по размерам в CFD-пакет. Применение модуля к задаче объемной  конденсации при сверхзвуковом истечении парогазовой смеси через сопло в двумерной  постановке, сравнение результатов с экспериментальными данными сторонних авторов. 

Метод. В настоящей работе задача об объемной конденсации при сверхзвуковом истечении парогазовой смеси через сопло решается методами конечных элементов в двумерной постановке с использованием пользовательских функций UDF.

Результат. Представлен модуль для численного решения кинетического уравнения для функции распределения капель по размерам, выполненный в виде пользовательской функции UDF, интегрированной в расчетный CFD-пакет.

Вывод. Применение модуля к задаче об объемной конденсации при истечении парогазовой смеси через сопло дало качественное во всех областях и количественное согласование в области интенсивной конденсации с экспериментальными данными. Представлены распределения температур, давлений, степени пересыщения как вдоль центральной оси, так и на плоскости, ограниченной контуром расчетной области. Показано, что модуль не зависит от типа решателя (стационарный или нестационарный).

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ 

76-89 124
Аннотация

Цель. Цель исследования состоит в разработке модели геоинформационной системы, функционирующей в условиях дестабилизации, а также показатели, оценивающие способность геоинформационной системы выполнять свои функции в  условиях дестабилизации.

Метод. Геоинформационные системы (ГИС) становятся неотъемлемой частью почти всех информационных систем, систем принятия решения. Методы исследования основаны на детерминированной или стохастической модели дестабилизации, однако для ГИС  характерна нестохастическая модель.

Результат. Показано, что любая задача существует в геоинформационной системе в виде  расхода четырёх типов производительности: вычислителей, накопителей, каналов связи,  устройств ввода/вывода. На основе этого разработана модель геоинформационной системы  (FIST - Full Infrastructure of Sources Toolkit), позволяющая оценить «запас прочности» геоинформационной системы, выражающийся в доступной производительности всех четырёх типов. Модель учитывает элементы разной степени мобильности и производительности и пригодна для описания классических, облачных и туманных геоинформационных систем.  Приведён пример работы модели в условиях дестабилизации. Сформулирована и доказана  теорема о независимости событий, состоящих в решении задач, для любого ориентированного графа. На основе модели предложены интегральный и дифференциальный показатели эффективности. Интегральный показатель характеризует долю решаемых задач за интервал времени, дифференциальный – «запас  производительности».

Вывод. Разработанная модель и показатели эффективности могут применяться при  проектировании новых и оценивании существующих геоинформационных систем.

90-99 123
Аннотация

Цель. Статья посвящена решению практической проблемы оценки операционного  показателя характеристики качества функционирования системы защиты информации (СЗИ) «Удобство использования».

Метод. Оценка операционных характеристик программных систем может выполняться теоретически и экспериментально. Так как теоретическая оценка операционных  характеристик имеет ряд недостатков и ограничений целесообразна экспериментальная  оценка. При этом в качестве основного показателя характеристики качества функционирования СЗИ «Удобство использования» целесообразно использовать показатель «Сложность» типовой операции выполняемой администратором безопасности, выражающий среднее время ее выполнения. Экспериментальная оценка операционных характеристик СЗИ осуществлялась с использованием методов отслеживания движения взгляда и мыши.

Результат. В статье приведена оценка показателя «Сложность» всех типовых операций,  выполняемых администратором безопасности при эксплуатации СЗИ «Страж NT 3.0» в  соответствии с программной документацией. 

Вывод. Полученные значения показателя «Сложность» могут быть использованы при формировании плана работ по эксплуатации, сопровождению и обслуживанию автоматизированных систем (АС) в защищенном исполнении, в частности, установленной на ней СЗИ, при проведении оценки своевременности выполнения перечисленных работ, а также при обосновании структуры подразделений, ответственных за защиту информации, и  их численности.

100-107 129
Аннотация

Цель. Исследование проблем зональной дезинтеграции горных пород вокруг глубоких подземных выработок в условиях предельно малой выборки, возникающих в  геомеханических явлениях и процессах в массивах горных пород при добыче полезных  ископаемых.

Метод. В качестве основного инструмента используются методы численного ресамплинга, а именно рандомизация, бутстреп и методы Монте-Карло, которые позволяют нарастить объем выборки, по имеющимся натурным данным, до необходимого размера для проведения статистически обоснованного анализа.

Результат. Решена задача зональной дезинтеграции горных пород вокруг глубоких подземных выработок, для которой получена оценка аналитической зависимости параметра  периодичности функции дефектности от предела прочности породы. Основным показателем статистической значимости построенной модели в работе выбран коэффициент детерминации, на основе которого выбирается вид исследуемой аналитической  зависимости. Его отклонение в итоговой модели не превышает 0,5% при любом объеме  бутстреп выборки, в то время как в остальных моделях, рассмотренных в работе, данное значение достигается при n>200.

Вывод. Полученные интервальные оценки с помощью бутстреп методов, имеют  существенное преимущество по сравнению с традиционными подходами, позволяя повысить  достоверность результата в условиях предельно маленьких выборок данных без потери уровня значимости.

108-118 117
Аннотация

Цель. Разработать принцип построения инструментальных средств и процедур оптимальной маршрутизации облета целей автономным беспилотным летательным аппаратом,  обладающих приемлемой для реализации на бортовой ЭВМ сложностью.

Методы. Сформулированы правила оптимизации карты местности с расположенными на ней целями, создание матрицы штрафов, позволяющей учитывать в процессе планирования  возмущающие факторы нестабильной воздушной среды, и построение опорного дерева поиска минимального по принятой стоимости маршрута облета целей.

Результаты. Предложен принцип, позволяющий разработать эффективные процедуры  планирования минимальных по принятой стоимости маршрутов облета целей в нестабильной  воздушной среде. В основу планирования поведения закладывается  оптимизация формального описания заданной карты местности, приводящая к  существенному сокращению количества сравниваемых между собой альтернатив в процессе поиска минимального маршрута облета целей. Это, в свою очередь, обеспечивает возможность реализации процедур планирования на бортовой вычислительной системе автономного беспилотного летательного аппарата. Доказано  утверждение, позволяющее обосновать наличие минимального по принятой стоимости  маршрута облета целей в формальном описании карты местности, полученном в результате преобразования исходного ее представления на основе разработанных правил оптимизации. 

Вывод. Рассмотренный подход позволяет эффективным образом решать различного вида  задачи, сводящиеся к задаче о коммивояжере, в том числе планировать и минимальный  маршрут облета целей автономным беспилотным летательным аппаратом в нестабильной  воздушной среде в условиях неопределенности.

119-129 125
Аннотация

Цель. Важнейшей задачей теории и практики обеспечения информационной безопасности автоматизированных систем при их эксплуатации в защищенном исполнении на объектах информатизации органов внутренних дел является анализ процесса функционирования  систем защиты конфиденциального информационного ресурса от несанкционированного  доступа в условиях сетевых атак, что предполагает моделирование процесса их реализации  и, в первую очередь, разработку графовых моделей динамики реализации основных типов сетевых атак.

Метод. Методом решения данной задачи является математическое моделирование процесса реализации сетевых атак в защищенных автоматизированных системах органов внутренних дел посредством построения и описания графовых моделей типовых сетевых атак на конфиденциальный информационный ресурс в динамике их реализации.

Результат. На основе анализа типовых сетевых атак на информационный ресурс  современных АС, эксплуатируемых в защищенном исполнении на объектах информатизации  органов внутренних дел, разработаны графовые модели данных атак в динамике их  реализации с выделением ключевых элементов и функциональных компонентов моделей,  идентичных реальным сетевым атакам. Разработанные графовые модели позволяют  наглядно представить процесс реализации основных вредоносных функций рассмотренных  сетевых атак и учесть предполагаемые действия злоумышленника.

Вывод. Результаты проведенного исследования могут быть использованы при разработке имитационных моделей процесса реализации типовых сетевых атак на конфиденциальный  информационный ресурс с целью получения вероятностно-временных характеристик в виде  времен выполнения каждой атакой вредоносных функций для проведения количественной  оценки опасности их реализации. Результаты исследования могут стать основой для формирования частной модели актуальных атак для конкретной АС и обоснования  количественных требований к перспективным программным средствам и системам  информационной безопасности на объектах информатизации органов внутренних дел в  соответствии с требованиями действующей нормативной документации.

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА 

130-140 138
Аннотация

Цель. С каждым годом всё большее значение приобретают проблемы экологии. Эксперты прогнозируют не более 10 лет достижения точки не возврата, когда экологические  проблемы перейдут в фазу неуправляемого хаоса. Чаще всего катастрофические изменения  связывают с потеплением климата из-за парниковых выбросов в атмосферу  промышленности и транспорта. Однако первопричиной всего, как установили исследования  Слесарева М.Ю., Гутенева В.В. и др. авторов, является строительная отрасль, это основной источник экологических проблем. Особенно проблема экологической безопасности касается  городов и крупных населённых пунктов. Проведёнными исследованиями было установлено, что уровень экологической безопасности определяется, как сумма воздействий строительных объектов на единице площади селитебной территории. Для  объективной оценки экологической безопасности рассматривались загрязнение  окружающей среды, воздействия на неё различных факторов, а также возникающий эффект  опосредованного воздействия строительных объектов на окружающую среду.

Метод. Применены новые концептуальные подходы и принципы в оценке экологической безопасности строительных объектов и территорий, учитывающие существующую экологическую обстановку застраиваемых территорий, что делает проблему экологической безопасности управляемой, и обеспечивает современным и будущим поколениям здоровье, комфортабельную окружающую среду и здоровье.

Результат. В результате моделирования процессов за интегрирующее понятие  экологической безопасности территории принят коэффициент «степень концентрации  недвижимости», введены понятия «экологический резерв», «порог экологической  безопасности», «диапазон устойчивого состояния». Для оценки диапазона устойчивого состояния окружающей среды – величины колебания размера экологического резерва в зависимости от климатических условий, времени дня, недели, года, введено понятие  коэффициента устойчивости (kуст), разработана методика расчёта этого коэффициента. В результате получены численные значения вышеназванных показателей для исследуемых территорий. В качестве основного документа, отражающего состояние экологической безопасности строительного объекта, предложена разработка экологического паспорта объекта и экологический паспорт территорий. Для создания экологического паспорта  разработана и обоснована структура экологической безопасности, в которую вошли четыре  основных блока: внешняя экологическая безопасность, внутренняя экологическая безопасность, энергоэффективность и автономность объекта (территории).

Вывод. Предложенный подход к оценке экологической безопасности позволяет достоверно оценивать возможности территорий по размещению строительных объектов с различным
техногенным потенциалом, планировать мероприятия по обеспечению диапазона  устойчивого состояния территорий, что в итоге обеспечивает качество жизни и здоровья  населения, комфортную и безопасную окружающую среду селитебных территорий, а также  сохранение живой природы.

141-154 104
Аннотация

Цель. На основании теоретических результатов, полученных в статье [17] проведён анализ влияния различных конструктивных параметров на собственный вес и стоимость металла  шпренгельной балки с одной стойкой.

Метод. Выполняются множество числовых примеров и проводятся вариантное  проектирование шпренгельных балок с различными конструктивными характеристиками.

Результат. Составлены расчетные таблицы, которые показывают эффективность шпренгельной балки с оптимальными характеристиками. Построенные таблицы позволяет делать вывод об эффективности оптимальных параметров шпренгельных балок с одной стойкой.

Вывод. Предлагаемые методика и алгоритм свидетельствуют об эффективности рассматриваемой конструкции. Экономия стали, а также уменьшение стоимости металла шпренгельных балок с одной стойкой по сравнению с обычными балками доходит до 40%.



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


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