Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск

Журнал «Вестник ДГТУ» создан в целях обеспечения современного качества образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным потребностям личности, общества и государства. Издание призвано способствовать укреплению, расширению целостного научно-информационного пространства России и успешной интеграции его в мировое научное информационное пространство.

Адресован журнал тем, кто разрабатывает стратегические направления развития современной науки: ученым, аспирантам, магистрантам, инженерно-техническим работникам, преподавателям-практикам, перед которыми стоит задача обеспечения высокого качества всех уровней инженерно-технического образования на основе его фундаментализации, информатизации и использования новейших достижений науки и техники.

На страницах журнала активно обсуждаются наиболее актуальные проблемы современной науки и результаты фундаментальных исследований в области механики, машиностроения и машиноведения, информатики, вычислительной техники и управления, процессов и машин агроинженерных систем, безопасности деятельности человека.

Группы научных специальностей журнала:

1. 01.02.00 Механика

2. 05.02.00 Машиностроение и машиноведение

3. 05.13.00 Информатика, вычислительная техника и управление

Текущий выпуск

Том 19, № 2 (2019)
Скачать выпуск PDF | PDF (English)

МЕХАНИКА

104-112 75
Аннотация

Введение. Типичным примером процессов самоорганизации в трибосистемах является избирательный перенос. В этом случае в области контакта формируются сопрягающие поверхности сервовитной пленки, что принципиально меняет условия трения и изнашивания. Для образования избирательного переноса в зоне сопряжения контактирующих поверхностей необходима некоторая мощность необратимых преобразований подводимой энергии, которая зависит от упруго-диссипативных свойств контактирующих поверхностей.

Материалы и методы. Приводится математическая модель динамической системы с учетом эволюционно изменяющейся сервовитной пленки. Ее формирование зависит от фазовой траектории мощности необратимых преобразований в зоне сопряжения поверхностей и представляется в виде интегрального оператора Вольтерры второго рода.

Результаты исследования. Приводится анализ результатов исследования, в том числе зависимости формирования сервовитной пленки от динамических параметров взаимодействующих подсистем. Впервые рассматривается проблема математического моделирования эволюции свойств узла трения с образованием или разрушением сервовитной пленки.

Обсуждение и заключение. В ходе эволюционного процесса образования сервовитной пленки меняются параметры динамической связи, формируемой в узле трения. Следовательно, меняются и динамические свойства системы. Впервые проанализирована динамика трибосистемы в процессе образования избирательного переноса.

113-119 39
Аннотация

Введение. Функциональные свойства алмазных порошков обусловлены масштабным структурным фактором, поскольку он влияет на формирование структурночувствительных механических свойств — пределов прочности и текучести. Учитывая качественную корреляцию между пределом текучести и твердостью, можно прогнозировать повышение твердости, в том числе высокотвердых материалов.

Материалы и методы. Рассмотрены, систематизированы и представлены в виде таблицы физические характеристики основных типов наполнителей, входящих в состав упрочнителей. В качестве связки использована оловяни-стая бронза M2-01 (20 мас. % олова, 80 % меди). В нее добавляли ультрадисперсный природный алмаз (УДПА, 0,5-4 мас. %), а также порошки природного алмаза (фракции 3/2 мкм, 7/5 мкм, -40 мкм), полученные при переработке алмазов на предприятии ОАО «Сахадаймонд». Названные материалы изготавливались на дробильноклассификационном оборудовании и вибростолах. Стадии получения порошков фиксировались с помощью растровой электронной микроскопии. Для классификации алмазных порошков по зернистости применяли вибросита. Физические и механические характеристики изготовленных образцов испытывали по стандартным методикам. Для взвешивания использовали лабораторные электронные весы четвертого класса ВЛТЭ-500. Плотность определяли микрометром МК 0-25 мм по ГОСТ 6507-78. Результаты исследования. Через фактическую и теоретическую плотности рассчитана пористость. Выяснилось, что с уменьшением размера фракции наполнителя наблюдается улучшение физико-механических свойств связки, модифицированной алмазным порошком.

Наилучшие показатели отмечены у образцов с наполнителем из УДПА.

Обсуждение и заключения. В результате проведенного исследования отмечено, что расчетные данные отличаются от экспериментальных, т. к. показывают увеличение упрочнения материала пропорционально количеству вводимых в объем частиц алмаза. Выдвинуто предположение, то рассмотренная модель упрочнения (модель Орована) не учитывает образование углерода и агломерацию алмазов в более крупные объекты в объеме матрицы при повышении количества вводимых алмазов. Если объем частиц УДПА достигает 3 %, в материале растет содержание углерода. В результате частицы наполнителя полностью не окисляются, тем самым увеличивая количество пор в материале.

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

120-129 26
Аннотация

Введение. Статья посвящена разработке расчетноэкспериментальных методов оценки характера распределения сил по ширине зубчатого венца и в окружном направлении зубчатого зацепления крупной волновой передачи. Исследование основано на результатах тензометрии контрольного зуба с использованием масштабного моделирования опытных образцов. Цель работы — создание объективной экспериментально-теоретической модели силового взаимодействия зубьев в зацеплении крупной волновой передачи. Такое решение предполагает преобразование деформаций модельных образцов в распределенную нагрузку между зубьями, что позволит исключить основные неконтролируемые погрешности нелинейного характера, повысить точность оценки силовых факторов в поле зацепления.

Материалы и методы. Разработана уточненная методика силового анализа зубчатого зацепления крупной волновой передачи, оптимизированная по критериям точности. Точность результатов исследования повышена за счет совершенствования физических и расчетных моделей. Такой подход позволил получить обоснованные зависимости распределения силовых факторов в зубчатом зацеплении крупной волновой передачи.

Результаты исследования. Упрощена конструктивная форма контрольного зуба: по всей ширине зубчатого венца введен неизменный профиль. Таким образом исключены нелинейные искажения результатов экспериментов, вносимые переменной формы зуба по ширине зубчатого венца. В таком случае возможен монтаж тензорезисторов по всей ширине контрольного зуба. Кроме того, предлагаемое решение позволяет установить зависимость деформации зубьев по всей ширине зубчатого венца, а не только на крайних участках, как предлагают известные методики. Разработка совершенных физических и математических моделей позволила повысить точность результатов теоретических и экспериментальных исследований силовых процессов в зубчатом зацеплении крупной волновой передачи. Получены научно обоснованные двухпараметрические зависимости распределения сил в зубчатом зацеплении.

Обсуждение и заключения. Аппроксимация эвольвентного профиля зуба в трапецеидальный профиль упростила доказательство тождественности уравнений упругости и граничных условий математических моделей. Полученные результаты применимы при математическом моделировании плосконапряженного состояния зубьев с нелинейными профилями. Сравнительная оценка погрешностей, вносимых отклонениями геометрических форм и размеров физических моделей и математических аналогов, подтверждает корректность постановки эксперимента и обоснованность полученных количественных данных. Результаты работы могут быть использованы при уточненном расчете конструктивных параметров элементов зубчатого зацепления в процессе проектирования крупных тяжело нагруженных волновых редукторов.

130-137 29
Аннотация

Введение. Сопоставлены два фактора токарной обработки металлов резанием: рассеиваемая температура и мощность необратимых преобразований в материале изделия и инструмента. Статья посвящена вопросам математического моделирования их связи.

Материалы и методы. Математический аппарат основан на модификации уравнения Вольтерры, которая предполагает использование двукратного интеграла. Он показывает, как выделенная ранее при резании тепловая энергия влияет на текущее состояние температуры в зоне контакта инструмента с обрабатываемой деталью. В работе помимо предложенной новой базовой математической модели использованы результаты обработки экспериментальных данных о мощности необратимых преобразований и об измеряемой температуре в зоне контакта инструмента с деталью при токарной обработке металла. Эксперименты проводились на станке 1К625 и стенде STD.201-1. В пакете Matlab была создана специализированная программа для обработки массивов информации, описывающих процессы, протекающие при резании (силы реакции, вибрации инструмента и мощность необратимых преобразований). В этой же программе выполнен расчет температуры в зоне контакта инструмента и детали.

Результаты исследования. Проведена процедура параметрической идентификации предлагаемой базовой математической модели. Полученная модель показала высокую степень близости экспериментальных данных о состоянии температуры в зоне резания и моделируемого уровня тепловой энергии, однако на начальном участке измеряемой температурной зависимости результаты двух этих подходов не вполне согласуются. Это можно объяснить погрешностью экспериментального измерения температуры на основе оценки вырабатываемой термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), которая формируется в результате образования естественной термопары в зоне контакта инструмента и детали.

Обсуждение и заключения. Предлагаемая математическая модель позволяет адекватно описывать процесс преобразования механической составляющей энергии резания в тепловую составляющую через показатель суммарной выделяемой мощности механического взаимодействия в зоне резания за все время обработки.

138-142 43
Аннотация

Введение. Статья посвящена исследованию микротвердости и износостойкости алюминиевого сплава (АК5М7) после обработки его поверхности электроискровым легированием (ЭИЛ) электродами А (Cu) и Р (Cu + P) с разной приложенной энергией.

Цель работы — исследование взаимосвязи физикомеханических и прочностных свойств поверхности сплава АК5М7, полученной после ЭИЛ медным и меднофосфорным электродами.

Материалы и методы. Использованы методы рентгенодифракционного и рентгенофлуоресцентного анализа для определения фазового состава, областей когерентного рассеяния (ОКР) и микродеформации поверхности.

Результаты исследования. Установлено, что при использовании обоих видов электродов с увеличением энергии возрастают микротвердость и износостойкость. Образец был модифицирован электродом Р с энергией 0,79 Дж. В этом случае максимальное значение микротвердости увеличилось в 5,3 раза, износостойкости — в 1,6 раза. Установлено, что при ЭИЛ на поверхности исследуемого сплава образуются новые интерметаллические фазы Al2Cu и Cu3P. Если значение используемой энергии максимально (0,79 Дж), то концентрация фазы Al2Cu увеличивается в 5 и 9 раз с электродами А и Р соответственно, а концентрация фазы Cu3P увеличивается более чем в 4 раза при использовании электрода Р. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют об уменьшении размеров ОКР и увеличении значений микродеформации для всех имеющихся на поверхности фаз Al, Al2Cu и Cu3P.

Обсуждение и заключения. Увеличение энергии при ЭИЛ приводит к повышению дефектности и изменению фазового состава вновь полученных поверхностей. Этим можно объяснить повышение износостойкости данной поверхности.

143-150 23
Аннотация

Введение. Принято считать, что электроупругие модули не зависят от амплитуды и частоты колебаний. Это подход отражен в российских и зарубежных стандартах для определения полного набора электроупругих модулей пьезокерамики. Например, для определения пьезомодуля d31 образца в форме диска необходимо провести измерения в трех частотных областях: в области первого и второго резонансов, в области антирезонанса и на частотах много ниже 1 кГц. В связи с этим предполагается, что при определении d31 модули исследуемой керамики в диапазоне частот от 1 КГц до второго резонанса не зависят от частоты.

Целью данной работы является исследование зависимости от частоты электроупругих модулей керамики. При этом используется образец в форме диска из ЦТС (цирконата-титаната свинца).

Материалы и методы. Использованы методы постановки и решения задач стационарной электроупругости и разделы теоретических основ электротехники. Для реализации метода конечных элементов применены метод возмущений и пакет прикладных программ ANSYS. Результаты экспериментов обработаны в среде MATLAB. Результаты исследования. Для пьезокерамики ЦТС исследованы зависимости от частоты различных модулей (пьезоэлектрических d31, диэлектрических ε33???????? и упругих модулей гибкости ????????11, ????????12, ????????13). Рассмотрены радиальные колебания образца в форме диска с электродами на торцах. Толщина образца — 1 мм, диаметр — 40 мм, диапазон колебаний — до 700 КГц. Сначала исследовалась частотная зависимость для упругих модулей керамики из определения десяти резонансных частот. Затем по измеренным значениям проводимости образца была определена зависимость от частоты модулей d31 и ε33????????. С этой целью использовалось полученное в работе выражение для электрической проводимости из

решения радиальных колебаний диска с учетом его толщины.

Обсуждение и заключения. Разработана методика для определения зависимости от частоты модулей пьезоэлектрической керамики ЦТС. Образец в форме диска исследовался при диапазоне частот 15-650 КГц. Показано, что в диапазоне до 650 КГц упругие модули s1:j,s12,s13 с верхним индексом Е (он опущен) или измеренные при постоянном электрическом поле практически не зависят от частоты. В указанном диапазоне константы ε33????????, d31, kp для рассматриваемых радиальных колебаний имеют незначительную частотную зависимость.

151-157 23
Аннотация

Введение. Полимерные материалы (ПМ) все шире используются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Под действием УФ-света ПМ разрушаются. Для защиты ПМ от фотодеструкции применяются УФ-стабилизаторы. Их действие основано на поглощении фотохимически активной компоненты солнечного света или на деактивации возбужденных молекул, уже поглотивших квант света, а также на торможении темновых реакций, индуцированных светом. Цель работы — сравнительный анализ соединений из ряда пространственнозатрудненных фенолов (ПЗФ) и нитроксильных радикалов (НР) в качестве ингибиторов фотодеструкции ПМ.

Материалы и методы. Для исследования использовали реактивы квалификации «ч», полиэтиленовую пленку ПЭВД в/с 15803-020. Стабилизатор наносили на пленки методом окунания. Карбонильные группы в полиэтилене определяли методом ИК-спектроскопии. ИК-спектры регистрировали на приборе Varian-640.

Результаты исследования. В качестве стабилизаторов фотоокислительной деструкции полиэтилена испытаны 2,4,6-три-трет-амилфенола                (1),         2-метил-4,6-ди-третбутилфенола (2), 4-ацетиламино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксила         (3),         3-карбоксамидо-2,2,5,5 -тетраметилпирролин-1 -оксила (4).

Известно, что при облучении в образцах ПМ в процессе фотодеструкции методом ИК-спектроскопии фиксируется накопление карбонильных и гидроксильных групп. В ИК-спектрах окисленного полиэтилена появляется полоса поглощения карбонильной группой при 1720 см-1. Анализ ИК-спектров показывает, что содержание карбонильных групп в контрольных образцах значительно выше, чем в образцах, обработанных растворами стабилизаторов.

Обсуждение и заключения. Эксперименты показали, что лучшими фотостабилизаторами полиэтилена являются нитроксильные радикалы 3-карбоксамидо-2,2,5,5-тетраметилпирролин-1-оксил и 4-ацетиламино-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил. Причем нет существенной разницы между радикалами ряда 2,2,6,6-тетраметилпиперидина и 2,2,5,5-тетраметилпирролина. Пространственно-затрудненные фенолы в условиях фотодеструкции оказывают значительно меньшее стабилизирующее действие, уступая нитроксильным радикалам.

158-163 24
Аннотация

Введение. Статья посвящена исследованию синтезированной принципиальной схемы фрикционного контакта твердых тел в кузнечно-штамповочных машинах. Установлена возможность получения максимума нагрузочной характеристики фрикционного контакта внутри интервала изменения коэффициента трения. Выявлены две следующие возможности сил трения фрикционного контакта: на границах указанного интервала они будут равны при наличии максимума равенства; при данных условиях они достигают наибольшей стабильности.

Материалы и методы. При изменении величины угла меняется положение точки максимума. Это приводит к нарушению равенства сил трения на границах интервала изменения коэффициента трения. В таком случае коэффициент точности должен определяться отношением максимума функции к наименьшему граничному значению. Для этого необходимо установить тенденции изменения граничных значений функции, связанные с варьированием величины угла. Для решения этой задачи новую величину тангенса угла давления представили в виде произведения коэффициента варьирования на базовое значение тангенса угла.

Результаты исследования. Полученные результаты показывают высокую стабильность силы трения при проскальзывании тел фрикционного контакта (ФК). Однако при больших величинах угла давления чувствительных элементов датчика-преобразователя максимальная сила трения кратковременно может быть пропорциональна текущему значению коэффициента трения.

Обсуждение и заключения. Модернизированная принципиальная схема ФК позволяет теоретически получить очень высокую стабильность силы трения. ФК не должен обращаться в ноль в интервале изменения коэффициента трения выходного параметра основной фрикционной группы (ОФГ) и при наличии максимума функции нагрузочной способности ФК. Необходимым условием этого является передача чувствительными элементами дополнительной фрикционной группы (ДФГ) ее полной нагрузки.

164-169 27
Аннотация

Введение. Статья посвящена исследованию эффективности обогрева или поддержания рабочей температуры жидкости, находящейся в мерной емкости передвижной насосной установки, от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания. Цель работы — совершенствование процесса проектирования и снижение затрат на натурные эксперименты.

Материалы и методы. Для решения поставленной задачи были использованы методы численного анализа при расчете систем обогрева мерной емкости с внешним расположением трубопровода от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на примере широко распространенных установок ЦА-320, УНБ, АЧФ и др. Применен нестационарный нелинейный решатель газодинамических процессов (Siemens STAR-CCM+), позволяющий оценить правильность постановки задачи и значительно сокращающий затраты на полномасштабные натурные испытания.

Результаты исследования. Исследование проводилось для условий работы цементировочного агрегата на шасси «Камаз-43118» с насосом «СИН-32» и приводом от коробки отбора мощности на коробке переключения передач двигателя шасси.

В расчетной модели применен конвекционный тип теплопередачи между корпусом мерной емкости и окружающим воздухом; между корпусом мерной емкости и жидкостью; между трубопроводом выхлопной системы шасси и воздухом окружающей среды; между трубопроводом выхлопной системы и выхлопными газами.

В результате исследования получены графические зависимости изменения температуры жидкости мерной емкости в контрольных точках; распределение поля температур жидкости в мерном баке; распределение поля температур окружающего воздуха; линии потоков и поля скоростей окружающего воздуха и выхлопных газов ДВС.

Обсуждение и заключения. В ходе исследования выяснилась недостаточная эффективность рассматриваемой конструкции. Анализ данных позволяет предложить усовершенствованную конструкцию обогрева мерной емкости. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при расчетах подобных устройств, применяемых в установках гидроразрыва пласта и цементирования скважин.

170-178 23
Аннотация

Введение. Статья посвящена некоторым теоретическим и технологическим аспектам обеспечения герметичности соединений на основе магнитострикции, а также поляризации герметизируемой среды в состоянии внешнего индуцирования. Исследовано управление шероховатостью поверхностей стыкуемых деталей для повышения плотности стыка при их индуцировании внешним магнитным полем. Рассмотрено создание электромагнитных барьеров для перемещения молекул герметизируемой среды через герметизатор. Цель работы — обоснование технологических условий обеспечения герметичности подвижных соединений в описанных выше случаях.

Материалы и методы. Условия обеспечения плотности стыка показаны как результат решения контактной задачи и как фактор, определяемый положениями молекулярномеханической теории трения. Приняты геометрические, эксплуатационные и трибологические условия герметичности соединений. Демпфирующие свойства неподвижного фрикционного контакта определены молекулярной составляющей. Представлено теоретическое и расчетное обоснование факторов, влияющих на плотность стыка. В качестве целевых результатов технологической подготовки поверхностей деталей соединения указаны уменьшение глубины сглаживания, уменьшение отношения шагов поперечной и продольной шероховатости и увеличение площади контакта. Потеря герметичности определена как специфический трансфер молекул. Они переносятся в зону стыкуемых поверхностей или свободно перемещаются через герметизатор на стадиях сорбционного поглощения, диффузии и десорбции. Преобладание какой-либо стадии происходит при изменении энтропии и обусловлено температурой и давлением. Визуализированы схемы герметизации соединений в управляемом магнитном поле, зависимости магнитострикции и магнитострикционных напряжений от напряженности магнитного поля.

Результаты исследования. Экспериментально исследована устойчивость герметизаторов в легколетучих и газовых средах при их поляризации и намагничивании во внешнем поле. В первом случае сначала вектор магнитной индукции ориентировался перпендикулярно продольной оси соединения. Установлено падение величины магнитного потока при работе соединения под нагрузкой в течение 268 часов. Общая наработка соединения составила 1070 часов. Если же вектор магнитной индукции ориентировался продольно оси вала, наработка до момента коррекции величины напряженности поля составила 87 часов. В газовой среде продолжительность работы соединения до момента корректировки напряженности составила 187 часов при общей наработке 935 часов.

Обсуждение и заключения. Проникающая способность герметизируемых сред уменьшается в ряду «газ — пар — жидкость». Она зависит от температуры на контакте соединения. Разгерметизацию можно отследить по изменениям магнитного потока, определяемого собственной магнитной проницаемостью молекул герметизируемой среды при их проникновении на поверхность стыка. Чтобы повысить герметичность, необходимо подавить активность молекул. Для этого применяются ионизация и индуцирование в постоянном и переменном магнитном поле напряженностью <60 кА/м.

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ

179-184 24
Аннотация

Введение. Современная наука признает актуальной проблему адекватного моделирования физических процессов и объектов. Автоматизация работ в этой сфере повышает точность моделирования и экономит средства на натурном моделировании объектов изучения. Целью данного исследования было создание компьютерной программы, которая по исходному набору параметров автоматически формирует безразмерные критерии подобия.

Материалы и методы. В основе расчетного алгоритма лежит к-теорема теории подобия и основные положения теории размерностей.

Результаты исследования. Создана компьютерная программа, которая позволяет получить все теоретически возможные критерии подобия для моделирования изучаемого физического процесса или объекта.

Обсуждение и заключение. Полученные результаты могут быть использованы в промышленном и научном моделировании физических объектов исследования, расчете новых критериев подобия, решении задач описания сложных процессов и т. д.

 

Introduction. The problem of adequate modeling of physical processes and objects is an urgent task of modern science. Automation of work in this area increases the accuracy of modeling and saves money on full-scale modeling of objects under study. The research objective was to create a computer program that would automatically form dimensionless similarity criteria based on the initial set of parameters.

Materials and Methods. The calculation algorithm is based on к-theorem of similarity theory and the basic provisions of the dimensional theory.

Research Results. The computer program is developed. It enables to get all the theoretically possible similarity criteria for the simulation of the physical process or object of interest. Discussion and Conclusions. The results obtained can be used in the industrial and scientific modeling of physical objects of research, calculation of new similarity criteria, solving problems of describing complex processes, etc.

185-194 27
Аннотация

Введение. Статья посвящена исследованию криптографической системы NTRUEncrypt, расчету алгоритмической сложности разработки криптосистемы NTRUEncrypt и ее модификации. Цели исследования: разработка эффективного постквантового криптографического алгоритма NTRUEncrypt, обладающего высокой криптостойкостью к атакам с квантового компьютера, а также разработка модификации предложенного алгоритма, анализ и экспериментальное доказательство его преимуществ.

Материалы и методы. Предложено описание системы шифрования NTRUEncrypt. Изучена модификация рассматриваемого алгоритма, представлена блок-схема реализации основанного на нем программного средства. Приведен пример работы программного средства и дана его характеристика. Достоверность результатов обоснована с помощью U-критерия Манна — Уитни. При проведении эксперимента использована сторонняя программная реализация криптографической системы RSA. В исходный код всех трех программ NTRUEncrypt, RSA, модификации NTRUEncrypt был внедрен элемент класса Stopwatch. Данный класс предоставляет набор методов и свойств, которые можно использовать для точного измерения времени, затраченного на выполнение. Таким образом, появилась возможность фиксировать результаты затраченного времени на всех трех основных этапах: создание ключей, шифрование и расшифрование сообщения.

Результаты исследования. Доказаны преимущества разработанных криптосистем по характеристикам производительности. Выполнено экспериментальное сравнение реализованного алгоритма NTRUEncrypt и его модификации. При этом обозначены все преимущества последней.

Обсуждение и заключения. Экспериментально доказано преимущество использования модификации алгоритма NTRUEncrypt. Новое приложение на 25 % быстрее выполняет общую работу по генерации ключей, шифрованию и расшифрованию. Помимо этого оптимизируется использование внутренней памяти за счет уменьшения веса исходного файла программы и размера секретного ключа. При попытке взлома шифротекста проявляется криптографическая стойкость и сложность использования квантовых алгоритмов.

195-203 26
Аннотация

Введение. Статья посвящена решению задачи оптимального управления процессом получения биогаза при непрерывном режиме его переработки в двух метантенках. Цели работы: представить математическую модель данного процесса и разработать алгоритм выбора оптимального управления.

Материалы и методы. Созданная математическая модель описывает получение биогаза из отходов животноводства при последовательной переработке субстрата в двух метантенках. Рассматриваются случаи одинаковых и различных температурных сред (мезофильной и термофильной). Для данной модели сформулирована задача оптимального управления в виде задачи Лагранжа. Ее управляющими параметрами являются скорости поступления субстрата в метантенки. Предложен алгоритм решения данной задачи, основанный на численной реализации принципа максимума Понтрягина. При оптимизации применялся гибридный генетический алгоритм с дополнительным поиском в окрестности лучшего решения методом сопряженных градиентов.

Результаты исследования. Разработана новая математическая модель, описывающая процесс получения биогаза при последовательной переработке субстрата в двух метантенках. Предложен и программно реализован численный алгоритм решения задачи оптимального управления.Численные исследования показали, что для термофильной среды скорость образования биогаза практически вдвое выше, чем для мезофильной. Установлено, что последовательная переработка субстрата в двух метантенках с одинаковыми температурными средами позволяет вдвое увеличить скорость образования биогаза. Если температурные среды в метантенках различны, то в первом из них следует использовать мезофильную среду, а во втором — термофильную. При этом скорость образования биогаза несколько ниже по сравнению со случаем, когда в каждом из метантенков ме-зофильная среда, однако степень переработки субстрата выше на 10-15 %.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы для расчета и конструирования биогазовых установок, а также при разработке соответствующего программного обеспечения.

Объявления

Еще объявления...


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