ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБЛАСТИ МАШИНОСТРОЕНИЯ, ЭЛЕКТРОНИКИ И ЭКОЛОГИИ (промежуточный, 2 этап)

Цели работы: 1) Определение геометрических характеристик поворотных винтов, обеспечивающих высокую аэродинамическую эффективность в сочетании с низким уровнем аэроакустического излучения на режиме вертикального взлета и посадки, и на режиме создания пропульсивной силы в горизонтальном полете. 2) Повышение воспроизводимости физико-технических, в том числе, механических, свойств дисперсно наполненных полимерных композиционных материалов (ДПКМ), за счет разработки технологии их получения с использованием капсулированных полимером субмикронных частиц наполнителя. 3) Разработка новых способов экологического мониторинга атмосферного воздуха с использованием нейросетевых и инструментальных методов. 4) Разработка основ теории процессов сжигания композиционных жидких углеводородных топлив и комплексное исследование перспективных методов интенсификации теплоотдачи, направленных на повышение экологических, энергетических и экономических характеристик энергетического и теплотехнологического оборудования. Книга 1 отчета о НИР содержит результаты исследования по определению характеристик (интегральных аэродинамических, распределенных аэродинамических, аэроакустических) винтов. Объектом исследования являются особенности обтекания винта конвертоплана с различной формой лопасти на режиме висения с учетом подстилающей поверхности, особенности обтекания винта в пропеллерном режиме в кольце. Исследование проводится с помощью физического и численного моделирования. Экспериментальные исследования проводились методом прямого физического моделирования режимов работы винтов без потока с учетом подстилающей поверхности в аэродинамической трубе. Численное моделирование проводилось на основе решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса в стационарной постановке (RANS) на режиме висения с использованием модели турбулентности Ментера. Получены оценки тяги и крутящего момента винта конвертоплана. Получены амплитудные и временные характеристики акустического излучения винта. Проведен анализ структуры потока в окрестности винта и подстилающей поверхности. Рассмотрены особенности работы винта в кольце и сравнение с характеристиками открытого винта на режимах осевого и не осевого полета. Объектами проведенного исследования, описанного в книге 2 отчета о НИР, являются дисперсно-армированные полимерные композиционные материалы, исследование отдельных элементов композиции и возможности их применения. Цель второго этапа работ по теме «Разработка и исследование технологии получения дисперсно наполненного полимерного композиционного материала с контролируемой структурой за счет использования капсулированных субмикронных частиц наполнителя» заключается в разработке и исследовании способа капсулирования частиц наполнителя дисперсно наполненного полимерного композиционного материала и оценки эффективности такого подхода путем математического моделирования и исследования практических направлений применения таких материалов. Новизна полученных в работе результатов состоит в том, что в отчете: показана и обоснована возможность формирования полимерной оболочки на поверхности субмикронных частицах в парофазной среде мономера при атмосферном давлении; предложен метод оценки молекулярной массы макромолекул полимера в оболочках на поверхности наночастиц; полученный подход может быть использован при моделировании механических характеристик ДАПКМ для повышения адекватности решения обратных задач с учетом априорной информации о некоторых механических характеристиках полимерной оболочки на поверхностях дисперсных частиц наполнителя; сформулированы задачи восполнения, обновления кадрового состава инженерного образования. Книга 3 отчета о НИР содержит результаты химического анализа, а также численного, в том числе нейросетевого, моделирования для решения задач оценки негативного аэрогенного воздействия на население и территорию на основе биомаркеров. Аэрогенное полиметаллическое загрязнение территории вызывает изменения элементного состава биосубстратов (крови, мочи, волос и различных тканей) жителей. На основании проведенных скриннинговых мониторинговых исследований биосубстратов жителей исследуемой территории, численного, в том числе нейросетевого, моделирования предложен способ оценки отклика организма на негативное аэрогенное воздействие и региональные референсные содержания металлов в биосубстратах. Разработан нейросетевой алгоритм оценки вероятности накопления металлов в организме. Предложен универсальный способ агрегирования совокупности разноразмерных факторов воздействия и отклика урбоэкосистемы на негативное аэрогенное воздействие сведением в мультифрактальный спектр. Предложен интегральный показатель совокупного аэрогенного воздействия, обобщающий информацию о вероятностях неблагоприятных событий и все оценках частных показателей в виде единой безразмерной величины для зонирования территории. Данный этап работ предваряет создание подходов для разработки региональных нормативов качества и воздействия, а также оперативных и плановых воздухоохранных решений. В книге 4 отчета о НИР разработана математическая модель численного метода описания нагрева и самовоспламенения в потоке топливовоздушной газовзвеси. Проведен сравнительный аналитический обзор российской и международной литературы по методам интенсификации теплообмена при кипении на микроструктированных поверхностях. Разработаны рекомендации для прогнозирования теплоотдачи при кипении различных жидкостей на поверхностях с различными типами микроструктур в условиях свободной конвекции, в том числе с использованием нейросетевого моделирования. Разработаны рекомендации по расчету коэффициентов теплоотдачи и сопротивления в каналах с вихревой интенсификацией с использованием нейросетевого моделирования. Проведено физическое моделирование сопротивления и интенсификации теплообмена диффузорными выемками в условиях внешних воздействий (центробежные массовые силы – выпуклая и вогнутая поверхности, вращение; внешняя турбулентность потока) и разработка рекомендаций для технических приложений. Создан и испытан кожухотрубчатый теплообменный аппарат с интенсификаторами теплообмена в виде спиральных микроребер.