Фундаментальные проблемы технологий в области машиностроения, электроники и экологии (заключительный, этап 3)

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. В книге 1 представлены исследования по поворотным винтам конвертопланов. Целью работы было численное и физическое моделирование интегральных аэродинамических и аэроакустических характеристик объектов, а также структуры потока в их окрестности. Использованы методы численного моделирования (RANS) и физического моделирования характеристик моделей объектов в аэродинамической трубе. Получены значения интегральных аэродинамических и аэроакустических характеристик, а также параметров потока в окрестности объекта. Результаты работы могут быть применены при разработке новых летательных аппаратов типа конвертоплана, а также при модернизации существующих летательных аппаратов. В книге 2 объектами исследований являлись дисперсно-армированные полимерные композиционные материалы, отдельные элементы композиции и возможности их применения. Цель третьего 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. При выполнении работы использованы экспериментальные исследования парофазного метода получения капсулированных субмикронных частиц, теоретические методы моделирования механических характеристик дисперсно армированных полимерных композиционных материалов. Новизна полученных в работе результатов состоит в том, что в отчете: предложен алгоритм вычисления эффективных компонент тензора модулей упругости, эффективных компонент тензора КЛТР ДАПКМ на основе решения задач на ячейках периодичности с использованием метода граничных элементов; предложен алгоритм вычисления эффективных компонент тензора коэффициентов теплопроводности ДАПКМ на основе решения задач на ячейках периодичности с использованием метода граничных элементов; формализован алгоритм вычисления компонент тензоров физико-механических характеристик ДАПКМ, наполненных капсулированными частицами; показано, что механические характеристики ДАПКМ с частично кристаллической полимерной матрицей определяются: характером напряженных состояний, образующихся в области границы частица – кристаллит полимерной матрицы (положительное или отрицательное напряжение), а также взаимодействием молекул полимера с активированными частицами наполнителя. В книге 3 представлены методы и средства информационно-аналитической поддержки принятия управленческих решений для обеспечения экологической безопасности высокоурбанизированных территорий, сформированных на основе систематизации инструментов и методов нейросетевых технологий, развития теории оценки риска здоровью, а также отклика населения на аэрогенное воздействие. Негативное аэрогенное воздействие на высокоурбанизированных территориях формирует риски здоровью населения, анализ которых является важнейшим предиктором состояния урбоэкосистемы и критерием эффективности оперативных и плановых мероприятий по управлению экологической безопасностью. На основании проведенных мониторинговых исследований и расчетных экспериментов предложены: способ количественной оценки канцерогенного и неканцерогенного риска здоровью чувствительных групп населения при аэрогенном воздействии; методика прогнозирования изменчивости риска здоровью населения при изменении уровней приоритетных атмосферных примесей в период НМУ; способ оценки риска для здоровья населения при воздействии совокупности факторов внешней среды; способ выявления факторов риска, представляющих наибольшую угрозу для здоровья населения и подлежащих первоочередному регулированию; способ разработки долговременных и оперативных мероприятий для снижения потенциального территориального риска здоровью населения В книге 4 представлены результаты : - Выполнен анализ современного состояния теоретических и экспериментальных исследований условий и характеристик зажигания и горения композиционных жидких топливных суспензий, определены основные достижения, нерешенные задачи в данной области. Сделано заключение о целесообразности разработки методик изучения процессов зажигания и горения капель перспективных для ТЭС суспензий КЖТ, исключающих влияние держателей на тепломассообменные процессы, фазовые превращения и химическое реагирование. В качестве основных компонентов суспензий КЖТ на ТЭС целесообразно использовать многочисленные индустриальные отходы, угли разного сорта, нефтешламы и отработанные горючие жидкости; -Приведена методика расчета процесса движения и горения полидисперсной многоскоростной газовзвеси с многокомпонентной газовой фазой. Горение моделируется на основе уравнения горения метана с учетом балансовых соотношений для массы метана, кислорода, азота, углекислого газа и водяного пара. Внутренняя энергия смеси газов увеличивается на величину теплоты сгорания метана, скорость горения которого описывается законом Аррениуса для химической реакции второго порядка. Выполнены расчеты горения и движения газовых смесей различного состава, описано изменение плотности компонент, температуры, давления, скорости газа. Описана методика решения системы уравнений и выполнен расчет динамики горящей парокапельной смеси метана, кислорода, азота и углекислого газа для обедненной, обогащенной смесей и смеси стехиометрического состава на основе модели горения пятикомпонентной несущей среды; -Исследования теплоотдачи в диффузорных выемках показали, что чтобы увеличить среднюю теплоотдачу на поверхности выемок с нестабильной вихревой структурой можно либо применяя внутренний диффузорный эффект с косым обтеканием, либо наложенными на поток пульсациями. Оба способа основаны на «структурировании» течения в выемке: стабилизации или колебаниям с жестко навязанной частотой. Эти способа не обладают аддитивностью, их можно использовать только по отдельности; -С использованием многофакторного регрессионного анализа выявлено влияние основных геометрических параметров на коэффициенты теплоотдачи (КТО) при пузырьковом кипении различных жидкостей в условиях свободной конвекции на горизонтальных трехмерных микроструктурированных поверхностях. Дана зависимость для оценки теплоотдачи на горизонтальных трехмерных микроструктурированных Предложен и апробирован метод искусственных нейронных сетей для оценки значений КТО при пузырьковом кипении различных жидкостей в условиях свободной конвекции на горизонтальных трехмерных микроструктурированных поверхностях, позволяющая повысить точность прогнозирования параметров. С использованием многофакторного регрессионного анализа выявлено влияние основных геометрических параметров на критические тепловые потоки при кипении различных жидкостей в условиях свободной конвекции на горизонтальных трехмерных микроструктурированных поверхностях. Установлена зависимость для оценки значений критических тепловых потоков (КТП) на горизонтальных трехмерных микроструктурированных поверхностях в исследованном диапазоне режимных и геометрических параметров. Установлено влияние ориентации поверхностей на КТП. Разработан комплекс рекомендаций для выбора рациональных параметров трехмерных микроструктурированных поверхностях, обеспечивающих максимальные уровни интенсификации теплоотдачи и КТП для использования при проектировании эффективных систем охлаждения; -Проведено исследование природного газа в потоке. В качестве стаблизаторов горения использованы полусферическая выемка (ПСВ), как базовая, однополостная (ОДВ) и двухполостная (ДДВ) диффузорные выемки. Устойчивое горение удалось получить во всех типах исследованных выемок. Лучшие результаты получены для ДДВ, ОДВ и ПСВ практически равноценны. Стабильное горение обеспечивается для параметра вдува m  2. Места вдува газа у ДДВ и ОДВ следует выполнять в их полюсной (самой глубокой части); -В ходе проведения исследований с использованием измерителя стационарного теплового потока и ДСК с термомодуляцией получены зависимости коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости полимерных композиционных материалов (ПКМ) - углепластиков с различным армированием. Полученные результаты могут быть использованы для расчета и проектирования систем и установок с использованием конструкционных углепластиков, а также для моделирования технологических процессов производства. На основе полученных данных может быть сформирована база данных РФ по коэффициентам теплопроводности и удельной теплоемкости ПКМ. Результаты также позволяют проводить верификацию численных моделей теплопроводности исследованного материала с учетом его структуры; -В рамках работ по разработке научных основ реинжиниринга дизельных двигателей проведены разработки численных моделей гидрогазодинамических процессов в системах охлаждения и системах впуска воздуха. Разработанные модели верифицированы. Проведены численные результаты исследования эффективности системы охлаждения, включая помпу двигателя, распределения заряда воздуха по цилиндрам и потери давления в контурах охлаждения и впуска воздуха. Исследования проведены для различных режимов работы двигателя. Выявлены недостатки систем, связанные с наличием рециркуляционных зон, перетечек, загромождения потока. Предложены методы улучшения эксплуатационных характеристик рассмотренных систем. Для всех технических предложений проведено численное моделирование гидрогазодинамики проточных частей систем. Подтверждены новые режимные и конструктивные параметры, обеспечивающие повышенные параметры эффективности двигателя.