Фундаментальные исследования и инновации в...

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯИ ИННОВАЦИИ В НАЦИОНАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ УНИВЕРСИТЕТАХ

Материалы XIV Всероссийской конференции

ТОМ 1

Санкт-ПетербургИздательство Политехнического университета

2010

Министерство образования и науки Российской ФедерацииРоссийская академия наук

Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАНСанкт-Петербургский научный Центр РАН

Комиссия по образованию Санкт-Петербургского научного Центра РАННаучный Совет по науковедению и организации и научных исследований

( при Санкт Петербургском научном Центре РАН)Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Учебно-методическое объединение вузов по университетескому политехническому образованиюМинистерства образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургское отделение Международной академии наук высшей школыНаучные советы по проблемам технических наук и высшего образования МАНВШ

Руководящий Совет Межвузовских комплексных работ “Инновационные технологии образования"Аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы»

Ассоциация независимой экспертизывысшей школы Санкт-Петербурга

Северо-Западное отделениеАссоциация технических университетов

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИИННОВАЦИИ В НАЦИОНАЛЬНЫХ



Том 1

Санкт-ПетербургИздательство Политехнического университета

2010

Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследова-тельских университетах: Материалы XIV Всероссийской конференции. Санкт-Петербург. Том 1. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 371 с.

Представлены результаты научных исследований, выполненных в национальныхисследовательских университетах Российской Федерации по планам работ РАН, Руко-водящего Совета Межвузовской комплексной работы "Инновационные технологии об-разования", Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного по-тенциала высшей школы», других федеральных научно-исследовательских программ, атакже по заказам промышленности.

Для преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов высшихучебных заведений.

Сборник издается без редакторских правок.Ответственность за содержание тезисов возлагается на авторов.

Оригинал-макет подготовлен НМЦ УМО

© Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет, 2010

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯИ ИННОВАЦИИ В НАЦИОНАЛЬНЫХ



ТОМ 1

Ответственный за выпуск П.И. РомановЛицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукцииОК 005-93, т. 2; 95 3004 – научная и производственная литература

Подписано в печать Формат 60х84/16Усл. печ. л. Уч.-изд. Л Тираж Заказ

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленногоНМЦ УМО,

в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета.195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

Тел.: (812) 550-40-14.Тел./факс: (812) 297-57-76.

3

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТМ.П. Федоров

(председатель)– ректор СПбГПУ, член-корреспондент РАН

Ю.С. Васильев(сопредседатель)

– президент СПбГПУ, академик РАН

А.И. Рудской(зам. председателя)

– проректор по научной и инновационной дея-тельности СПбГПУ, член-корреспондент РАН

В.Н. Козлов(зам. председателя)

– проректор по УМО СПбГПУ

П.И. Романов(зам. председателя)

– директор НМЦ УМО СПбГПУ

ЧЛЕНЫ ОРГАНИЗАЦИОННОГО КОМИТЕТАМ.М. Благовещенская – зам. председателя Руководящего Совета Межву-

зовских комплексных работ «Инновационныетехнологии образования", проректор по научнойработе МГУПБТ

М.Б. Гузаиров – ректор Уфимского государственного авиацион-ного технического университета

А.В. Белоцерковский – ректор Тверского государственного университетаЮ.В. Шленов – президент Российского государственного уни-

верситета инновационных технологий и пред-принимательства

С.М. Стажков – первый проректор – проректор по учебной рабо-те Балтийского государственного техническогоуниверситета «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

В.К. Иванов – декан физико-механического факультетаСПбГПУ

М.М. Радкевич – декан механико-машиностроительного факульте-та СПбГПУ

В.И. Никифоров – ученый секретарь УМОН.Ю. Егорова – заместитель директора НМЦ УМО СПбГПУ

4

СЕКЦИЯ 1Физические и математические науки

МЕТОД ДИНАМИЧЕСКОГО ГАРМОНИЧЕСКОГОБАЛАНСА НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ

ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Ахметвалеева Л.В., Федотов А.И.Казанский государственный энергетический университет

Латипов А.Г.ОАО «Сетевая компания», г. Казань

Для повышения надежности электроснабжения в распределительныхэлектрических сетях напряжением 6 – 10 кВ используется режим работы сизолированной нейтралью. В таких сетях, выполненных воздушными ли-ниями электропередачи, одними из основных повреждений являются од-нофазные замыкания на землю (ОЗЗ), сопровождающиеся значительнымиперенапряжениями вследствие нестационарного процесса горения дуги. Впоследнее десятилетие распространился способ ограничения таких пере-напряжений за счет использования резистивного заземления нейтрали.При высокоомном заземлении нейтрали процесс горения дуги полностьюне исключается, но ограничивается (теоретически) одним полупериодомпромышленной частоты, но возможны повторные её зажигания.

Несмотря на то, что перенапряжения на воздушных линиях электро-передачи снижаются, тем не менее они существуют и желательно быст-рейшее обнаружения места повреждения. Одним из приемов определениярасстояния до места повреждения является использование высших гармо-ник токов для его расчета. В этом случае составляются уравнения балансанапряжений и по соответствующим уравнениям находится удаленностьместа ОЗЗ от центра питания.

Желательно использование той измерительной аппаратуры, котораяуже имеется на подстанциях (питающей и потребительских), и при этом

5

проводить обнаружение места повреждения без отключения электропере-дачи. Чем выше частота тока, тем лучше проявляется зависимость величи-ны падения напряжения в линии от расстояния до места ОЗЗ. Моделиро-вание системы электроснабжения в режиме ОЗЗ показывает, что источниквысших гармоник (дуга в месте ОЗЗ) может быть исключен из уравненийпри двухсторонних измерениях токов, что при существующем информа-ционном обеспечении подстанций не представляет проблем, с последую-щей передачей результатов для их обработки в диспетчерскую службу.

При этом необходимо учитывать динамический характер измененияуровня высших гармоник. Метод локального преобразования Фурье можетбыть использован для описания нестационарных процессов. В результате вуравнениях баланса напряжений относительно высших гармоник вводятсяприращения токов, которые могут быть легко измерены.

КОНТРОЛЬ СМЕЩЕНИЙ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩИХПОВЕРХНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ГЕТЕРОДИННОЙ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

Большаков О.П., Котов И.Р.Санкт-Петербургский государственный медицинский

университет им. акад. И.П. ПавловаМайорова О.В., Прокопенко В.Т.

Государственный университет информационныхтехнологий, механики и оптики

В работе рассмотрены различные системы и подходы к измерениюсмещений и деформаций диффузно отражающих объектов с использова-нием методов голографической интерферометрии. Показано, что наиболееточными и информативными являются оптико-электронные фазоизмери-тельные системы обработки двухэкспозиционных голограмм. Предложенасистема оптической обработки и расшифровки голографических интерфе-рограмм. В системе использован принципиально новый подход к восста-новлению интерферирующих волновых фронтов с двухэкспозиционной

6

голограммы, который заключается в освещении голограммы неразведен-ным лазерным пучком со стороны объекта. При этом интерференционнаякартина наблюдается в направлении распространения исходного опорногопучка, используемого при записи голограммы. Такой способ освещенияголограммы обеспечивает постоянство направления регистрации интерфе-рограммы. а также избавляет от необходимости диафрагмировать действи-тельное изображение объекта с целью выделения анализируемой точкиповерхности. Трансформация пространственного распределения интен-сивности в интерференционной картине в фазу электрического сигналаобеспечивается посредством использования двухчастотного излучения,которое реализуется в He-Ne лазере за счет зеемановского расщеплениялинии генерации. Излучение такого лазера содержит два циркулярно по-ляризованных колебания с различными частотами ν1 и ν2, электрическиевекторы которых вращаются в противоположных направлениях. Для вы-деления интерферирующих линейно поляризованных компонент излуче-ния в устройстве использован интерферометр сдвига. В работе проведеныэкспериментальные исследования. Показано, что фаза информационногосигнала на разностной частоте излучения (ν1 – ν2) может быть измерена сточностью до 0,005 ·2π рад.

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ПЛОСКОЙ

ВОЛНЫ В АКУСТИЧЕСКОМВОЛНОВОДЕ С ВКЛЮЧЕНИЕМ

Боровков А.И., Михалюк Д.С.,Шубин С.Н., Гилёв Е.Е.Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет

Рассматривается акустический волновод с включением. На практикев роли волновода могут выступать система трубопроводов, в качествевключения – различного рода отложения. Так, например, при использова-нии газопроводов, лежащих на дне моря, в условиях пониженных темпе-ратур и большого давления, на стенках трубы могут образовываться гид-

7

раты, что приводит к снижению пропускной способности, а иногда и кполной закупорке газопровода [1]. Вследствие этого, определение место-положения и параметров включения является задачей, вызывающей по-вышенный интерес.

Цель работы – выявление особенностей прохождения плоской волныв цилиндрической трубе, заполненной идеальной сжимаемой жидкостью,через включение. В качестве метода исследования выбран численный ме-тод конечных элементов, реализованный в программной системе LS-DYNA [2].

При решении нестационарной задачи распространения акустическихволн находятся распределения давления во времени. Определяется пере-стройка волнового фронта, появление отраженной и прошедшей черезвключение волн. Результаты расчетов показали, что спектральные плотно-сти этих волн имеют характерные экстремумы, которые определяются гео-метрическими и физическими параметрами включения.

Литература:1. Ma J., Lowe M.J.S., Simonetti. Feasibility study of sludge and block-

age detection inside pipes using guided torsional waves // Meas. Sci. Technol. –2007. – N. 18. – P. 2629-2641.

2. Hallquist J.O. LS-DYNA. Theoretical Manual / Livermore SoftwareTechnology Corporation. 1998.

Включение

Прямая волна Отраженная волна Прошедшая волна

Акустический волновод

8

ИЗМЕРЕНИЕ ФАКТОРОВ ЯДЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ ДЛЯφ-МЕЗОНОВ В ЯДРО-ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ

ПРИ ЭНЕРГИИ 62,4 ГЭВ

Бердников А.Я., Котов Д.О., Рябов В.Г.,Рябов Ю.Г., Иванищев Д.А., Самсонов В.М.

Санкт-Петербургский государственныйполитехнический университет

Эффект подавления выхода адронов (гашение струй), открытый наколлайдере RHIC в центральных столкновениях тяжёлых ядер при энергии

NNs = 200 ГэВ [1], является уникальным явлением, которое не наблюда-

лось ранее при более низких энергиях взаимодействия ядер. Для того что-бы изучить зависимость эффекта гашения струй от энергии сталкиваю-щихся ядер на RHIC был проведен специальный физический цикл работпри энергии взаимодействия ядер равной 62,4 ГэВ.

Настоящая работа посвящена измерению инвариантных спектроврождения по поперечному импульсу pT и факторов ядерной модификацииRAA для φ-мезонов в столкновениях протонов, ядер меди и ядер золота приэнергии 62,4 ГэВ. Измерения были проведены в канале распада φK+K- вэксперименте ФЕНИКС [2] на коллайдере RHIC.

В случае обеих сталкивающихся систем для всех классов событий поцентральности значения факторов RAA в пределах ошибок измерений со-гласуются с единицей в доступном для измерений диапазоне поперечныхимпульсов (1.0 < pT (ГэВ/с) < 4.0), что свидетельствует об отсутствии по-давления выхода φ-мезонов в ядро-ядерных столкновениях при энергии62,4 ГэВ. Подобное поведение факторов ядерной модификации разительноотличается от поведения факторов, измеренных для π0-мезонов, для кото-рых превалирование эффекта гашения струй над эффектом Кронина про-исходит в области энергий взаимодействия между 22,4 и 62,4 ГэВ [3].

Различное поведение параметра RAA для лёгких адронов в исследуе-мой области поперечных импульсов наблюдается как при энергии взаимо-действия ядер 62,4 ГэВ, так и при 200 ГэВ. Данный факт говорит о том,

9

что в данной области поперечных импульсов мягкие процессы играютважную роль при рождении заряженных частиц.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства обра-зования и науки РФ в рамках ФЦП “Научные и научно-педагогическиекадры инновационной России” на 2009 – 2013 гг.

Литература:1. S.S. Adler et al. // Phys. Rev.C. 2008. V. 77. P. 064907.2. K. Adcox et al. // Nucl. Instr. Meth. A. 2003. V. 499. P. 469.3. A. Adare et al. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 101. P. 232301.

ИЗМЕРЕНИЕ ФАКТОРОВ ЯДЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ ДЛЯφ-МЕЗОНОВ В СТОЛКНОВЕНИЯХ ЯДЕР МЕДИ

ПРИ ЭНЕРГИИ 200 ГЭВ

Бердников Я.А., Котов Д.О., Рябов В.Г.,Рябов Ю.Г., Иванищев Д.А., Самсонов В.М.


Одним из основных открытий, сделанных на Релятивистском Кол-лайдере Тяжелых Ионов (RHIC) [1] к настоящему времени, стало обнару-жение эффекта подавления выхода адронов в области больших попереч-ных импульсов (pT > 5 ГэВ/c) в центральных столкновениях тяжелых ядерпри энергии NNs = 200 ГэВ [2]. С теоретической точки зрения, наиболее

правдоподобным объяснением эффекта подавления являются энергетиче-ские потери партонов в образующейся среде перед стадией фрагментации(эффект гашения струй).

Измерения выходов адронов, в состав которых входят странныекварки, на сегодняшний день обладают низкой статистической обеспечен-ностью в области больших поперечных импульсов. Картина энергетиче-ских потерь s-кварков в сравнении с легкими u и d кварками и тяжёлыми cи b кварками пока полностью неясна. Измерения инвариантных спектроврождения и факторов ядерной модификации φ-мезонов, состоящих из па-

10

ры s и s кварков, позволят внести ясность в картину энергетических по-терь странных кварков.

В настоящей работе были измерены факторы ядерной модификацииRAA для φ-мезонов в столкновениях ядер меди (Cu+Cu) при энергии200 ГэВ для различных классов событий по центральности. Измерениябыли проведены в адронном канале распада φK+K– в экспериментеФЕНИКС [2] на коллайдере RHIC.

На основе сравнения значений RAA, измеренных для φ-мезонов вCu+Cu и Au+Au столкновениях при энергии 200 ГэВ, в работе показано,что для одинакового числа нуклонов, участвующих во взаимодействии

учN , величины подавления выхода φ-мезонов совпадают. Данный факт

позволяет говорить о том, что величина подавления в основном определя-ется числом нуклонов, участвующих во взаимодействии и практически независит от геометрии перекрытия ядер.


Литература:1. G. Baym // Nucl. Phys. A. 2002. V. 698. P. 23.2. S.S. Adler et al. // Phys. Rev. C. 2008. V. 77. P. 064907.3. K. Adcox et al. // Nucl. Instr. Meth. A. 2003. V. 499. P. 469.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ 0 ИЗ РАСПАДОВ (1385) ГИПЕРОНОВ,

РОЖДЕННЫХ ИЗ КВАРК-ГЛЮОННОЙ ПЛАЗМЫ

Бердников А.Я., Бердников Я.А., Головин А.В.,Котов Д.О., Сафонов А.С., Спирин Д.О.


Теоретический анализ поляризационных свойств * (1385) гипе-

рона является актуальной проблемой физики высоких энергий в связи стеоретическими и экспериментальными исследованиями механизма рож-

11

дения странных гиперонов в высокоэнергетических столкновениях тяже-лых ионов. Известно, что поляризационные свойства барионов могут бытьиспользованы для диагностики кварк-глюонной плазмы (КГП).

В работе впервые вычислена вероятность распада * , в зависи-мости от поляризации * и 0 гиперонов, а также вектор динамическойполяризации 0 гиперона, как в системе покоя * гиперона, так и в лабо-раторной системе. Отличительной особенностью поляризационныхсвойств * гиперона, как частицы со спином 3/2, является наличие нетолько векторной поляризации, но и квадрупольного и октупольного тен-зоров поляризации.

В работе вычислено импульсное распределение множественности* гиперонов, рожденных из термализованной КГП для состояний с про-

екциями спина

3/ 2 :3 2 5 2

*/3 2

( ) ( )11E T

d N E TEd k e E

k

kk

k

k kо

и

1/ 2 :3 2 5 2

*/3 2

( ) 1 ( )1 33 1E T

d N E TEd k e E

k

kk

k

k kо

,

где k

и kE — импульс и энергия * , а о

— вектор его поляризации. Из

этих формул видно, что * гиперон с подавляющей вероятностью рожда-ется в состояниях с проекциями спина 1/ 2 .

Зависимость импульсных распределений множественности от о обу-

словлена наличием тензора квадрупольной поляризации у * гиперона.В работе показано, что рождение поляризованных * гиперонов из

термализованной КГП, также как и рождение поляризованных можетпривести к появлению поляризованных 0 гиперонов, в силу моды распа-да (1385) . Это предполагает, что детектирование поляризованных

0 гиперонов, рожденных в ультрарелятивистских столкновениях тяже-лых ионов, не означает отсутствие КГП в промежуточном состоянии.


12

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОПТИЧЕСКОГОПОГЛОЩЕНИЯ В Bi0,5Sb1,5Te3 В ОБЛАСТИ КРАЯ

ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ

Вейс А.Н.Санкт-Петербургский государственный


Несмотря на то, что Bi2Te3 и твердые растворы на его основе широкоиспользуются в термоэнергетике для создания охлаждающих устройств,многие детали их зонного спектра до сих пор не известны, а имеющиесяэкспериментальные данные противоречивы. В частности, с общеприняты-ми представлениями об этих материалах – как об узкощелевых полупро-водниках с непрямой запрещенной зоной (см., например [1]) плохо согла-суется обнаруженная Кёллером [2] непараболичность законов дисперсииэлектронов и дырок вблизи основных зонных экстремумов. Поэтому в на-стоящей работе при T=300 К выполнены детальные исследования спек-тров оптического поглощения α в Bi0,5Sb1,5Te3 в области края фундамен-тальной полосы с целью определения ширины запрещенной зоны в этомтвердом растворе и типа оптических переходов на пороге межзонного по-глощения. Полученные результаты проанализированы совместно с экспе-риментальными данными для Bi2Te3, приведенными в работах [3-6] (ре-зультаты, содержащиеся в работе [7], резко расходящиеся с данными [3-6],не рассматриваются, как ошибочные).

Объектами исследования служили блочно-монокристаллическиепленки Bi0,5Sb1,5Te3 на подложках из слюды и KBr. Ось симметрии c3 былаперпендикулярна поверхности пленок. Все образцы обладали проводимо-стью p-типа, значения коэффициента термоэдс в них варьировались в пре-делах (225-257) мкВ/К.

Некоторые из полученных в работе результатов совместно с данны-ми для Bi2Te3, взятыми из работы [4], представлены на рис. 1, построенномв координатах α1/2, hν–Egi, обычно используемых для анализа межзонныхоптических переходов в непрямозонных материалах (Egi – величина поро-га для непрямых межзонных переходов). Видно, что экспериментальные

13

точки, расположенные вблизи Egi , действительно спрямляются в указан-ных координатах. Это позволило определить величины Egi по отсечкампрямых α1/2(hν) на оси энергий. Они оказались равными 0,13 в Bi2Te3 и0,17 эВ Bi0,5Sb1,5Te3, что соответствует значениям Egi, приведенными в ра-ботах [4, 6], в которых анализировались данные, полученные в существен-но более узких интервалах изменения α (α≤3000 см-1). Однако экстраполя-ция зависимостей α1/2(hν–Egi) в область больших энергий квантов света hνпоказывает, что экспериментальные точки располагаются ниже экстрапо-ляционных прямых. Также обращает на себя внимание необычайно быст-рый рост значений α на пороге непрямых межзонных переходов, на по-рядки превышающий темп возрастания коэффициента поглощения в такомтипичном непрямозонном полупроводнике, как кремний (Egi=1,12 эВ; по-казанные на рис. 1 данные для кремния приведены в координатах (α·hν)1/2,hν–Egi, в соответствии с параболичностью законов дисперсии для электро-нов и дырок в этом материале).

Рис. 1. Спектральные зависимости коэффициента поглощения α вBi0,5Sb1,5Te3 (1), Bi2Te3 [4] (2), Si [9] (3) и PbS [9] (4) при T=300 КЭти результаты могли бы вызвать недоумение, но на самом деле, они

не новы. Давно уже известно (см., например [8]), что аномалии, подобныерассмотренным выше, наблюдались в другой группе узкощелевых полу-проводников, а именно, в халькогенидах свинца (ХГС). Впервые они быливыявлены Скэнлоном, а впоследствии их существование было подтвер-ждено в многочисленных экспериментах, выполненных другими автора-ми. Результаты, полученные в PbS, взятые из работы [9], представлены нарис. 1 (кривая 4). Видно, что результаты для PbS и соединений А5

2В63 по-

14

добны: в сульфиде свинца, в котором Egi=0,37 эВ при T=300 К, как и в со-единениях А5

2В63, при hν>Egi+0,04 эВ экспериментальные точки распола-

гаются ниже прямой, экстраполирующей зависимость α1/2(hν–Egi) вкоротковолновую область спектра. Аналогичным образом ведут себя дан-ные и для аналогов сульфида свинца – PbTe и PbSe. Однако из того факта,что в спектрах межзонного поглощения ХГС содержатся участки (приα<3000 см-1), которые спрямляются в координатах α1/2, hν, вовсе не следу-ет, что эти материалы являются непрямозонными полупроводниками. Бо-лее того, они никогда и никем не рассматривались в качестве таковых, по-скольку при α>3000 см-1 экспериментальные зависимости α(hν) в нихспрямлялись в координатах α2, hν, что характерно для прямых разрешен-ных переходов. Впервые это было также установлено Скэнлоном, а впо-следствии подтверждено и другими авторами. Следует отметить, что раз-личие между порогами прямых Egd и непрямых Egi переходов в ХГС оказа-лось небольшим и по данным Скэнлона составило 40 мэВ в PbS и 30 мэВ вPbSe и в PbTe.

Скэнлон, разумеется, попытался объяснить факт присутствия в спек-трах поглощения ХГС участков, спрямляющихся в координатах для не-прямых межзонных переходов. Он предположил, что обсуждаемые участ-ки спектров α(hν) связаны с непрямыми оптическими переходами в прямо-зонных полупроводниках, происходящими с поглощением длинноволно-вых оптических фононов. Энергетическая схема, иллюстрирующая егоидею, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Энергетическая схема халькогенидов свинцаСтрелкой обозначен непрямой переход, происходящий с поглоще-

нием фонона.

15

Однако в рамках предложенного Скэнлоном объяснения не удаетсяистолковать два экспериментальных факта. Во-первых, неясно, почемутемп возрастания коэффициента поглощения при непрямых оптическихпереходах в ХГС оказывается выше, чем прямых, тогда как известно, чтовероятность прямых оптических переходов (двухчастичных, в которыхучаствуют электрон и фотон) на три – четыре порядка выше, чем непря-мых (трехчастичных, происходящих с участием фонона). Во вторых, не-понятен сам факт существования непрямых оптических переходов, проис-ходящих с поглощением фононов, в PbSe и PbTe, в которых энергии про-дольных оптических LO-фононов составляют (16,5±0,6) и (13,6±0,4) мэВсоответственно [8].

Более подробные исследования коэффициента поглощения в PbTe,выполненные в работе [10], показали, что значения α в спектральной об-ласти, соответствующей “непрямым” переходам, и величины отсечек пря-мых α1/2(hν) на оси энергий варьируются заметным образом при переходеот образца к образцу. Более того, зависимости α(hν) в этой спектральнойобласти спрямляются не только в координатах для непрямых разрешенныхпереходов, но и в координатах ln α, hν, соответствующих урбаховской за-висимости

Эта зависимость описывает поглощение, обусловленное оптическими пе-реходами электронов между распространяющимися состояниями однойзоны и локализованными состояниями, принадлежащими другой зоне (такназываемыми “хвостами” плотности состояний, простирающимися вглубьзапрещенной зоны). Считается, что вклад в оптическое поглощение со сто-роны оптических переходов электронов между локализованными состоя-ниями, принадлежащими различным зонам пренебрежимо мал вследствиемалости интегралов перекрытия волновых функций электронов, локализо-ванных в этих состояниях.

Все перечисленные факты свидетельствуют о том, что участки зави-симостей α(hν), обнаруженные вблизи края собственного поглощения ХГС

))(

exp(0

0 TkhEg

16

и описываемые обычно в рамках концепции непрямых переходов, следуетсвязывать с наличием в них “хвостов” плотности состояний,простирающихся вглубь запрещенной зоны. Такое предположение позво-ляет объяснить и необычайно высокий темп возрастания значений α в рас-сматриваемой спектральной области. Это связано с тем, что вероятностьоптических переходов электронов между локализованными и распростра-няющимися состояниями должна быть выше вероятности межзонных пе-реходов между распространяющимися состояниями вследствие существо-вания заметной неопределенности в величинах квазиимпульсов локализо-ванных электронов.

Очевидно, что все явления, наблюдаемые в ХГС могут иметь место ив соединениях А5

2В63 вследствие специфического строения их кристалли-

ческой решетки, особенностей фазовых диаграмм и возможности интерка-лирования вводимых примесей и собственных компонентов. В пользу та-кого предположения свидетельствуют данные, полученные в Bi2Te3.Анализ имеющегося в литературе экспериментального материала, в томчисле и данных Аустина[3], показал, что край поглощения в Bi2Te3 в об-ласти “непрямых” переходов обладает такими же особенностями, как икрай поглощения в ХГС. В нем также наблюдаются заметные вариациизначений α и отсечек прямых α1/2(hν) на оси абсцисс от образца к образцу,а экспериментальные зависимости оптического поглощения в спектраль-ной области, соответствующей “непрямым” переходам спрямляются в ур-баховских координатах. В этом плане наиболее показательными являютсяданные Аустина [3], самые точные из имеющихся в литературе для обсуж-даемой спектральной области. Они представлены на рис. 3. Видно, что приперестроении данных Аустина в урбаховских координатах ln α, hν, исчеза-ет излом зависимости α1/2(hν), который интерпретировался Аустином врамках непрямых переходов, происходящих с излучением и поглощениемфонона, а сама зависимость α(hν) превращается в прямую.

Из всего сказанного следует, что анализ края собственного поглоще-ния в соединениях А5

2В63, производимый с целью определения типа опти-

ческих переходов на пороге межзонного поглощения следует начинать с

17

рассмотрения тех участков экспериментальны спектров, которые неадди-тивны к экстраполяционным прямым α1/2(hν) (см. рис. 1).

Рис. 3. Зависимости коэффициента поглощения в Bi2Te3 [3],построенные в координатах для непрямых оптических

переходов a) и в урбаховских координатах b)Выполненный анализ показал (рис. 4), что экспериментальные точки

в указанной спектральной области спрямляются в координатах α2, hν, какэто должно быть в прямозонных полупроводниках с непараболической за-висимостью энергии от квазиимпульса. Величины Egd во всех исследо-ванных образцах были определены по отсечкам прямых α2(hν) на осиэнергий. Оказалось, что в Bi0,5Sb1,5Te3 при T=300 К Egd=(0,209±0,005) эВ.Приведенное значение Egd получено с использованием экспериментальныхданных для семи образцов с надежностью s=0,95. Величина Egd в Bi2Te3.Очевидно, менее точна. На основании анализа экспериментальных дан-ных, представленных в работах [4, 5], можно считать, что величина Egd вэтом материале при T=300 К равна (0,16±0,01) эВ с надежностью s=0,68.

18

Из рис. 4 видно также, что прямые α2ext, экстраполирующие экспери-

ментальные зависимости α2(hν), в коротковолновой области спектра рас-положены ниже экспериментальных точек. Это позволяет считать, что ис-следованные спектры содержат аддитивные составляющие, связанные соптическими переходами электронов между основным экстремумом однойиз зон и дополнительным – другой. Они были выделены из эксперимен-тальных кривых посредством вычитания поглощения αext, связанного спрямыми межзонными переходами и проанализированы Оказалось, чтоспектральные зависимости α–αext спрямляются в координатах (α–αext)1/2, hν,а величины отсечек Egi(2) прямых (α–αext)1/2(hν) на оси абсцисс составляют ≈0,18 и ≈0,29 эВ в Bi2Te3 и Bi0,5Sb1,5Te3 соответственно. Однако при интер-претации этих данных следует учитывать, что в дополнительной подзонетакже могут быть “хвосты” плотности состояний, поэтому величины энер-гетических зазоров, разделяющих распространяющиеся состояния основ-ной и дополнительной подзон могут быть больше, чем Egi(2)–Egd.

Рис. 4. Зависимости α2(hν) a) и (α–αext)1/2(hν) b) в Bi2Te3 (1) и вBi0,5Sb1,5Te3 (2) при Т=300 К.

Литература:1. Wang G., Cagin T. Phys. Rev. B 76, 075201 (2007).2. Köhler H. Physica Status Solidi (b), 73, 95 (1976); 74, 591 (1976).

19

3. Austin I.G. Proc. Phys. Soc. (London), 72, 545 (1958).4. Greenaway D.L., Harbeke G.J. Phys. Chem. Solids. 26, 1585 (1965).5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. Т. 2.

455 с.6. Sher R., Testardi L.R. J. Phys. Chem. Solids. 23, 1219 (1962).7. El-Sayed H.E.A. Applied Surface Science, 250, 70 (2005).8. Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования

полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe, PbS.9. Уханов Ю.И. Оптика полупроводников. Ч. 2.

Л.: ЛПИ им. М.И.Калинина, 1971. 144 с.10. Вейс А.Н. ФТП. 16, 1128 (1982).

РАЗРАБОТКА НОВЫХ АЛГОРИТМОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХЗАЩИТ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Гараева Н.Р., Попов М.Г., Попов С.О.Санкт-Петербургский государственный


При разработке чувствительных дифференциальных защит транс-форматора приходится решать проблемы отстройки от токов небалансаобусловленных броском тока намагничивания и внешними короткими за-мыканиями (КЗ). Известен ряд способов отстройки дифференциальныхреле от бросков токов намагничивания, из которых наибольшее распро-странение получила блокировка по второй гармонике. Противоречивыетребования к формированию тормозного сигнала в режимах внешних КЗопределяют многообразие этих алгоритмов. При этом наиболее эффектив-ными являются сигналы торможения, получаемые из токов плеч диффе-ренциальных защит. Вместе с тем на сегодняшний день все они обладаютопределенными недостатками, связанными в первую очередь с нелиней-ной зависимостью погрешностей трансформаторов тока от величины ичастоты входного сигнала. С целью дальнейшего повышения быстродей-ствия и достоверности работы релейной защиты и противоаварийной ав-

20

томатики требуется разработка принципиально новых алгоритмов, осно-ванных на контроле тока намагничивания, который определяется с ис-пользованием высокоточного математического описания силовых и изме-рительных трансформаторов с учетом нелинейности их параметров.

Расчет (восстановление) тока намагничивания силовых и измери-тельных трансформаторов осуществляется в реальном времени с привле-чением разработанной на кафедре «Электрические станции и автоматиза-ция энергосистем» нелинейной математической модели. Использованиеэтого восстановленного сигнала позволит повысить чувствительностьдифференциальной защиты и обеспечить ее правильную работу в динами-ческих (аварийных) режимах электросети, а также при включении транс-форматора на холостой ход без ее блокировки.

Предложенный алгоритм дифференциальной защиты силовоготрансформатора апробирован в результате компьютерных исследованийпереходных процессов при различных расчетных условиях (холостой ход,внешние КЗ).

Данная работа проводится в рамках реализации ФЦП «Научные инаучно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 –2013 годы.

Литература:1. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. Учебник для вузов. М.,

«Энергия»,1969. 424с

ПЛОСКИЙ НИЗКОВОЛЬТНЫЙ ХОЛОДНЫЙ ЭМИТТЕР ЭЛЕКТРОНОВ

Габдуллин П.Г., Гнучев Н.М., Архипов А.В., Давыдов С.Н.Санкт-Петербургский государственный

политехнический университетГордеев С.К.

ЦНИИ «Материалы»

Согласно проводимым исследованиям, величина средней по поверх-ности плотности тока холодной эмиссии различных наноразмерных угле-родных систем может достигать значений до 1 А/см2, при внешнем поле,

21

не превышающем значения в единицы В/мкм [1]. Такие данные невозмож-но объяснить в рамках существующих на сегодняшний день теоретиче-ских моделей. Считается установленным, что величина работы выхода длябольшинства форм углерода не менее 4-4,5 эВ, при этом наблюдаетсяэмиссия при полях, явно недостаточных (с учетом всех возможных факто-ров геометрического усиления) для появления автоэлектронной эмиссии.В то же время, например, в работе [2] показано, что наблюдавшиеся вели-чины токов для пленочной системы должны соответствовать аномальнонизкой работе выхода в 0,03-0,05 эВ. В большинстве опубликованных ра-бот (например [3, 4, 5]) показано, что экспериментальные вольтамперныехарактеристики не описываются в рамках формализма Фаулера-Нордгейма– основной теории автоэлектронной эмиссии.

В разрез с классической теорией идут и результаты исследованияполевой эмиссии образцов на основе наноразмерной углеродной пленки,выращенной на монокристаллической полупроводниковой подложке. Пло-щадь поверхности катода, с которой отбирался эмиссионный ток, состав-ляла 0.3 см2 при зазоре между катодом и анодом 0.5 мм. Исследованияпрофиля поверхности полевого эмиттера с помощью атомно-силовой мик-роскопии (АСМ) показывают полное отсутствие геометрического фактораусиления приложенного поля.

Рис. 1. АСМ изображение профиля поверхности катодаНа рис. 1 представлен типичный участок образца размером 1*1 мкм,

на котором неоднородность высот не превышает 5 нм. Тем не менее, такой

22

образец показывает относительно высокую эмиссионную способность приэкстремально низких значениях тянущего поля.

Рис. 2. Начальный участок (а) и полная вольтампернаяхарактеристика (б) исследуемых образцов

Начальный участок ВАХ, приведенный на рис. 2,а, выявляет порого-вое значение тянущего поля, при котором начинается электронная эмис-сия, порядка 550 В/мм. Дальнейшее увеличение прикладываемого напря-жения позволяет получить плотности токов в сотни мкА/см2 при поляхменее 2000 В/мм (рис. 2, б).

Литература:1. Jean-Marc Bonard, Mirko Croci, Christian Klinke, Ralph Kurt1, Oliv-

ier Noury, Nicolas Weiss // Carbon 40, p. 1715–1728 (2002).2. S.J. Oh, J. Zhang, Y. Cheng, H. Shimoda, O. Zhou // Appl. Phys.

Lett. 84, 3738-3840 (2005).3. С.А. Ляшенко, А.П. Волков, Р.Р. Исмагилов, А.Н. Образцов //

Письма в ЖТФ 35, (2009).4. А.Н. Образцов, И.Ю. Павловский, А.П. Волков // ЖТФ 71, с.89-95

(2001).5. В.Б. Бондаренко, П.Г. Габдуллин, Н.М. Гнучев и др. // ЖТФ 74,

с. 113-116 (2004).

23

ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР,ВЫРАЩЕННЫХ НА КРЕМНИЕВЫХ ПОДЛОЖКАХ

Габдуллин П.Г., Гнучев Н.М., Давыдов С.Н., Шахмин А.Л.Санкт-Петербургский государственный


Поверхностные углеродные наноструктуры являются перспектив-ными источниками полевой эмиссии электронов. Они могут обеспечиватьстабильную эмиссию на уровне нескольких сотен мкА/см2 при относи-тельно невысоких напряжённостях электрического поля - 1-2 кВ/мм [1].Вместе с тем физический механизм такой эмиссии остаётся не выяснен-ным.

В данной работе впервые проведены комплексные исследования уг-леродных наноструктур, выращенных на кремниевых подложках, метода-ми электронной спектроскопии для получения сведений об электроннойструктуре поверхности таких объектов. Измерения проводились на фото-электронном спектрометре фирмы SPECS методами рентгеновской(РФЭС) и ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии. Исследова-лись два образца с кристаллической ориентацией подложки (100) и (111).Во втором случае толщина углеродного слоя оказалась заметно больше,чем в первом при одинаковых условиях осаждения.

Анализ результатов показал, что электронное строение поверхност-ного углерода имеет сложный характер, не одинаковый для исследован-ных образцов. Линии С1s в спектрах РФЭС имеют различную тонкуюструктуру. Для системы С - Si(100) имеются три составляющих, а для об-разца С - Si(111) – четыре составляющих основного пика фотоэлектронов.Каждая из составляющих соответствует различным химическим состоя-ниям углерода. Энергетическая структура валентной зоны также не одина-кова: в первом случае она подобна структуре монослоя графита, во второмслучае она заметно отличается как от данных для монослоя графита, так идля пирографита. [2]. Прямой взаимосвязи между различием в электрон-ной структуре и эмиссионной способностью не обнаруживается: в обоих

24

случаях уровень полевой эмиссии находился в пределах нескольких сотенмкА/см2. Таким образом, на поверхности полупроводниковых кристалловразличной ориентации сформировались эмиссионно-активные системы спримерно одинаковыми эмиссионными свойствами. Отличительной осо-бенностью таких систем – по данным атомно-силовой микроскопии – яв-ляется отсутствие микронеровностей на поверхности, которые могли быбыть центрами полевой эмиссии за счёт локального усиления электриче-ского поля. Поэтому вопрос обнаружения взаимосвязи между электроннойструктурой таких слоёв и их эмиссионной активностью остается актуаль-ным, и исследования в этом направлении будут продолжены.

Литература:1. Бондаренко В.Б., Габдуллин П.Г., Гнучев Н.М., Давыдов С.Н. На-

учно-технические ведомости СПбГПУ, № 3, 2008, с. 164-169.2. Бржзезинская М.М., Байтингер В.И, Кормилец В.И. ФТТ, 41, 1511

(1999).

ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОДИСПЕРСНЫХ МОДИФИКАТОРОВСВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Гурьянов А.М., Коренькова С.Ф.Самарский государственный

архитектурно-строительный университетЛебедев В.М., Лебедев В.Т.

Петербургский институт ядерной физики

На реологические, прочностные и эксплуатационные свойства раз-личных строительных материалов, например, бетонов и бетонных смесей,положительно сказывается применение нанодисперсных модифицирую-щих добавок техногенного происхождения (шламовых отходов процессовводоочистки, водоподготовки и водоумягчения промышленных предпри-ятий), приводящее к изменению структуры конструкционных материаловна надмолекулярном уровне.

25

Образцы шламов исследовались методом малоуглового рассеяниянейтронов с помощью дифрактометра «Мембрана-2», установленного нареакторе ВВР-М ПИЯФ. Длина волны нейтронов = 0,3 nm, ширина ли-нии / = 0,3. Диапазон переданных импульсов q = (4/)sin(/2)от 0,03 nm-1 до 0,8 nm-1. Рассеянные нейтроны регистрировались детекто-ром, состоящим из 41 3Не-счетчика, в интервале углов 2° 2°.

Сечения рассеяния , отнесенные к единице объема вещества и кединичному телесному углу, как функции переданного нейтронного им-пульса q получались из экспериментальных спектров с учетом фона ивклада прошедшего через образец пучка без взаимодействия с ним (транс-миссии) при нормировке данных на интенсивности рассеяния для стан-дартного образца известного сечения (1 мм H2O). С помощью Фурье-преобразования (пакет программ ATSAS) из полученных эксперименталь-ных данных для сечений рассеяния нейтронов восстанавливались распре-деления рассеивающих объектов в приближении однородных сфер.

Распределения по радиусам рассеивающих надмолекулярных струк-тур, как у влажных, так и высушенных образцов оказались одинаковы. До-бавка несвязанной воды не меняет структуру материала, что свидетельст-вует о его стабильности при различных условиях.

В образцах с разной вероятностью присутствуют структуры различ-ных размеров. Средний радиус рассеивающих структур для образцов шла-мов, образованных при различных условиях, оказался в пределах от 30 до60 nm. Это подтверждает наблюдаемое на практике влияние шламов, какнанодисперсных модифицирующих добавок, на свойства композиционныхстроительных материалов.

26

О ДИСПЕРСНОСТИ БРЫЗГОВОГО ОБЛАКА, ОКРУЖАЮЩЕГОАМФИБИЙНОЕ СУДНО НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ (ВП)

Дьяченко Н.В.Санкт-Петербургский государственный

морской технический университет

Вопросам исследования дисперсности жидкой среды в струе газа по-священо большое количество работ [1]. Их целью была выработка опти-мальных способов распыления жидкого топлива, подаваемого в камерысгорания дизельных и карбюраторных двигателей, газовых турбин и ра-кетных двигателей. Все выполнявшиеся работы были посвящены анализуэкспериментальных материалов и подбору эмпирических формул, позво-ляющих аналитически описывать дисперсность жидкой среды в струе газа.Аналогичная задача возникает при рассмотрении взаимодействия струивоздуха, выносимой из области ВП, с волнами на ее склоне. При этом про-исходит разрушение водной поверхности и образование облака брызг, ко-торое окружает судно и затрудняет его эксплуатацию. Для совершенство-вания средств защиты судна от морской воды необходимо знать парамет-ры облака - распределение воды по высоте вокруг судна q(H) и дисперс-ность этой водной среды, т.е. математическое ожидание линейных разме-ров капель на разных высотах mH и величины среднеквадратичных откло-нений от среднего размера капель. Для решения этой задачи раз-работана методика [2], позволяющая рассчитать скорости капель различ-ного радиуса r на выходе в атмосферу и высоту их подъема H над уровнемморя, т.е. rH. Полная величина объема воды, вынесенной струей воздуха изВП qm, определяется на основании экспериментальных результатов [3].Для определения доли общего количества выброшенной из ВП воды, со-держащейся в каплях радиуса, меньше данного, модифицирован закон Ро-зина – Раммлера S(rH). Используя соотношение q(H) = S(rH) qm, можно ус-тановить распределение воды в облаке по высоте над уровнем моря.

В основу расчета mH и DH положена гауссова кривая распределенияплотности вероятности числа капель по размерам с учетом того, что частькапель выпадает из общего объема воды на малых высотах подъема.

27

Литература:1. Лышевский А.С. Распыливание топлива в судовых дизелях. Л, Су-

достроение, 1971.2. Дьяченко В.К., Дьяченко Н.В.Методика расчета параметров облака

брызг, окружающих амфибийное судно на воздушной подушке при паре-нии над поверхностью воды. Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. СПб.,вып. 49(333), 2009, с. 111.

3. Аносов В.Н., Дьяченко Н.В. Расчет количества воды, выносимой ватмосферу струей воздуха из воздушной подушки. Там же, с.123.

ПОЛУПРОВОДНИКИ В КУРСЕ ФИЗИКИ ИНЖЕНЕРНОГО ВУЗА

Комаров В.И., Кауфман А.С.Военный инженерно-технический университет

Изучение основ физики полупроводников и принципов действия ос-новных видов полупроводниковых приборов имеет важное значение дляподготовки будущего инженера любого профиля. В числе таких приборов:полупроводниковые диоды – выпрямители; транзисторы, предназначен-ные для генерирования и преобразования электрических колебаний; тер-мисторы, использующие для измерения температуры зависимость элек-тропроводности от температуры; тиристоры, обеспечивающие скачкооб-разный переход из состояния с низкой проводимостью в состояние с вы-сокой проводимостью; полупроводниковые лазеры на гетеропереходах идр.

Для энергообеспечения за счет энергии солнечного излучения при-меняются солнечные батареи – полупроводниковые генераторы, непо-средственно преобразующие энергию Солнца в электрическую на основеиспользования явления внутреннего фотоэффекта. Таким образом, напри-мер, осуществляется энергообеспечение космических станций и объектовна Земле.

Качественным отличием полупроводников от проводников, их наи-более существенной особенностью является изменение свойств полупро-

28

водников в широких пределах под влиянием различных воздействий: тем-пературы, освещенности, электрических и магнитных полей и других фак-торов.

Научной основой физики полупроводников является зонная теориятвердых тел. Изложение основ данной теории только на лекциях, связаннос определенными трудностями, поэтому она включена в темы семинарскихи лабораторных занятий.

Лабораторный практикум ВИТУ содержит цикл работ по физике по-лупроводников для второкурсников. В нем исследуются характеристикиполупроводниковых выпрямителей, транзисторов и зависимость сопро-тивления полупроводников от температуры.

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ КОНСТАНТА СКОРОСТИ ВФИЗИКЕ НЕНЬЮТОНОВА ВРЕМЕНИ

Майков В.П.Московский государственный университет инженерной экологии

Обобщение классической равновесной и линейной неравновеснойтермодинамики на основе введения неньютонова времени [1] позволяетактивное вовлечение термодинамических методов в современную фунда-ментальную физику (см. тезисы докладов в аналогичных сборниках 2007-2009 гг.). В настоящем докладе обсуждаются особенности фундаменталь-ной константы скорости в новом обобщении – физике неньютонова вре-мени.

Теоретическим ядром новой физической версии является элементар-ная термодинамическая ячейка, как альтернатива традиционной матери-альной точке. Новая концепция идейно близка к современным струннымтеориям, где основным теоретическим элементом выступает ячейка спланковскими масштабами. Различие подходов связано с тем, что термо-динамическая ячейка формулируется на основе соотношений неопреде-ленностей квантовой механики и гипотезе о существовании макроскопи-ческого кванта энтропии. В основе же существующих в физике планков-ских параметров лежит полуэмпирический метод размерностей, строгий

29

лишь с точностью до безразмерного множителя. Примечательно, что наоснове рассматриваемой концепции планковские масштабы выводятсяаналитически с получением недостающего безразмерного коэффициента.При этом такой вывод сопровождается введением неньютонова необрати-мого времени и решением проблемы квантовой гравитации на основе су-персимметрии [1].

Параметры элементарной макроячейки с радиусом kTctcr 2/

зависят только от температуры. Здесь kTt 2/ – дискрет времени, (приT=300K, сt 14103,1 , .108,3 6 мr ) Дискретное термо-электромагнитноеописание макроячейки приводит к обобщению уравнений Максвелла свведением магнитного монополя divB ,o m cn , где o магнитная прони-

цаемость вакуума; ,m cn плотность связанных магнитных зарядов. Это

приводит к пространственному электрическому и магнитному векторномузарядам q c e 5 856, и ,m vq qv , где 0e – величина заряда электрона,

o –электрическая постоянная, /v kT m – коллективная (когерентная)

скорость частиц в макроячейке, m масса макроячейки [1]. Под магнит-ными зарядами понимаются ненаблюдаемые, но реальные (виртуальные)монополи. Введение новых соотношений термо-электромагнитного харак-тера, как показывает анализ, снимает необходимость привлечения калиб-ровочных полей и освобождает теорию от перенормировок.

Фундаментальность электрического объемного заряда проявляетсячерез определение основания натуральных логарифмов как отношения

/ ,e q g где g константа слабого взаимодействия. Отношение других

двух зарядов можно вычислить 21568.0)/()/( 22 qeege oo [1,c.68] и срав-

нить с известным в физике лишь из эксперимента отношением215.0)/( 2 geo [2], проведя тем самым верификацию теории.

Наконец отношение ещё двух фундаментальных зарядов и силовыхполей для вакуума cоставляет .// cqqm EB Это отношение и определяет

подлинный смысл константы с , как фундаментальной характеристикипространственно-временной метрики физического вакуума, лишь фор-

30

мально совпадающий с размерностью скорости. Этот вывод проясняет яв-ление независимости «скорости света» от скорости движения его источни-ка. Отсюда же появление в обобщенной термодинамике ньютоновогодальнодействия, ограниченного только недостижимостью нулевой термо-динамической температуры tcL . Дальнодействие здесь осуществляет-ся за счет свойств метрики при constс (см., например, значение элемен-тарного интервала времени t при 0 TT ).

Таким образом, привлечение обобщенной термодинамики к фунда-ментальной физике приводит к противоречию с основным принципомОТО об относительности одновременности!

Литература:1. Майков В.П. Расширенная версия классической термодинамики —

физика дискретного пространства-времени. МГУИЭ, Москва (1997).http://maikov.chat.ru/russian/evt/book/bookr.htm

2. Биленький С.М. Вайнберга угол. Физическая энциклопедия, т. 1,Советская энциклопедия, Москва (1988), с. 234.

ОБ ОДНОЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ АНАЛОГИИ

Майков В.П.Московский государственный университет инженерной экологии

Балунов А.И.Ярославский государственный технический университет

В настоящее время, по мнению авторов, в физике развивается новаяпарадигма, которая обобщает классическую равновесную термодинамикуи линейную область неравновесной термодинамики на основе гипотезы осуществовании в Природе не только кванта энергии, но и макроскопиче-ского кванта энтропии равного постоянной Больцмана [1]. Привлечение кэтой гипотезе соотношений неопределенностей квантовой механики по-зволяет получить характерный минимальный макроскопический, или мак-симальный микроскопический, объём – термодинамическую элементар-ную макроячейку, параметры которой определяются только температурой.Макроячейка выступает основным элементом теории.

http://maikov.chat.ru/russian/evt/book/bookr.htm

31

В масштабах макроячейки математические дифференциально малыевеличины можно трактовать термодинамическими предельно малыми свычислением их значений. При этом, в рамках новой парадигмы макро-ячейка феноменологически может быть представлена в трёх связанныхмикроструктурах (стратах):

как термодинамически элементарный цикл Карно, в которомразностью температур выступает квантовое рассеяние термо-динамической температуры;

как элементарный объёмный резонатор, без привлечения ка-либровочных полей и без возникновения первичных расходи-мостей;

как суперсимметричная система с объединением бозонов игравитонов в концепции квантовой гравитации.

Раскрытие сущности квантовой гравитации позволяет решить про-блему времени и сопровождающую её проблему «стрелы времени». Физи-ческое время – осреднённая, интегративная мера изменчивости, порож-даемая квантово-релятивистской природой фундаментального элементар-ного термодинамического уровня материи, где время необратимо, дис-кретно и динамически-эволюционно.

Новая парадигма позволяет выйти на новую область физики – тер-модинамическую космологию с термодинамическим доказательством веч-ности Вселенной. Из этой парадигмы вытекает несколько неожиданныйвывод. Если фундаментальную физику отнести к элементарному макро-скопическому уровню, то можно заключить, что для фундаментальногоописания основных законов неживой природы достаточно всего лишьобобщения равновесной и линейной неравновесной термодинамики. Тогдавозникает вопрос, что же скрывается в области очень далёкой от равно-весного состояния? Один из авторов полагает, что там лежит качественноиная область – физика жизни.

Интересный пример влияния явления дискретности вдали от равно-весия был найден при энтропийно-информационном анализе процесса раз-

32

деления многокомпонентных систем методом ректификации. На рис.представлена зависимость суммарной информационной энтропии выход-ных потоков двухпродуктовой ректификационной колонны от относи-тельного отбора верхнего продукта (дистиллята). Расчёт выполнен длядвух типов модельных смесей равномерно распределённого состава: дис-кретной десятикомпонентной и аналогичной по свойствам непрерывной(состоящей из бесконечно большого числа микрокомпонентов) в равно-весных условиях ( 1 ) и очень удалённых от равновесного состояния( 100 ). Здесь – обобщённая координата процесса, характеризующаяудаленность системы от равновесия [2]. Видно, что явление дискретностикачественно изменяет поведение системы в области далёкой от термоди-намического равновесия.

Рис. Зависимость энтропии выходных потоковколонны от относительного отбора дистиллята

Литература:1. Майков В.П. Расширенная версия классической термодинамики –

физика дискретного пространства-времени. – М.: МГУИЭ, 1997. – 160 с.2. Балунов А.И., Майков В.П. Энтропия и информация в теории рек-

тификации. Известия вузов. Химия и химическая технология. 2003. Т. 46.Вып. 9. – С. 54-67.

33

ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА СИСТЕМЫПЛАНИРОВАНИЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

Миронов В.О., Елизарова М.В.Санкт-Петербургский государственный


В работе описана процедура дозиметрической подготовки трехмер-ной системы планирования дистанционной лучевой терапии XiO, прове-денная на этапе ввода в эксплуатацию линейного ускорителя электроновOncor Avant-Garde. Для дозиметрических измерений применялись системаBlue Phantom с механизмом 3-х мерного сканирования и программнымобеспечением OmniPro; наперстковые водонепроницаемые ионизацион-ные камеры СС13, графитовая фармеровская камера FC65-G, плоскопа-раллельные ионизационные камеры маркусовского типа PPC-05 и PPC-40,клинический дозиметр Dose-1.

Для инсталляции дозиметрических данных в систему планированиябыли измерены диагональные профили для пучков фотонов с энергией6 МВ на глубинах 0.0-30.0 см для квадратных полей 5х5-35х35 см2, с энер-гией 18 МВ – на глубинах 1.2-30.0 см для полей 10х10-30х30 см2. Измере-ния проводятся при РИП=100 см. Снимаются прямые профили для такогоже набора полей на глубинах максимума ионизации и 5.0-30.0 см. Для пуч-ков электронов измеряются профили для аппликаторов 10х10-25х25 см2,при РИП=100-115 см для различных наборов глубин в зависимости отэнергии пучка. Глубинные распределения дозы для пучков фотонов изме-ряются при РИП=100 см для полей 3х3-40х40 см2, а для пучков электронов– при РИП=100-115 см для размеров аппликаторов 10х10-25х25 см2.

И для фотонных и для электронных пучков проводятся абсолютныеизмерения поглощенной дозы в воде, по которым впоследствии произво-дится калибровка мониторных единиц линейного ускорителя. Для фото-нов различной энергии абсолютная доза измеряется фармеровской иони-зационной камерой на референсной глубине 10 см при РИП=90, для элек-тронов – маркусовской ионизационной камерой на глубине 1,6-5,4 см в за-

34

висимости от энергии пучка. Также проводится ряд абсолютных измере-ний для характеризации рассеивающих факторов, физических и виртуаль-ных клиньев. Механические характеристики ускорителя, в частности, па-раметры многолепесткового коллиматора, предустановлены в системупланирования XiO и не требуют дополнительных замеров.

При сопоставлении протоколов дозиметрической подготовки системпланирования XiO и Oncentra Master Plan было выявлено, что набор изме-ряемых параметров аналогичен, но для системы Oncentra Master Plan до-полнительно снимается звезда профилей с шагом 1˚ для фотонных пучков,с применением реальных клиньев и без них, кроме того снимаются профи-ли пучков для малых полей и профили электронных пучков без апплика-тора.

ИМПУЛЬСНЫЙ МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ КЕРРА

Петров В.Н., Габдуллин П.Г., Котов И.А.Санкт-Петербургский государственный


Существует методика исследования магнитных свойств материалов,основанная на магнитооптическом эффекте Керра, который заключается визменении поляризации света, отраженного от поверхности намагничен-ного образца. Регистрируя изменение поляризации отраженного света,можно говорить о магнитных характеристиках исследуемого материала.Основная проблема реализации данной методики заключается в невоз-можности намагничивания магнитожестких материалов постоянным то-ком. Создавать сильные поля постоянными токами практически невоз-можно, так как подобные системы намагничивания были бы чрезвычайногромоздкими, требовали бы постоянного охлаждения.

Авторами был разработан импульсный метод изучения магнитныхсвойств материалов, в основе которого лежит возможность получения не-обходимых больших полей с использованием простой системы, токи на-магничивания в которой могут достигать ~ 500 А. Ещё одним преимуще-ством созданной системы является возможность её использования внутри

35

вакуумной камеры при намагничивании магнитожестких материалов, ко-торые слабыми полями намагнитить невозможно.

Система состоит из цифрового осциллографа, генератора сигналовPCG10/8016, синхронизированного с генератором тока намагничивания, иблока намагничивания. Исследование магнитных свойств материалов про-изводится по стандартной методике меридианального магнитооптическогоэффекта Керра.

Суть метода импульсного намагничивания заключается в следую-щем: исследуемый образец намагничивается короткими импульсами токабольшой амплитуды (~ 10 – 500 А) для создания сильных магнитных по-лей. Данная методика позволяет избежать перегрева элементов системы иполучить поля, необходимые для намагничивания образцов до насыщения.Изменение направления тока приводит к полному перемагничиванию. Врезультате получаются данные о зависимости остаточной индукции от ве-личины амплитуды импульсного тока, на основании которых в дальней-шем можно восстановить вид кривых намагничивания.

В качестве тестовых образцов были исследованы как магнитомягкие(металлическое стекло 71КНСР, трансформаторное железо Э320), так имагнитожесткий (сталь-10) материалы, намагничиваемые вдоль поверхно-сти.

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХРЕСУРСОВ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН ДЛЯ

ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ВОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Пресс И.А., Федорцов А.Б., Венско Е.Е.Северо-Западный государственный заочный

технический университет

Современное состояние промышленного производства в России тре-бует его модернизации и все более квалифицированного кадрового обес-печения. Инновационный характер развития экономики России преду-

36

сматривает достижение высокого уровня развития производственных тех-нологий. Поэтому перед техническими вузами встает задача поиска наи-более эффективных методов подготовки инженерных кадров и переподго-товки работников различных отраслей для инновационного производства.

ГОУ ВПО «СЗТУ» специализируется на подготовке инженерныхкадров широкого профиля без отрыва от производства на базе концепцийнепрерывного обучения и комплексирования классических и информаци-онных обучающих технологий. Подготовка специалистов в области высо-ких технологий предполагает системное внедрение столь же инновацион-ных технологий в области образования и возможна только на хорошей ес-тественнонаучной базе. Фундаментальный характер дисциплин подразу-мевает обязательный учет профессиональных интересов обучаемых, прак-тико-ориентированный подход к обучению, непосредственную связьучебного материала с профессиональными компетенциями обучаемых.

Обеспечить требуемый уровень подготовки можно лишь при высо-кой степени самостоятельности обучаемых, интерактивности учебногопроцесса. С этой целью в ГОУ ВПО «СЗТУ» созданы комплексы элек-тронных образовательных ресурсов учебных дисциплин естественнонауч-ного профиля. В их числе учебные ресурсы образовательного сектора Ин-тернет-пространства, электронные контенты, построенные путем модуль-ного структурирования учебного материала, размещенные в программнойсреде MOODLE, лекционные курсы на CD и DVD, в свободном доступе наИнтернет-порталах (в частности на YouTube), виртуальные лабораторныепрактикумы, система компьютерного тестирования. Студенты имеют воз-можность оперативно получать индивидуальные консультации преподава-телей через Интернет (e-mail, Skype, чаты и форумы на портале универси-тета www.nwpi.ru, на учебном сайте www.student.nwpi.ru). Многообразиеинформационных ресурсов и свободный доступ к ним позволяют студен-там самостоятельно проектировать свою траекторию обучения, работать воптимальном для них режиме, учитывать свои профессиональные интере-сы.

www.nwpi.ru

www.student.nwpi.ru

37

БАРЬЕРЫ ШОТТКИ AL/In2Se3: ПОЛУЧЕНИЕ ИФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Рудь В.Ю.Санкт-Петербургский государственный

политехнический университетПаримбеков З.А.

РГКП "Семипалатинский государственныйуниверситет им. Шакарима",

Республика Казахстан

Настоящая работа посвящена разработке и первым исследованиямфотоэлектрических свойств барьеров Шоттки Al/n-In2Se3.

Методом направленной кристаллизации расплава были выращенымонокристаллы бинарного соединения In2Se3, определены состав полу-ченных кристаллов и их структура.

Из измерений эффекта Холла определены тип проводимости, кон-центрация и холловская подвижность свободных электронов в получен-ных монокристаллах, на которых разработаны первые фоточувствитель-ные барьеры Шоттки Al/In2Se3 и определены их фотоэлектрические свой-ства.

Для лучших поверхностно–барьерных структур Al/n-In2Se3 макси-мальная вольтовая фоточувствительность m

uS ≃ 500 В/Вт при Т=330 К, что

существенно превышает имеющиеся результаты [1].Установлено, что указанные барьеры могут использоваться при соз-

дании широкополосных фотопреобразователей оптических излучений наоснове монокристаллов In2Se3 .

Литература:1. Г.А. Ильчук, В.В. Кусьнеж, Р.Ю. Петрусь, В.Ю Рудь, Ю.В. Рудь

ФТП. 41, (2007) 53 -58.

38

ДВУМЕРНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ОГРАНИЧЕННЫЙКВАНТОВЫЙ ОСЦИЛЛЯТОР

Санин А.Л., Семёнов Е.А.Санкт-Петербургский государственный


Квантовые волноводы как составные элементы наноприборов и мик-рокомпьютеров широко исcледуются во всем мире. Несмотря на их раз-мах, эти исследования все еще носят ограниченный характер как в планепостановок физических задач, так и в численном моделировании. Необхо-дим переход от стационарных задач к нестационарным для систем различ-ной размерности. По существу, надо разработать теорию колебаний и волнквантовых систем. Как известно, для классических систем такая проблемабыла успешно решена в XX веке.

В настоящем докладе представлены результаты численного интегри-рования нестационарного двумерного уравнения Шредингера для про-странственно ограниченного квантового осциллятора. Свойства такого ос-циллятора определяются полиномиальным потенциалом, зависящим отдвух координат в прямоугольной области. На границах области задаетсявнешний скачкообразный потенциал, который образует потенциальнуюяму с непроницаемыми стенками. Для анализа формируется начальное ус-ловие в виде гауссова пакета с ненулевой средней скоростью или ненуле-вой средней координатой. На границе области волновая функция равнанулю во все моменты времени. Ширина начального пакета много меньшеразмера ямы. В том случае, когда полиномиальный потенциал представля-ет сумму двух слагаемых, пропорциональных квадрату координат, а кван-тово-механические средние значения координат много меньше размеровямы, влияние стенок на колебания становится несущественным. В этомслучае мы имеем режим колебаний двумерного квантового гармоническо-го осциллятора. Фурье-преобразование для среднего значения координатысодержит пик, соответствующий частоте колебаний вдоль данной коорди-наты. Здесь, как и для одномерного квантового осциллятора выполняетсяпринцип соответствия.

39

Если полиномиальный потенциал содержит дополнительное сла-гаемое, пропорциональное произведению координат, мы переходим в ре-жим связанных колебаний. В режиме малых колебаний изучены их свой-ства, обусловленные связью между ними. Характерные частоты хорошосогласуются с частотами соответствующей классической задачи. Однако,если амплитуда становится соизмерима с полуразмером ямы, влияние сте-нок становится существенным и картина колебаний усложняется.

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ЛАЗЕРНЫЙИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ

ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ПЛЕНОК

Федорцов А.Б., Иванов А.С., Чуркин Ю.В., Гончар И.В.Северо-западный государственный заочный


Проведена модернизация лазерного интерферометра для контролятолщины жидких и твердых пленок [1,2]. Была произведена замена в оп-тической схеме прибора эллиптических зеркал на сферические, что позво-лило снизить его стоимость и улучшить качество оптического тракта.Также, была изменена электронная схема обработки сигнала для сопряже-ния прибора с ПК. Применение современной элементной базы и ориги-нальных схемных решений дало возможность повысить точность измере-ний, уменьшить массогабаритные параметры и снизить энергопотреблениеприбора.

Аналоговый сигнал с фотоприемника поступает на схему преобразо-вания в стандартные ТТЛ-уровни цифрового сигнала для дальнейшей об-работки микроконтроллером, на котором реализованы: модуль высоко-точного таймера, контроль ошибок, и схема универсального синхронно –асинхронного передатчика для пересылки данных на ПК. Используетсястандартный интерфейс RS-232, как распространенный и надежный. Од-нако, не исключена возможность использования и шины USB, завоевав-шей на данный момент большую популярность.

40

Окончательная обработка данных производится на ПК. Для этогоразработан алгоритм взаимодействия с прибором, при помощи среды раз-работки Delphi написана программа, работающая под управлением опера-ционной системы Windows, как самой распространенной операционнойсистемы (ОС) на сегодняшний день. Также, возможна реализация про-граммы обработчика и для семейства UNIX-подобных ОС, напримерLINUX, с использованием среды Kylix, почти не требующая переделки.

В результате получена возможность использования прибора, как ап-паратно-программного комплекса, не только с компьютерами, работаю-щими под управлением ОС Windows, но также совместно с ПК, работаю-щими под управлением семейства UNIX-подобных ОС, также используе-мыми в промышленности.

Литература:1. A.B. Fedortsov, D.G. Letenko, Yu.V. Churkin, I.A. Torchinsky, and

A.S. Ivanov., Rev of Sci Instrum Vol. 63, No 7, July 19922. Л.М. Цинципер, А.Б. Федорцов, Д.Г. Летенко., Приб. и техн. экс-

пер-та, 1996, № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХПРОЦЕССОВ В СТРУКТУРАХ

МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИКПРИ ПОМОЩИ ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Федорцов А.Б., Иванов А.С., Чуркин Ю.В., Манухов В.В.Северо-Западный государственный заочный


В настоящее время теория расчета дисперсионных сил (сил Ван-дер-Ваальса и Казимира) применительно к реальным наноструктурам недоста-точно хорошо разработана. Однако учет этих сил необходим для созданиятехнических устройств, имеющих размеры менее 100нм [1]. Для развитияи применения теории дисперсионных сил необходимо экспериментальноеисследование зависимости комплексной диэлектрической проницаемостиот частоты в широком диапазоне концентраций носителей заряда. Для ис-

41

следования комплексной диэлектрической проницаемости полупроводни-ка эффективны лазерно-интерферометрические методы. Однако при высо-ких концентрациях электронов зондирующий луч сильно поглощается вполупроводнике. Резко снизить потери мощности зондирующего лучаможно, если высокую концентрацию электронов создать в очень тонкоминверсном слое у поверхности полупроводника при приложении попереч-ного электрического поля к структуре металл-диэлектрик-полупроводник(МДП-структуре). При работе с МДП-структурами возникает необходи-мость работы «на отражение». При этом измерения необходимо проводитьпри разных углах падения зондирующего луча. Нами была разработанаспециальная оптическая схема для изменения угла падения луча лазера наповерхность образца с последующей регистрацией отраженного луча.Данная схемы разработана на основе созданного нами ранее устройст-ва [2], позволяющего изменять угол падения на образец на 65º. В предла-гаемом устройстве вместо малодоступных и дорогих эллиптических зер-кал используются зеркала сферические. Прибор позволяет изменять уголпадения луча лазера на неподвижный образец на 40º с последующей реги-страцией отраженного луча. Важным достоинством схемы является воз-можность быстрого (порядка 1мс) изменения угла в пределах рабочегодиапазона.

Литература:1. M. Borolag, G.L. Klimchitskaya, V. Mohideen, V.M. Mostepanenko,

Advances in the Casimir effect.// Oxford, Oxford University Press, 2009.2. Fedortsov A.B., Letenko D.G., Churkin Yu.V. et al. // Rewiew of sci-

entific instruments. T. 63, № 7. C. 3597–3582. 1992.

42

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСПЕРСИОННЫХ СИЛ ВНАНОРАЗМЕРНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Федорцов А.Б., Климчицкая Г.Л., Чуркин Ю.В., Юрова В.А.Северо-Западный государственный заочный


Требования по сокращению габаритов и энергопотребления элек-тронных устройств привели в настоящее время к уменьшению размеровэлементов до десятков, а порой единиц нанометров. В этом диапазоне про-явление дисперсионных сил становится преобладающим по сравнению склассическими электромагнитными силами. Влияние дисперсионных силна работу микроэлектронных устройств ранее не исследовалось, однакоисследования в наноэлектротехнике показали, что именно дисперсионныесилы ответственны за ”схлопывание“ микроконденсаторов. Следователь-но, разработка элементов электронной техники требует глубокого иссле-дования данных сил.

Для вычисления величины давления силы Казимира используютсяразличные модели расчетов, содержащих экспериментальные данные овещественной и мнимой частях диэлектрических проницаемостей мате-риалов рассматриваемых структур. В представленной работе проводилисьрасчеты величины давления, создаваемого силой Казимира, на слой ди-электрика в структуре металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) по мо-дифицированной формуле Лифшица с использованием поправки, связан-ной с дисперсией диэлектрических проницаемостей материалов структу-ры. Эта структура представляет собой монокристалл полупроводника, наповерхности которого формируется тонкий диэлектрический слой, поверхкоторого наносится электрод из алюминия или другого металла.

Расчеты показывают, что казимировское давление на слой диэлек-трика в МДП-структурах на основе кремния увеличивается при уменьше-нии толщины этого слоя. При изменении толщины от 80 нм до 40 нм ве-личина давления возрастает от 5,5 Па до 67,3 Па, то есть увеличивается в12 раз. При дальнейшем уменьшении толщины диэлектрического слояследует ожидать дальнейшего резкого увеличения этого давления.

43

Таким образом, роль казимировских сил в наносистемах может бытьсущественной. Поэтому для учета дисперсионных сил в работе электрон-ных элементов необходимо детально исследовать эти силы, используя вкачестве примера расчета реальные материалы в реальных конфигурацияхи режимах работы.

ЛАЗЕРНЫЙ «ТАУМЕТР» ДЛЯ СТРУКТУРМЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК

Федорцов А.Б., Чуркин Ю.В., Иванов А.С., Аникеичев А.В.Северо-Западный государственный заочный


Создание новых полупроводниковых материалов, приборов и техно-логических процессов вызывает потребность в современных методах ис-следования рекомбинационных параметров полупроводников, главным изкоторых является время жизни носителей заряда: электронов и дырок.Современные методы измерения времени жизни носителей заряда должныбыть неразрушающими и локальными. Именно такими являются методылазерной интерферометрии. Использование интерференционных эффектовлазерного излучения по сравнению с другими методами позволяет полу-чить более детальные сведения о рекомбинационных характеристиках по-лупроводников.

Целью данной работы является разработка физического принципаработы лазерного «тауметра» для исследования реальных полупроводни-ковых структур. Традиционно в методах лазерной интерферометрии гене-рация неравновесных носителей в полупроводниковом образце осуществ-ляется оптически с помощью коротковолнового инжектирующего облуче-ния образца. Однако для оценки работы некоторых приборов, например,мощных тиристоров необходимо измерение времени жизни носителей привысоком уровне инжекции. При этом область повышенной концентрациинеравновесных носителей имеет большую величину, а это увеличивает по-глощение в полупроводнике зондирующего излучения, что «губит» ин-

44

терференцию и делает лазерно-интерференционный метод не примени-мым. Поэтому этот метод требует модернизации.

Мы положили в основу разрабатываемого «тауметра» создание не-равновесных носителей заряда в приповерхностном слое полупроводнико-вого материала с помощью поперечного электрического поля в структуреметалл-диэлектрик-полупроводник (МДП) на основе исследуемого мате-риала и зондирование полученной МДП-структуры длинноволновым ла-зерным излучением. Это позволяет, изменяя концентрацию носителей, ис-следовать рекомбинационные характеристики полупроводника в тонкомприповерхностном слое толщиной в десятки нанометров.

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ КАК ИМИТАЦИОННАЯМАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

Шапошников А.В.Санкт-Петербургский государственный


Анализ положений основы современной физики - теории относи-тельности - показывает, что эта теория является по существу не физиче-ской, а чисто математической теорией так как в ней во многих случаях не-обходимость проведения экспериментов заменяется математическими спе-куляциями, среди них: a) использование нефизических понятий таких какпространство, время, поле, инвариант, наблюдатель; б) использование ма-тематических операций без установления их физического содержания: ка-либровки, перенормировки; в) постепенная «эрозия» классических физи-ческих понятий таких как длина, масса, энергия, импульс, время, из-за че-го нарушается принцип соответствия классической и релятивистской фи-зики, несмотря на чисто формальное совпадение формы уравнений припредельном переходе, когда скорость света устремляется к бесконечности.

Однако, по-видимому, основным пороком современной физическойпарадигмы является неправомерная подмена экспериментального физиче-ского принципа относительности математическим условием инвариантно-сти уравнений относительно преобразований координат. Эта проблема

45

впервые возникла в связи с работами французского математикаА. Пуанкаре. Действительно, преобразования Галилея (не принадлежащиеГалилею) свидетельствуют о неравноправности наблюдателей, то есть этипреобразования противоречат принципу относительности Галилея, что,однако, характерно и для преобразования Лоренца. Инвариантность фор-мы математических уравнений относительно преобразований координатне имеет прямого отношения к чисто экспериментальному принципу отно-сительности. Действительно, уравнение – это математическая абстракция,некоторое обобщение и непосредственно в природе не наблюдается. Со-поставить с экспериментом можно лишь конкретные решения уравнений,но некоторые из этих решений могут вообще не иметь физического смыс-ла. И поскольку специальная теория относительности построена на усло-вии инвариантности уравнений физики к преобразованиям координат Ло-ренца, она не имеет отношения к экспериментальному принципу относи-тельности Галилея, не вскрывает причинно-следственные связи при взаи-модействии быстро движущихся природных объектов и по существу явля-ется лишь имитационной математической моделью реальности.

Поэтому в физике сейчас идет процесс создания новой, можно ска-зать пострелятивистской электродинамики, свободной от этих недостат-ков. Адекватную реальности физическую теорию отражения движенияпредложил во второй половине прошлого века проф. СПбГПУА.А. Денисов. В работах данного автора наглядно показано, что в электро-динамике все экспериментальные эффекты, возникающие при быстромотносительном движении взаимодействующих тел, связаны с искажениеминформации о положении и скорости этих тел из-за конечной скоростираспространения электромагнитных волн. Причем, так же как и в класси-ческой механике Галилея-Ньютона при допущении существования свето-носной промежуточной среды (физического вакуума) не требуется ника-ких дополнительных релятивистских гипотез о сокращении тел, замедле-нии времени и увеличении массы, что удовлетворяет принципу Оккама.

46

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯЕДИНИЧНОГО БАРЬЕРНОГО МИКРОРАЗРЯДА

Шемет М.В.Санкт-Петербургский государственный


В процессе развития техники было изучено большое число режимовизвестных форм газового разряда. Количество газоразрядных режимов по-стоянно растет, по мере появления новых приложений. В настоящее времяведутся активные исследования барьерного разряда – разряда в газовомпромежутке, осложненного накоплением заряда на поверхности диэлек-трического электрода. Такой тип разряда (используемый в озонаторах,плазменных панелях) является одним из видов частичных разрядов (ЧР) ввысоковольтной электрической изоляции.

В настоящее время не существует технологии производства органи-ческой изоляции, которая позволяла бы получить структуру материала, несодержащую пор и расслоений. Поэтому ЧР всегда присутствуют в элек-троизоляционных конструкциях и являются основной причиной их разру-шения.

В физике газового разряда уделено недостаточно внимания изуче-нию механизмов развития разряда в коротких (субмиллиметровых) про-межутках, в основном исследовались средние и длинные промежутки: по-

рядка единиц миллиметров –десятков сантиметров и более.Это диктовалось требованиямипромышленности (источникисвета, обработка материалов ит.д.) и энергетики (ЛЭП,грозозащита и т.д.). Приисследовании ЧР представляют

интерес процессы, развивающиеся в субмилли-метровых промежутках, т.к.характерные дефекты в изоляционных конструкциях составляют долимиллиметров. На рис. представлена зависимость напряжения начала пер-

47

вого разряда от размера воздушного промежутка для системы «игла – воз-душный зазор – диэлектрический барьер – плоскость». Кривая, соответст-вующая положительной полярности иглы, лежит существенно выше кри-вой, соответствующей отрицательной полярности иглы. Такое взаимноерасположение кривых имеет характер противоположный известным зако-номерностям для воздушного промежутка более 1 см. В зависимости отвеличины воздушного промежутка, материала барьера и полярности иглы,наблюдалось несколько механизмов разряда: одиночный стример (ток до50 мА, длительность – 7-15 нс), одиночная лавина (длительность – 100-300 нс), стример + серия лавин и многолавинный механизм (импульсыТричела). Отмеченные особенности могут быть связаны с изменением ти-па и времени развития разряда в субмиллиметровых промежутках.

РАССЕЯНИЕ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГОПОЛЯ НА ПРОВОДЯЩЕЙ ОБОЛОЧКЕ

Яхно Ю.Л., Воробьев В.А., Гончар И.В.Северо-Западный государственный заочный


Значительный интерес в различных областях прикладной электро-динамики представляют задачи рассеяния электромагнитного поля на про-водящих и диэлектрических слоях и оболочечных структурах достаточносложной геометрической формы. К таким областям относятся: геологораз-ведка, дефектоскопия и ряд других. При этом во многих случаях объектисследования с хорошей точностью может быть аппроксимирован сфе-роидальной оболочкой.

При рассеянии импульсного электромагнитного поля на оболочкеосновной информативной величиной, включающей в себя электродинами-ческие и геометрические параметры рассеивателя, является постояннаявремени затухания рассеянного поля.

48

В работе получено выражение для постоянной времени затуханияимпульсного магнитного поля, рассеянного на тонкой проводящей слабо-магнитной оболочке постоянной толщины сфероидальной формы.

Ранее нами [1], в низкочастотном приближении с помощью инте-гральных уравнений, были получены явные выражения для рассеянногогармонического однородного поля на сфероидальной оболочке постоян-ной толщины.

Используя полученный результат и применив к нему обратное пре-образование Лапласа, в данной работе, получено общее решение для сту-пенчато изменяющегося во времени магнитного поля, рассеянного на та-кой оболочке. При этом, подынтегральная функция полученного выраже-ния имеет единственный полюс, определяющий экспоненциальное затуха-ние рассеянного поля со временем. Нахождение этого полюса сопряжено снеобходимостью решения трансцендентного уровня. Поэтому в работе мыограничиваемся случаем, когда произведение волнового числа материалаоболочки на ее толщину много меньше единицы. Это соответствует слу-чаю хорошо проводящей немагнитной оболочки и позволяет вычислитьполюс для получения выражения постоянной времени затухания рассеян-ного поля.

Литература:1. Яхно Ю.Л. «Рассеяние низкочастотного электромагнитного поля

на искривленных проводящих слоях», автореф. канд. дис., Л., 1984.

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ КОМПЕНСАЦИОННОЙОПОРЫ УСТАНОВКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

Боровков А.И., Михайлов А.А., Орлова С.С.Санкт-Петербургский государственный


Каталитический крекинг – один из наиболее важных процессов неф-теперерабатывающей промышленности. Установка крекинга состоит изреактора и регенератора, соединенных между собой трубопроводом. Опо-

49

ры необходимы для компенсации гравитационных сил и способствуютснижению усилий, действующих на штуцера.

Целью работы является минимизация массы наиболее нагруженнойопоры путем варьирования некоторых её геометрических параметров(см. рис. 1). Ограничениями являются суммарная площадь отверстий длявентиляции и значения максимально допустимых изгибных и мембранныхнапряжений. Расчет напряжений проводился в системе КЭ анализаABAQUS, полученные данные обрабатывались с помощью программногокомплекса оптимизации modeFrontier.

Рис. 1 Рис. 2В результате оптимизации получены новые геометрические характе-

ристики, позволяющие снизить массу опоры с 63 кг (масса исходной опо-ры) до 22 кг (в 2,9 раз), удовлетворяя условиям прочности. Установлено,что наибольшее влияние на массу оказывают толщина h и длина L цилин-дрической части, а также радиус упрочняющей накладки R (см. рис. 2).

Литература:1. Michailov A.A., Voinov I.B., Borovkov A.I. Designing safe crackers //ANSYS Advantage. Volume II, Issue 4, 2008, pp. 38-39;

50

2. Michailov A.A., Voinov I.B., Borovkov A.I. Entwicklung von sicherencrackern // CAD CAMReport Nr.5, 2009, pp. 20-21 (in German).

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕКОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В КОЛЕННОМ

СУСТАВЕ ЧЕЛОВЕКА С УЧЕТОМ УГЛАПАТАЛОГИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Боровков А.И., Михалюк Д.С., Бабенков М.Б.Санкт-Петербургский государственный


Из медицинской практики известно, что при изменении угла дефор-мации коленного сустава (КС) перераспределяется нагрузка на суставныеповерхности (мыщелки). Латеральные или медиальные мыщелки КС ока-зываются нагруженными сверх нормы (синдром гиперпрессии), что при-водит к различным заболеваниям. Существует точка зрения [1], что саги-тальные деформации дистального отдела бедренной кости свыше 10° вы-зывают повреждение хряща КС. Есть и другая точка зрения [2], согласнокоторой сагитальные деформации от 0° до 10° относятся к деформациямлегкой степени, а деформации от 11° до 21° к деформациям средней сте-пени тяжести.

В настоящей работе поставлена задача уточнения существующихсведений о допустимой величине угла деформации КС и нахождения био-механического критерия, разграничивающего паталогическое состояниеКС, на основе решения задач биомеханики. Для решения задач использо-вался метод конечных элементов с целью установления максимальных на-пряжений в хряще коленного сустава в зависимости от угла деформаций.Для определения возможного разброса значений контактного давления взависимости от индивидуальных особенностей пациентов проведено па-раметрическое исследование модели КС. В процессе работы также созданаполномасштабная трехмерная (3D) модель КС пациента ж., 14 лет, воссоз-данного по компьютерной томограмме, предоставленнойНИИ им. Г.И. Турнера. Созданная модель адекватно воспроизводит гео-

51

метрию КС, и в ней учтены все основные элементы КС: связки, сухожи-лия, коленная чашечка, гиолиновый хрящ, мениски.

Литература:1. Меркулов В.Н., Гаврюшенко Н.С., Супрунов К.Н., Дорохин А.И.

Биомеханические критерии определения показаний к оперативному лече-нию посттравматических деформаций коленного сустава у детей // Вест-ник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова 2006. № 1. С. 43–47

2. Брытов А.В., Поздеев А.П., Маричева О.Н., Попова Т.В., Гарка-венко Ю.Е. Варианты поражения зон роста трубчатых костей и деформа-ций коленного сустава у детей после перенесенного острого гематогенно-го остеомелита (рентгено-томографическая диагностика) // Травматологияи ортопедия России 2008. № 3(49). С. 47–53

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА

ПОДВОДНЫЙ ТРУБОПРОВОД

Михалюк Д.С., Боровков А.И., Гилёв Е.Е., Шубин С.Н.Санкт-Петербургский государственный


Цель работы - определение гидродинамического воздействия по-верхностных волн на подводный трубопровод в незаполненной траншеепри заданных условиях волнения. Исследования проводились с помощьюконечно-элементного моделирования в программном комплексеCOMSOL Multiphysics [1].

Схема задачи представлена на рис. 1: ширина расчётной области по-добрана в соответствии с длиной волн на мелкой воде [2]. Рассматриваетсястоячая волна над траншеей. Трубопровод обладает нейтральной плавуче-стью и связан с основанием линейной упругой связью с жёсткостью с.Движение жидкости описывается уравнением Навье-Стокса (подход Ла-гранжа). Между трубопроводом и жидкостью заданы условия контактноговзаимодествия.

52

Рис. 1. Схема задачиПри решении нестационарной мультидисциплинарной задачи оце-

ниваются поля давлений, скоростей, перемещений жидкости, а также от-клик трубопровода в результате гидродинамического воздействия. Иссле-дования показывают возможность наступления резонансного режима ко-лебаний трубопровода при условии близости парциальной частоты систе-мы "трубопровод - линейная упругая связь" и частоты, соответствующейспектральному пику поверхностных волн.

Литература:1. Comsol Multiphysics 3.5 User's Guide. COMSOL AB, 2008.2. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М., Мир, 1977.

ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ И ПРИРОДНЫХВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МАРШРУТИЗАЦИИ

Буйнов Д.М.Санкт-Петербургский государственный


В связи с ростом числа автомобилей и недостаточно развитой транс-портной инфраструктуры в России, перед водителем зачастую возникаетпроблема выбора маршрута следования с учетом текущей дорожной об-становки. Схожая ситуация, связанная с распределением информационно-го потока, наблюдается в компьютерных сетях. Применяемая распреде-ленная архитектура построения сетей обеспечивает высокую надежность имасштабируемость компьютерных сетей, но в то же время привноситсложность в процесс управления, возрастающую с ростом самих сетей. В

53

обеих ситуациях процесс выбора оптимального маршрута следования объ-екта требует больших ресурсных затрат на его выполнение.

Цель работы заключается в исследовании существующих методов иалгоритмов оптимизации маршрута, а также рассмотрении возможностииспользования альтернативных методов, основанных на применении при-родных вычислений и нейросетевых моделей для снижения затрат на опти-мизацию и повышения производительности сетей. Данные методы отлича-ет возможность оперативного нахождения субоптимального решения в ус-ловиях ограниченного времени. В качестве результата исследования пред-полагается создание программного продукта, построенного на платформевычислительной среды Matlab и реализующего алгоритм маршрутизациина базе природных механизмов.

В качестве инструмента исследования применяется теория графов,основы компьютерных сетей, основы построения нейронных сетей и гене-тических алгоритмов.

Рассматриваемые в работе задачи относятся к классу комбинаторно-оптимизационных, не имеющих простых аналитических решений. К такимзадачам относятся задача коммивояжера, задача поиска кратчайшего пути,задача распределения трафика в сетях связи. Среди исследуемых алгорит-мов маршрутизации выделяются как статические алгоритмы (деревянныйалгоритм, волновой алгоритм, алгоритм Дейкстры), так и динамическиеалгоритмы, включающие в себя дистанционно-векторную маршрутизацию(алгоритм Беллмана-Форда) и маршрутизацию с учетом состояния кана-лов. Кроме того, особое внимание уделяется природным механизмам мар-шрутизации (генетические и муравьиные алгоритмы), позволяющим сменьшими ресурсами решить задачу маршрутизации и повысить произво-дительность сетей.

54

НИЗКОЧАСТОТНАЯ ПЛАЗМЕННАЯ АНТЕННА

Дементьева О.Б.Московский государственный университет технологий и

управления (филиал), г. Волоколамск

В последние годы появилось много работ по плазменным передаю-щим антеннам, В [1] изучалась высокочастотная приемная антенна на ос-нове плазменного столба, где плотность электронов во много раз большекритической. Указывается также на отсутствие сведений о приемных плаз-менных антеннах. Между тем, подобные исследования проводились еще в80-е годы. В [2-3] обнаружен эффект резонансного усиления внешнегоэлектромагнитного поля плазмой СВЧ разряда на пороге 2-го ленгмюров-ского резонанса (субрезонанс). В нем происходит параметрический распади переход флуктуационного спектра в триплет собственных мод. При этомплазма работает как приемная антенна-усилитель для частот внешнего по-ля, принадлежащих к нижней распадной ветви [3], [4], [5].

Эксперименты с приемной плазменной антенной показали, что вбли-зи резонансов ленгмюровской частоты со второй гармоникой накачкиωLe → 2ωо собственные шумы являют глубокий провал, а принятый сигнал– максимум. По сравнению со стандартной штыревой антенной длиной L,согласованной с НЧ приемником, плазменная антенна дает намного луч-шее отношение сигнал/шум: на 15 – 20 дБ. При этом её длина составляла0,1L.

Математическая модель субрезонанса построена на основе уравне-ний гидродинамики двухкомпонентной плазмы совместно с условиямисуществования плазмонов. Рассмотрен параметрический распад в услови-ях близости частоты модуляции электронной плотности к собственнойчастоте плазмы. В этом состоянии параметрически связанными оказыва-ются частоты, различающиеся на 3 – 5 порядков. Показано, что в распре-деленной плазменной системе происходит перекачка энергии по спектру впользу нижней распадной ветви. Применение альвеновского (токового)метода описания плазмы дает возможность перейти к физической моделисубрезонансного состояния в виде эквивалентной схемы. Это двухконтур-

55

ный параметрический усилитель с емкостной связью. Пороговое поведе-ние импедансов контуров позволяет сделать вывод о резком уменьшениирезонансной длины плазменной НЧ антенны. Таким образом, СВЧ разряднизкотемпературной плазмы в режиме субрезонанса представляет эффек-тивную короткую приемную антенну-усилитель в НЧ диапазоне.

Литература:1. Гусейн-заде Н.Г., Минаев И.М., Рухадзе К.З. Четвертьволновая

вибраторная плазменная приемная антенна. XXXVII Международная (Зве-нигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 2010.

2. Дементьева О.Б. Резонансные свойства плазменного столба, соз-данного СВЧ полем. VII Всесоюзная конференция по физике низкотемпе-ратурной плазмы. Ташкент, 1987, т. 1.

3. Дементьева О.Б. Самоорганизация и антенные свойства плазмыСВЧ разряда. Тезисы Всесоюзной конференции «Современные проблемырадиоэлектроники», М., 1988.

4. Дементьева О.Б. Исследование резонансных свойств плазменногостолба, созданного СВЧ полем. Диссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наук. Москва, ИВТАН – Харьков, ХГУ,1990.

5. Дементьева О.Б. Аномальная проводимость и эффект параметри-ческого усиления в холодной плазме СВЧ разряда. Международная кон-ференция «Математика, образование, экономика», Воронеж, 2003.

ОБ ОДНОЙ ПРОБЛЕМЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕГОПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТАХ

Зарецкая М.В.Кубанский государственный университет

Ратнер С.В.Южный научный центр РАН

Одной из нерешенных проблем в задачах определения общего полянапряжений в литосферной плите и оценки сейсмичности территории яв-

56

ляется учет эндогенных процессов. Эндогенные факторы, внутренние про-цессы, происходящие в земной коре и в мантии Земли, генерируют какглобальное поле напряжений Земли, так и тектонические движения в зем-ной коре. Неоднородности верхней мантии, то есть ее участки, обладаю-щие различной плотностью и температурой, также являются источникаминапряжений в литосфере и земной коре и им принадлежит существенная,ведущая роль (более 70-80%) в формировании напряжений в верхней исредней коре.

Для решения задачи определения контактных напряжений на грани-це литосферная плита – астеносфера используется теория блочных струк-тур.

Рассматриваем астеносферу и литосферную плиту как блоки блоч-ной структуры. При наличии трещин, разломов, включений в литосфернойплите последние надо рассматривать как границы блоков. В общем случаематериалы и литосферной плиты, и астеносферы являются линейнымианизотропными, термоэлектроупругими средами. Движение блоков в корепорождает напряженное состояние, в частности, тектонические напряже-ния. Развитие блочных структур влияет на распределение напряжений вземной коре.

В Кубанском государственном университете для исследования и ре-шения краевых задач для совокупности контактирующих тел с разнымифизико-механическими свойствами разработана теория блочных структур.Теория блочных структур позволяет строить общие представления физи-ко-механических полей в средах блочного строения, каждый блок которыхобладает своими специфическими физико-механическими свойствами.Среды такого рода обобщают известные слоистые структуры, и с их по-мощью можно описывать практически все известные макроструктуры (ккоторым можно отнести литосферные плиты), материалы и конструкции.В основе теории лежат дифференциальный и интегральный методы фак-торизации, опирающиеся на методы факторизации матриц-функций не-скольких комплексных переменных, внешний анализ, теорию представле-ния групп, которые позволяют получить представления решений краевых

57

задач в каждом блоке, необходимые для постановки и решения задач обустойчивости и резонансах подобных структур.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта президента РФ(НШ-3765.2010.1), грантов РФФИ (08-08-00669_а, 08-08-00447_а).

ДВУМЕРНЫЙ КУСОЧНО-БИЛИНЕЙНЫЙ ОПЕРАТОР

Козлов В.Н., Хлопин С.В.Санкт-Петербургский государственный


При моделировании физических объектов возникает необходимостьучета многослойных свойств двумерных и многомерных объектов. Дву-мерные кусочно-билинейные операторы позволяют интерпретировать не-линейности по двум координатам. Уравнения, пописывающие кусочно-билинейные операторы представлены в 1.

0 01

0 01

0 01

0 0 01

, ,

( )

( )

( )

s

j jj

kj j j j

j i iik

j j j jj i i

ik

j j j ji i

i

y u z f u z b z z u z u a z

z b z z a

a z b z z a

b z b z z a

(1)

Синтез Двумерного кусочно-билинейного оператораДля проведения синтеза билинейного оператора на основании ис-

ходных данных, воспользуемся значениями, представленными в табл. 1.Таблица 1

Исходные данные к синтезу билинейного оператора

1f 2f 3f 4f nf

1z 1,1y 2,1y 3,1y 4,1y ,1ny

2z 1,2y 2,2y 3,2y 4,2y ,2ny

mz 1,my 2,my 3,my 4,my ,n my

58

Будем полагать, что в промежутках между соседними табличнымиданными, значения изменяются по линейному закону.

Синтез двумерного кусочно-билинейного оператора разобьем на2 этапа:

1 этап - построение кусочно-линейных операторов на слое для каж-дой строки (столбца) таблицы, получение соответствующих значений i ;

2 этап – построение кусочно-линейных операторов для полученныхзначений i по другой пространственной координате – столбцу (строке)

таблицы.В качестве примера поведем синтез двумерного кусочно-

билинейного оператора, построенного на основании данных, представлен-ных в табл. 2.

Таблица 2Исходные данные для задачи синтеза билинейного оператора

0 10 20 30 400 -10 1 25 1 110 1 20 40 30 520 1 15 35 5 130 10 1 10 1 -5

Для кусочно-билинейного оператора матрица коэффициентов при-мет следующие значения:

0.036 0.013 0.01 0.075 0.0740.044 0.043 0.095 0.2 0.1270.022 0.008 0.013 0.16 0.056

0.044 0.013 0.135 0.08 0.001

матрицы коэффициентов и a в нашем случае примут нулевые зна-

чения.Для проверки и визуализации полученных данных построим графи-

ки значений оператора ,y z f на срезе 0, 10, 20, 30 координатных z слоев

для пространственного диапазона координат f (рис. 1), пространственный

график гистограмм кусочно-билинейного оператора (рис. 2) и пространст-

59

венный график поверхности, образованной плоскостями значений кусоч-но-билинейного оператора (рис. 3).

0 10 20 30 40 50

0

20

40y 0 x( )

y 10 x( )

y 20 x( )

y 30 x( )

x

Рис. 1. Значения оператора ,y z f на срезе

yРис. 2. Оператор ,y z f в виде гистограмм

yРис. 3. Оператор ,y z f в виде поверхностей

60

ОБЗОР МЕТОДОВ РЕДУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМПОДПРОСТРАНСТВА КРЫЛОВА

Куприянов В.Е., Васильев А.Ю.Санкт-Петербургский государственный


Методы редукции в подпространстве Крылова опираются на поня-тие моментов передаточной функции системы. Само понятие подпро-странства Крылова было впервые введено в трудах русского и советскогоинженера-кораблестроителя Алексея Николаевича Крылова, отсюда и егоназвание. Подпространством Крылова размерности m , порожденным век-тором v и матрицей A , называется линейное пространство

2 1( , ) , , ,..., mmK v A span v Av A v A v

.

Методы редукции в подпространстве Крылова относятся к так назы-ваемым проекционным методам. Пусть дана система в пространстве со-стояний ( , , , )A B C D . Для проекционных методов сокращенная модель мо-

жет быть получена построением двух матриц проекции n qU и n qV идальнейшим преобразованием модели к новым переменным состояния,при которых матрицы будут описываться как ( , , , )T TV AU V B CU D . Собст-

венно при этом и будет получаться система сокращенного порядка. Всепроекционные методы редукции отличаются друг от друга методикой вы-числения двух вышеописанных матриц проекции.

Смысл методов редукции в подпространстве Крылова заключается втом, что если дано множество частотных точек is передаточной функции,

то можно получить сокращенную систему, соответствующую любому за-данному числу моментов исходной системы конкретным построениемматриц проекции U и V и выполнением проекции.

Преимущества методов в подпространстве Крылова заключаются впервую очередь в простоте и быстроте их реализации. Что же касается не-достатков, то в общем случае отсутствуют гарантии точности и устойчиво-сти, а число векторов в подпространствах Крылова прямо пропорциональ-но числу входных и выходных сигналов соответственно.

61

Стоит отметить, однако, что при некоторых предположениях устой-чивость (и даже более сильные свойства) сокращенной системы может га-рантироваться, например, в случае симметричных систем (матрица A яв-ляется симметричной положительно определенной, и TB C ). Тогда систе-ма, сокращаемая при помощи U V , гарантированно устойчива.

Выделяют следующие методы редукции в подпространстве Крыло-ва:

1. Метод оценки асимптотических колебаний.2. Метод аппроксимации Паде с применением алгоритма Ланцоша.3. Методы Арнольди4. Метод PRIMA.5. Методы Лагерра.Метод оценки асимптотических колебаний в основе своей содержит

идею, что передаточная функция может быть хорошо аппроксимированаметодом аппроксимации Паде, которая представляет собой отношениедвух полиномов ( )P s и ( )Q s . Метод рассчитывает аппроксимацию Паде

конечной степени так, что степени ( )P s и ( )Q s конечны, и

deg( ( )) deg( ( ))Q s P s . В самом методе рассматривается известное уравнение

состояния ( ) ( ) ( )nsI A x s Bu s , в котором ( )x s раскладывается в ряд Тейлора

в окрестности точки 0s , а коэффициенты этого разложения становятся ис-

комыми моментами и одновременно элементами базиса соответствующегоподпространства Крылова: 1 1

0 0(( ) , ( ) )n nK s I A B s I A . Далее в рамках метода

осуществляется переход к аппроксимации Паде с решением двух системлинейных уравнений для нахождения коэффициентов полиномов этой ап-проксимации. Главным недостатком данной методики является то, что онабыстро становится плохо обусловленной с ростом числа рассматриваемыхмоментов. Эта проблема может быть отчасти решена увеличением количе-ства точек, в которых производится разложение, но эффективнее исполь-зовать более поздние методы.

Метод аппроксимации Паде с применением алгоритма Ланцоша от-личается от предыдущего тем, что здесь аппроксимация Паде, основанная

62

на моментах, вычисляется средствами двухстороннего алгоритма Ланцо-ша. Осуществляется несколько отличное от предыдущего разложение ре-зольвенты в представлении передаточной функции в пространстве состоя-ний: 1 1

0 0( ) ( ( ) ) ( )Tn nH s c I s s A s I A b

, где 1

0( )nA s I A

. После прохожде-

ния q шагов алгоритма Ланцоша находится аппроксимация A

в виде тре-

угольной матрицы qT , а с ней и редуцированная передаточная функция1 1

0 1 0 1( ) ( ) ( ( ) )T Tq n n qH s c s I A b e I s s T e . Здесь 1e – первый единичный век-

тор. Недостатками этого метода является то, что не всегда сохраняется ус-тойчивость, а сам алгоритм использует неортогональные проекции. Крометого, алгоритм может спонтанно останавливаться, если матрицы в ходе еговыполнения становятся достаточно близкими к нулю.

Метода Арнольди, в отличие от алгоритма Ланцоша, лучше рабо-тающего с симметричными матрицами, прекрасно работает и с матрицамиобщего вида. Разложение передаточной функции в терминах пространствасостояний полностью совпадает с аналогичным для предыдущего метода.Далее строится подпространство Крылова ( , ) , , , q

qK R A span R AR A R

, где1

0( )nA s I A

и 10( )nR s I A B . Главным отличием является то, что проек-

ция является ортогональной.Метод PRIMA следует тем же принципам, что и два предыдущих ал-

горитма, но в отличие от них он осуществляет прямую проекцию по бази-су подпространства Крылова T

q q qA V AV , а не занимается построением

вспомогательных матриц типа тридиагональных. Существенным преиму-ществом этого метода является сохранение не только устойчивости, но ипассивности модели, пусть он и является более затратным.

Метод Лагерра использует свою своеобразную методику разложенияпередаточной функции на компоненты. Она представляется в терминахфункций Лагерра ( ) 2 exp( ) (2 )k kt t t , где – положительный пара-

метр масштабирования, а ( )k t – полином Лагерра

exp( )( ) (exp( ) )!

kk

k kt dt t t

k dt . Несмотря на всю сложность описания самих

функций, алгоритм метода получается сравнительно простым и включает в

63

себя рекурсивный расчет векторов, составляющих подпространство Кры-лова и сингулярное разложение результирующей матрицы проекции надве. Данный метод также сохраняет устойчивость и пассивность модели.

ИССЛЕДОВАНИЕ БИФУРКАЦИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ НАОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ

ЖИДКОСТИ В БЕСКОНЕЧНОЙ КРУГЛОЙ ТРУБЕ

Лившиц С.А., Карташова А.А.Казанский государственный энергетический университет, г. Казань

Исследования течения реологически сложных сред в трубах и кана-лах представляется актуальной проблемой как с позиции усовершенство-вания математического аппарата, описывающего процессы динамическихсистем, так и с точки зрения обеспечения надежности эксплуатации хими-ческого и теплоэнергетического оборудования. Точное описание поведе-ния сложных систем подразумевает выявление критических режимов ра-боты оборудования. В данном исследовании возникновение бифуркацииобъясняется явлением теплового взрыва в конденсированных средах, ко-торое представляет собой резкое нарастание температуры при незначи-тельном изменении сопутствующих параметров.

В процессе исследования нами был проведен анализ системы урав-нений движения и сохранения энергии, в ходе которого была получена ма-тематическая модель в виде характеристического уравнения. Было выяв-лено, что полученная зависимость имеет две части, одна из которых отве-чает за теплоперенос от химической реакции, другая – от диссипацииэнергии. В результате построения поверхностей на основе варьированияопределяющих параметров в программе Matematica 5.0 был оценен вкладкаждой из частей в возникновения бифуркационных явлений, которыепредставляются резким нарастанием температуры в системе.

Полученные поверхности позволяют получить не только качествен-ную картину поведения системы, но и выйти на численные решения по-ставленной задачи. В результате становится возможным разработать алго-

64

ритм компьютерной программы, исчисляющей критические точки возник-новения неоднозначности в поведении системы для различных жидкостей.

Таким образом, полученные данные позволяют сделать качествен-ные и количественные выводы, подтверждающие наличие бифуркацион-ных явлений в системе, вызванных явлением теплового взрыва. В процес-се работы была исследована модель на основе экспоненциальной реологи-ческой модели. В дальнейшем планируется взять в качестве объекта ис-следования жидкости со степенной реологической моделью и модель Ку-тателадзе-Хабахпашевой.

ДЕТЕРМИНАЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

Максимов Ю.Д.Санкт-Петербургский государственный


Пусть X t – случайный процесс. Образуем автодетерминационную

(детерминационную, для краткости) функцию этого процесса по формуле

2, , ; , , ; ,De t t K x x t t f x x t t dxdx

,

где , ; ,K x x t t интегрируемая по Риману функция, называемая ядром;

0 , 0t t ; 2 , ; ,f x x t t двумерная плотность процесса.

2 1 1

1 1 1 1

, ; , ; ;, ; , , ; ,

; 1 ; ; 1 ;as

F x x t t F x t F x tK x x t t K x x t t

F x t F x t F x t F x t

1 ,F x t P X t x – одномерная,

2 , ; , ;F x x t t P X t x X t x двумерная функции распределения

процесса.Свойства детерминационной функции. (Доказательство см. [1]).1. Для того, чтобы детерминационная функция была тождественно

равна нулю, необходимо и достаточно, чтобы сечения процесса были не-зависимы.

2. 0 , 1De t t .

65

3. Если t t , то , 1De t t .

4. Если при фиксированных ,t t имеет место соотношение

X t X t , где x детерминированная строго возрастающая

функция, то , 1De t t .

Если процесс X t стационарный, то детерминационная функция

зависит лишь от разности аргументов времени t t : ,De t t De .

В этом случае

2, ; , ;De K x x f x x dxdx

;

2 1 1

1 1 1 1

, ;, ;

1 1as

F x x F x F xK x x

F x F x F x F x

.

В качестве модельных для реальных детерминационных функцийможно использовать те функции, которые применяются в корреляционнойтеории, преобразовав их так, чтобы они удовлетворяли условию норми-ровки: 0 1De . Например, De e ; 0 . Существуют другие де-

терминационные функции. В отличие от них рассмотренная называетсяассоциативной.

Литература:1. Максимов Ю.Д. Новые методы детерминационного и корреляци-

онного анализа. СПб. Изд. СПбГПУ, 2007.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХСВЯЗЕЙ В КЛАСТЕРЕ ТИПА «КОЛЕСО»

Родионова Е.А.Санкт-Петербургский государственный


В настоящее время одной из актуальных проблем развития Россииявляется управление процессами формирования конкурентной среды. Из-вестно, что возникновение промышленных кластеров относится к важ-

66

нейшим направлениям усиления конкурентоспособности региона и пред-приятий, входящих в кластер.

В работе рассматривается модель производственного кластера типа«колесо», основу которого составляют вертикально-интегрированные про-изводственные цепочки. Внутри кластера доминирует крупное центрооб-разующее предприятие, определяющее чёткую иерархию связей. Вокругкрупного предприятия группируются средние и малые фирмы, связанныетесными производственными связями с основным предприятием и друг сдругом.

Для описания производственных связей между доминирующимпредприятием и периферийными участниками кластера предлагается рас-сматривать функциональный аспект идентификации кластера на основеанализа потоков товаров и услуг. Среди всех продуктов, циркулирующих вкластере, можно выделить три основные группы и отразить их в матрицетоварных потоков:

1) продукты, потребляемые участниками кластера как первичное сы-рьё;

2) конечные продукты, реализуемые на конечном рынке или поку-паемые дистрибьюторскими компаниями;

3) промежуточные продукты, производимые участниками кластера ипотребляемые другими предприятиями в качестве сырья.

В кластере типа «колесо» главное предприятие является производи-телем основных промежуточных продуктов, используемых для производ-ства периферийными участниками кластера. Поскольку подавляющеебольшинство малых предприятий кластера зависят от головного предпри-ятия (как поставщика продукции для дальнейшей переработки), в моделииспользуется математический аппарат, описывающий системы массовогообслуживания.

Параметры производственной системы определяются как характери-стики одноканальной СМО с ожиданием и неограниченной длиной очере-ди. Для более полного отражения характера внутрикластерных связей ме-жду периферийными участниками, предлагается использовать модель наоснове СМО с неоднородным характером очереди. В этом случае для пе-

67

риферийных предприятий кластера можно учесть разный ущерб от про-стоя заявок на обслуживание.

КАЧЕСТВО ЖИЗНИ И АНАЛИТИЧЕСКИЕИНСТРУМЕНТЫ ЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Саркисян Р.Е., Щербакова Н.В., Стрельникова А.В.Московский государственный университет путей сообщения

Сущность и актуальность проблемы введения и измерения различ-ных синтетических (латентных, т.е. не поддающихся измерению) катего-рий качества и образа жизни населения стран и регионов уже не раз под-робно обсуждалась. На протяжении последних пятнадцати лет на базеIMD-International в рамках проекта «Мировой конкурентоспособности»проводится подробнейший ежегодный мониторинг основных макропока-зателей социально-экономического развития. По результатам этого мони-торинга проводится разноаспектный сравнительный анализ стран и регио-нов, стоятся различные рейтинги, выявляются определенные тенденции.Результаты этого анализа ежегодно публикуются и обсуждаются специа-листами, в том числе, на так называемом «Всемирном экономическом фо-руме». Среди 323-х отслеживаемых показателей 113 имеют синтетическую(латентную) природу и оцениваются экспертно по десятибалльной шкале.

В настоящее время в развитых странах наблюдается тенденция болеемасштабного и интенсивного инвестирования в человеческий капитал (впервую очередь в образование, здравоохранение, культуру и духовное раз-витие, экологию). Она имеет своей целью обеспечить свободу и достой-ную жизнь людей на данном этапе социокультурной эволюции.

Проводимые в этой сфере научные исследования направлены на вы-явление и адекватное описание взаимосвязей между интегральными кате-гориями качества и образа жизни людей, с одной стороны, и соответст-вующими компонентами проводимой в стране социальной, экономическойи экологической политики, с другой стороны.

68

В докладе с позиции обобщенной модели управления в сложныхсистемах рассматриваются традиционные отечественные и зарубежныемодели описания и оценки качества жизни, обосновывается необходимо-сти применения концепции и инструментария теории аналитических сетейдля выявления интенсивности социальных предпочтений относительноинтегральных индикаторов качества жизни, а также компонентов прово-димой политики с учетом внутренних и межуровневых обратных связей.

ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ РЕШЕНИЯ ОБЩИХ ЗАДАЧНЕЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Симаков И.П., Козлов Ю.В.Санкт-Петербургский государственный


Рассматривается общая задача нелинейного программирования вследующей постановке: max)( xf , где x - N -мерный вектор ).,..,,( 21 Nxxx , при

ограничениях двух типов ),,..,1(,0)( mjxg j );,..,1(,0)( Nnnkxhk . При наличии

ограничений обоих типов можно показать, что для координат точек, при-надлежащих одновременно и области, заданной системой неравенств, иповерхности 0),..,,( 21 Nxxxh , выполняется уравнение (равенство)

0)()()()(11

xhxgxgxGm

jj

m

jj . Если же точка не принадлежит со-

вместно области, заданной системой неравенств, и поверхности0),..,,( 21 Nxxxh , то, очевидно, что одно из выраже-

ний )(,)()(11

xhxgxgm

jj

m

jj

или оба они для координат такой точки

будут положительны, и потому уравнение не будет иметь места. Очевидно,что уравнение представляет ту часть поверхности 0)( xh , которая заклю-

чена внутри области, заданной системой неравенств.Систему равенств );,...,2,1(,0)( Nnnkxhk можно рассматривать

как пересечение n -штук многообразий в N -мерном пространстве и опи-сать одним уравнением

69

Отмеченное свойство функции )( xG дает возможность формально

записать “модифицированную” функцию Лагранжа в виде)()(),( xGxfxL . Метод решения задачи нелинейного программирова-

ния в такой постановке приведен в [1].Литература:1. Козлов Ю.В., Симаков И.П. Градиентные методы решения задач

конечномерной оптимизации с невыпуклыми областями допустимых ре-шений. – В сборнике научных трудов «Вычислительные, измерительные иуправляющие системы». – СПб.: Изд-во СПбГПУ. 2009. – с. 102-112.

ОБ ОДНОЙ ВАРИАЦИОННОЙ ЗАДАЧЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ВИДА

Фирсов А.Н.Санкт-Петербургский государственный


В некоторых задачах управления движением возникает необходи-мость нахождения экстремалей функционала вида

( ) ( , , ( ) )b x

a a

J y F x y y t dt dx . (1)

Опишем процедуру решения этой задачи. Положим:

( ) ( )x

a

x y t dt .

Тогда функционал (1) примет обычный вид функционала простейшей за-дачи вариационного исчисления:

( ) ( , , )b

a

J y F x dx . (2)

Тонкость здесь состоит в правильном задании дополнительных условийдля однозначного отыскания экстремали.

Уравнение Эйлера для функционала (2) имеет обычный вид

0d F Fdx

, (3)

70

но должно быть дополнено соответствующими краевыми или начальнымиусловиями, обеспечивающими корректность его решения.

Вариант 1. Если величина 0 ( )b

a

y t dt имеет содержательный для

конкретной задачи физический смысл, то мы приходим к краевой задачевида 0( ) 0; ( )a b для уравнения (3).

Вариант 2. Если же содержательный смысл имеет величина y(a), томы получаем следующую задачу Коши для уравнения (3):

( ) 0; ( ) ( )a a y a .

Для обоих вариантов, если решение ( )x уравнения (3) найдено, то

искомая экстремаль будет определяться равенством ( ) ( )y x x .

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА ДЛЯПРОСТРАНСТВ С РАЗЛИЧНОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ

Шишкина Л.В., Степанова Н.В.Ижевский государственный технический университет

Для математического моделирования волны прорыва, как правило,используют систему уравнений Сен-Венана (одномерные, двумерные) иНавье-Стокса (двумерные, трехмерные), которые целесообразно приме-нять в консервативном (дивергентном) виде, то есть в виде законов сохра-нения импульса и массы, что позволяет проводить расчеты как для облас-тей с непрерывным течением, так и при возникновении разрывов [1].

С помощью трехмерных моделей можно описать волну прорыва и еераспространение по нижнему бьефу, но на небольшое расстояние, так какдля этого потребуется большое количество времени. А смысла в этом нет,потому что достаточно использовать двумерные модели, которые являют-ся более эффективными.

Для укрупненной оценки ущербов от волны прорыва предпочти-тельнее применение одномерных уравнений – при этом существенно об-легчается сбор исходной информации и ускоряется проведение соответст-вующих исследований [2].

71

Применение одномерной, двумерной или трехмерной модели зави-сит, прежде всего, от наличия исходных данных, а во-вторых, от получе-ния требуемой точности результатов. При одномерной постановке задачитребуется иметь не столь обширные исходные данные, и она более устой-чива, по сравнению с двумерной и тем более, трехмерной постановкой,однако она дает не столь высокую точность результатов, по сравнению сдвумя остальными.

Литература:1. Методика определения размера вреда, который может быть при-

чинен жизни, здоровью физических лиц, имуществу физических и юриди-ческих лиц в результате аварии СГТС, утверждена Приказом МЧС Россиии Минтранса России от 2 октября 2007 года № 528/ № 143.

2. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических соору-жений. Справочное пособие, Энергоатомиздат, 1988. – 624c.

РАЗЛИЧНЫЕ ПОДХОДЫ ПРИ ЧИСЛЕННОММОДЕЛИРОВАНИИ УРАВНЕНИЙ НАВЬЕ-СТОКСА

Шишкина Л.В., Степанова Н.В.Ижевский государственный технический университет

Для расчета неустановившихся течений вязкой жидкости созданобольшое число численных методов. Наибольшее распространение получилметод конечных разностей [1]. Данный метод позволяет создать саму ма-тематическую модель и течение жидкости после частичного разрушенияплотины, что в свою очередь позволяет спрогнозировать возможные раз-рушения местности и оценить возможный ущерб при аварии на ГТС.

Расчетная область представляет собой резервуар прямоугольного се-чения с отверстием. В отверстии установлен затвор, после которого распо-ложен лоток квадратного сечения, заполненный водой. Резервуар заполненводой до определенного уровня. После того как затвор поднимается околодна, вода начинает поступать в лоток. На свободной поверхности в лотке

72

формируются волны. При этом резервуар равномерно пополняется водойдля поддержания постоянного напора.

Также систему уравнений Навье-Стокса можно решить с помощьювариационного метода. Вариационный метод Ритца можно уложить в сле-дующую последовательность задач, порождающих одна другую:1) решение операторного уравнения; 2) минимизация функционала;3) выбор системы координатных элементов; 4) минимизация функции nпеременных; 5) решение СЛАУ [1].

ЗаключениеМетод конечных разностей и вариационный метод являются одина-

ковыми по сложности выполнения. Вариационный метод заключается вподборе подходящих элементов (параметров) для решения системы Навье-Стокса. С помощью него можно определить более точное значение данныхпараметров и на их нахождение, возможно, будет затрачено длительноевремя.

Литература:1. В.М. Вержбицкий. Основы численных методов. – М.: Высш. шк.,

2005.-840 с.

73

СЕКЦИЯ 2Информационные технологии и вычислительные системы

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ САЙТОВ

Аксенова О.А., Никифорова В.МСанкт-Петербургский государственный


Исследование территориальных сайтов основывается на Интернет-мониторинге. Базовым элементом в разработке методики мониторинга яв-ляется определение набора комплексных критериев и их составляющих,по которым проводится оценка открытости и доступности информации.Практическая фаза мониторинга заключается в построении шкал оценкипо каждому критерию, в соответствии с которыми проводится последую-щая оценка информации на сайте и формирование итоговой оценки покомплексному критерию.

Характеристики, необходимые для данного исследования, в боль-шинстве случаев носят качественный характер и не имеют установленныхэталонов измерений. Процедуры измерения в данном исследовании конст-руируются в соответствии с природой изучаемого объекта и на основе по-ложений теории измерений, так, чтобы они отображали эмпирическуюсистему в числовую систему с отношениями между числами. Сконструи-рованные шкалы, должны пройти проверку по данным критериям обосно-ванности, валидности, устойчивости и чувствительности.

Информация, получаемая в результате первичных процедур сбора иквантификации, нуждается в дальнейшей интерпретации, обработке и ко-личественном анализе. Для избегания ошибок при обработке квалиметри-ческой информации были определены типы используемых шкал и допус-тимые для них операции количественного анализа: 1. Шкала наименова-

74

ний использовалась при оценке географического распределения аудиториисайтов. Производились допустимые преобразования: определение числен-ности в каждом классе и частоты; поиск средней тенденции; установлениесвязи между рядами свойств. 2. Порядковая шкала использовалась приоценке доли представленных на сайте объектов размещения от указанныхв статистическом бюллетене. Порядковые шкалы позволяют суммироватьбаллы по этому и другим критериям, образующим комплексный критерий,и получить интегрированную оценку, позволяющую ранжировать сайты.3. Шкала равных интервалов применялась при оценке активности пользо-вателей. Оценивается среднее за 7 дней распределение пользователей почислу просмотренных страниц. Помимо перечисленных преобразованийданный тип шкал допускает операцию деление (нахождение среднегоарифметического, стандартного отклонения, коэффициентов парных имножественных корреляций).

В заключение необходимо подчеркнуть, что квантификация слож-ных и далеко не однородных явлений, с которыми имеет дело специалист,проводящий внутреннюю/внешнюю экспертную оценку доступности и от-крытости информации на территориальном сайте, накладывает и другиеограничения на математические операции измерения, как то:1) соразмерность количественных показателей, фиксированных разнымишкалами; 2) влияние формы распределения величины фиксированныхпризнаков на возможность сравнения средних значений признака.

ОБ ОЦЕНКЕ УРОВНЯ ОПЕРАТИВНОЙ ПЕРСПЕКТИВНОСТИТИПОВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ

УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ВУЗА

Белов В.С., Белова О.П.Псковский государственный политехнический институт

Довольно часто в практике построения и применения инфраструктуринформатизации вузовского образовательного процесса возникает задачаоценки перспективности существующих типовых инфраструктурных ре-шений поддержки процесса подготовки дипломированных выпускников.

75

Пусть в распоряжении вуза имеется множество ΜI I

Μ μ 1Λ λ

типовых

инфраструктур информатизации учебного процесса образовательных про-грамм высшего образования и необходимо оценить степень оперативнойперспективности каждого такого типового варианта инфраструктуры I

μλ .

Для этого введем соответствующих критерий μ

степени оперативной

перспективности типового инфраструктуры Iμλ , под которым будем по-

нимать реальную приспособленность варианта Iμλ к расширению состава

информационно обеспечиваемых учебных дисциплин, возможность -й

инфраструктуры Iμλ гибкого реагировать на изменение требований к

уровню информационного сопровождения вузовского образовательногопроцесса. По своей сути

μ

являет собой показатель, описывающий вари-

ант Iμλ с точки зрения его возможностей по развитию функциональности

(увеличению состава функций и расширению информационного потен-циала уже задействованных функций) информационного обеспеченияучебного процесса конкретных образовательных программ или учебныхдисциплин, возложенных на -й типовой вариант I

μλ в случае, когда име-

ется физическая временная возможность загрузки инфраструктуры Iμλ

учебным процессом. Формально показатель μ

можно определить из сле-

дующего соотношения:

0, при

, при

1, при

μ

I μ.0μ f

μ.varf I μ.0 μ.var

μ f fμ.mf

I μ.0 μ.mμ f f

λ ~ VV

λ ~ V VV

λ ~ V V

,

где запись Iμλ ~ означает соответствие -го варианта инфраструктуры

Iμλ информатизации некоторому объему функциональности (перечню ин-

формационных функций, работ и услуг); м.0fV – базовый объем инфор-

мационной функциональности, который определен для -го варианта ин-

76

фраструктуры Iμλ в процессе отображения предписаний i

SSΩ

учебных

дисциплин на информатизацию процесса обучения (содержание iS опре-

делено соответствующим образовательным стандартом) на множество ти-

повых инфраструктур I IΜ μΛ λ , последующей учебной сертификации,

устанавливающей вариативное соответствие вида ˆI iμλ ~ S

(символ ( )

означает выборку из всего массива дисциплин только тех, которые вариа-тивно сертифицированы к реализации на инфраструктуре I

μλ ), и реально-

му расписанию учебной загрузки инфраструктуры Iμλ учебным процес-

сом; μ.mfV – максимально возможный дополнительный к μ.0

fV объем

функциональности, каковой может быть еще возложен на -й типовой ва-

риант инфраструктуры Iμλ ; μ.var

fV – вариативный дополнительный к μ.0fV

объем функциональности, реально возлагаемый на инфраструктуру Iμλ ,

если таковое осуществляется при наличии временных возможностей ис-пользования инфраструктуры информатизации в образовательном процес-се, при этом μ.0 μ.0 μ.var μ.0 μ.m

f f f f fV < V V < V V .

При определении объема функциональности, как базового μ.0fV для

-й типовой инфраструктуры Iμλ , так максимально допустимого

μ.0 μ.mf fV V и вариативного μ.0 μ.var

f fV V , учитываются не вся информацион-

ная функциональность, предлагаемая системными и прикладными про-граммными средствами инфраструктуры, а также развернутыми на ее базеинформационными и телекоммуникационными технологиями, а только тафункциональность, которая соответствуют основным квалификационными компетентностным требованиям к учебно-профессиональной результа-тивности и эффективности образовательного процесса обучения студентовпо конкретным дисциплинам, реализованного на данной типовой инфра-структуре I

μλ .

77

ОЦЕНКА «СОВРЕМЕННОСТИ» ИНФРАСТРУКТУРЫИНФОРМАТИЗАЦИИ

Белов В.С.Псковский государственный политехнический институт

Критерий уровня «современности» μ

характеризует уровень соот-

ветствия -го варианта инфраструктуры Iμλ текущему состоянию разви-

тия программно-технической платформы информатизации, прикладныхпрограммных систем и информационных технологий, информационно-коммуникационных средств и технологий, удовлетворяющих по общимпризнакам и параметрам условиям применимости для построения инфра-структуры информатизации образовательного процесса вуза.

Известно, что любая инфраструктура , 1, Iμλ может быть одно-

значно охарактеризована вектором параметров ,q 1,m μ μ I μ I II I

μ I.q μ

h hλ h λ H

поскольку каждая инфраструктура Iμλ ,

формируется на основе одной и той же группы * кумулятивных, комму-никативных и ассоциативных преобразований из установленного наборапараметризированных базовых ресурсных примитивов информатизации

q Iπ h , когда

I I I*μ μ I.q μ q Iq 1,m

λ λ h λ π h . (1)

Выделим из множества q I Iπ h Π только те компоненты, которые

наиболее актуальны в смысле оценки уровня «современности» μ

, а

именно – технические и телекоммуникационные компоненты I , сис-

темные программные компоненты Iq , прикладные программы и инфор-

мационные технологии Ip офисного, общенаучного, учебного, инстру-

ментального, профессионального, узкоспециального и иного назначения,осуществляющие информационное обеспечения учебного процесса вуза.Уровень развитости отмеченных базовых ресурсов-примитивов информа-

78

тизации, как правило, хорошо характеризуется конкретными количествен-ными значениями определенных параметров, например, типом централь-ного процессора и его тактовой частотой, тактовой частотой системнойшины материнской платы, длительностью элементарной вычислительнойоперации, размером КЭШ’а, объемом ОЗУ, временем цикла записи-чтенияиз ОЗУ, точностью компьютерных вычислений, пропускной скоростьюкоммуникационного канала, базовой функциональностью системного иприкладного программного обеспечения и т.д. Эти характеристики, есте-ственно, с течением времени, в силу прогресса науки и техники, в силу не-прерывного совершенствования информационных технологий и системно-технической платформы компьютерных и телекоммуникационных систем,существенно изменяются в сторону повышения эффективности, качества,объемов, степени развитости, уровня «интеллектуальности» и т.д.

Обобщая сказанное, заметим, что для каждой из типизированных втехническом и информационно-технологическом плане сегментов инфра-структуры информационно-образовательной среды вуза можно сформиро-вать некие «эталонные» программно-технические комплексы вычисли-тельных и телекоммуникационных систем, соответствующие текущемусостоянию развития технических, системных и информационно-технологи-ческих базовых ресурсов-примитивов информатизации, кото-рые в итоге образуют некоторый набор «эталонных» инфраструктур ин-

форматизации ,θ

0

I I 0θ 0 0λ Λ , где каждая из таких инфраструктур

0

Iθλ

формируется, так же как и любая типовая инфраструктура Iμλ , на основе

той же самой группы * кумулятивных, коммуникативных и ассоциатив-ных преобразований из установленного набора (несколько усеченного, без

организационных ресурсов Iw ) параметризированных базовых ресурс-

ных примитивов информатизации , q 1,mq Iπ h , т.е.

0 0 0

I I I*θ θ I.q θ q I

q 1,mλ λ h λ π h

. (2)

В итоге, как для любой типовой Iμλ , так и для каждой «эталонной»

инфраструктуры 0

Iθλ , можно определить усеченные векторы параметров:

79

1. μ μ I μ I μI I

μ I.q μ I.q

h hλ h λ h

для типовой инфраструктуры Iμλ ,

при этом I I wμ μ μλ λ λ (символом “ ” обозначена процедура исключения

из полной информационной инфраструктуры Iμλ организационной состав-

ляющей wμλ );

2. 0 0 0 0

0 0

θ θ θ θI II I

θ I.q θ I.q

h hλ h λ h

для «эталонной» инфраструктуры

0

Iθλ .

Тогда, имея эти усеченные наборы параметров μI.qh и 0θ

I.qh , крите-

рий «современности» μ

инфраструктуры I

μλ можно определить как:

1

0μ

μmI.q

q θq I.q

hδ

h

, (3)

где qδ – вектор коэффициентов значимости (весовых коэффициентов)

q -го базового ресурса-примитива информатизации из усеченного состава

(технического, системного или информационно-технологического);

0

μI.qθ

I.q

hh

–

отношение векторов параметров q -го базового ресурса, определяемое как:

, при

1, при

0

0

0

0

μθI.q

μ

μI.q I.qθI.q

I.qθI.q θμ

I.q I.q

hh hh

hh

h h

. (4)

Вектор весовых коэффициентов qδ по размерности совпадает с раз-

мерностью векторов μI.qh и 0θ

I.qh , при этом значения компонентов вектора qδ

выбираются из следующего условия нормировки:

11

m

qq

δ

, (5)

в котором каждый локальный весовой коэффициент .δ , ν = 1,mq

ν q

вектора

. . .δ ,δ ,..., δ q

T

q q 1 q 2 q mδ , устанавливающий значимость локального параметра

.h ,iθ

iI.q

ν 0

векторов μI.qh и μ

I.qh , выбирается из условия:

80

.1δ

qm

q

ν q

νδ

. (6)

Заметим, что значение критерия «современности» μ

инфраструкту-

ры Iμλ в пределе равно 1, когда имеет место полное соответствие (или да-

же превышение по отдельным локальным параметрам .hI.q

ν

) характеристик

реальных типовых инфраструктур Iμλ характеристикам соответствующих

«эталонных» инфраструктур 0

Iθλ . Естественно, чем ближе конкретное зна-

чение критерия μ

к 1, тем выше качество оцениваемой типовой инфра-

структуры Iμλ .

ПРОГРАММА АНАЛИЗА ЗАГРУЗКИ ИНФОРМАЦИОННОЙИНФРАСТРУКТУРЫ ВУЗА

Белов В.С., Самаркин А.И.Псковский государственный политехнический институт

В рамках выполнения работ по федеральной целевой программе воз-никла необходимость в мониторинге загрузки наличных информационныхресурсов, статистическом и математическом анализе полученных резуль-татов.

Несмотря на наличие как платного, так и бесплатного программногообеспечения, решающего поставленные задачи, выяснилось, что оно не вполной мере удовлетворяет потребностям настоящего исследования, по-этому было принято решение о разработке специализированного про-граммного продукта для сбора специфической информации, ее монито-ринге в режиме реального времени и первичной обработке.

Операционная система Windows обладает необходимыми средства-ми контроля – счетчиками производительности, начиная с версии NT 4,таким образом, их использование позволяет контролировать весь налич-ный парк ПЭВМ вуза. Стандартные счетчики сгруппированы по категори-ям (например, контролирующие процессор) а, при наличии несколькихконтролируемых объектов (многоядерные процессоры, несколько жестких

81

дисков) – указать конкретный экземпляр для контроля или выбрать сум-марные показатели. Информация со счетчиков может сниматься или в«сыром» виде, что неудобно из-за ее значительной вариабельности или ус-редненной по участку, что более корректно.

При выполнении работы исследуется загрузка основных элементовПЭВМ: оперативной памяти, процессора и жестких дисков в процессеучебных занятий. Сетевой трафик анализируется факультативно, так какпока доля активно использующих локальную сеть приложений невысока.

Средства операционной системы дают лишь первичный материалдля анализа, который можно сохранить в числовой форме лишь в специ-альном формате, что неудобно для последующей обработки данных.

Разработанная авторами программа ориентирована на сбор сведенийо загрузке ПЭВМ в ходе исполнения учебной нагрузки. Программа не тре-бует инсталляции и потребляет минимум ресурсов. Контролируемые па-раметры представляются в реальном времени – в виде графиков по груп-пам, по окончании периода мониторинга (обычно двух академических ча-сов) – в виде графических материалов к отчету и экспортированных в уни-версальный обменный формат числовых данных

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ НАМНОЖЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВ

Болотин И.В.Санкт-Петербургский государственный


Задача принятия решений (ПР) возникает, когда существует не-сколько вариантов действий (альтернатив) для достижения заданного ре-зультата. При этом требуется выбрать наилучшую в определенном смыслеальтернативу.

Обозначим: ={ } множество альтернатив, . Задача ста-

вится как многокритериальная. Сравнение альтернатив осуществляетсяпутем бинарного отношения R на множестве , т. е. R (R ).

82

Обозначим: Q — число критериев; n — номер оценки по шкале q-гокритерия — множество оценок q-го крите-

рия, расположенных в порядке возрастания их качества (шкала q-го крите-рия): ( . Качество каждой альтер-

нативы оценивается вектором , , .

— множество векторных оценок.

Рассмотрим следующую задачу: имеется множество из М альтерна-тив, , задано Q критериев оценки качества альтернатив. Необходимо

упорядочить множество альтернатив в соответствии с их качеством.Рассмотрим альтернативу с оценками и альтернати-

ву с оценками , где — оценки на шкалах q-го крите-

риев, .

Требуется на множестве X построить на основе предпочтений ЛПРотношение квазипорядка. Такое отношение можно построить используялибо отношение Парето (1), либо отношение Слейтера (2):

(1)

(2)

где , — векторы оценок альтернатив i и j.

Процедура построения квазипорядка на множестве многокритери-альных альтернатив формируется путем попарного сравнения как асим-метричное транзитивное отношение доминирования, по Парето:

(3)

по Слейтеру:(4)

В общем случае возможны следующие варианты:1. Одна альтернатива предпочтительнее другой;2. Альтернативы равноценны;3. Альтернативы несравнимы между собой.В соответствии с отношением на множестве альтернатив можно

выделить подмножество недоминируемых альтернатив. После их удаления

83

можно выделить второе подмножество и т.д. до исчерпания множества.Такие подмножества различаются по качеству. Последнее подмножествопо качеству будет лучшим. Несравнимые альтернативы можно выделить впервый недоминируемый слой.

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМРЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Бухтеева Н.А.Санкт-Петербургский государственный


В настоящее время основными методами анализа вероятностных ма-тематических моделей вычислительных систем являются методы имита-ционного моделирования. Это вызвано сложностью или просто невозмож-ностью аналитического решения этих моделей. Актуальной задачей в на-стоящее время является разработка многопроцессорных вычислитель-ных систем, методов их описания и анализа.

Аналитические модели вычислительных систем носят обычно веро-ятностный характер и строятся на основе понятий аппарата теорий массо-вого обслуживания, вероятностей и марковских процессов, а также мето-дов диффузной аппроксимации. При построении имитационных моделейтакого класса систем используется дискретно-событийный подход. Дляреализации имитационной модели высокопроизводительной многопроцес-соррной системы использовалась среда имитационного моделированияAnylogic. AnyLogic представляет собой инструмент имитационного моде-лирования, объединивший методы системной динамики, дискретно-событийного и агентного моделирования в одном языке и одной среде раз-работки моделей. Основным структурным блоком при создании моделей вAnylogic являются классы активных объектов. Внутри высокопроизводи-тельной вычислительной системы были выделены следующие сущности,

84

которые представляются отдельными классами активных объектов Any-logic (рис. 1) .

Рис. 1. Функциональная схемавысокопроизводительной вычислительной системы

Созданы планировщики для дисциплин EDF (Earliest Deadline First),LLF(Least Laxity First), RM (Rate Monotonic), FIFO(First in – First out). За-дания реализуются в виде классов сообщений, содержащих набор пара-метров задания. Реализованные планировщики работают с периодически-ми и апериодическими заданиями, которые могут появляться в системеодновременно или в различные моменты времени. Процессоры имеютследующие параметры: номер, производительность. Сетевой интерфейспозволяет вычислить время передачи сообщений и заданий между узламипо сети. Основная технология канального уровня FastEthernet. Также раз-работаны средства для моделирования сетей Arcnet и CAN(Control AreaNetwork).

Разработанная модель позволяет определять временные резервы за-даний, находящихся в очереди. Размер очереди, при котором будут фик-сироваться резервы заданий, можно изменять. Временной резерв заданиярассчитывается по следующей формуле:

tdr ii ,

где ir - величина временного резерва для i-того задания, id - директивный

срок завершения i-того задания, а t – момент времени, когда был зафикси-рован заданный размер очереди. Кроме заданий с положительным времен-ным резервом, учитываются также задания, пропустившие свой директив-ный срок завершения.

Рассмотрим систему с 4 процессорами (загрузка каждого процессораравна 0.9), дисциплины планирования – RM и FIFO. Временные резервы

85

фиксируются при размере очереди, равном 5. Гистограмма (рис. 2) пред-ставляет оценку для условной функции распределения вероятности попа-дания временного резерва задания в определенный интервал при фиксиро-ванной длине очереди.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

(-10 - 0) (0 - 10) (10 - 20) (20 - 30) (30 - 40) (40 - 50) (50 - 60) (60 - 70) (70 - 80) (80 - 90) (90 - 100)

Временной резерв

Коли

чест

во з

адан

ий

RMFIFO

Рис. 2. Распределение временных резервов заданий длядисциплин RM и FIFO

Из гистограммы видно, что планировщик FIFO обеспечивает мень-шие временные резервы заданий, чем планировщик RM. Таким образом,при высокой загрузке системы планировщик RM является более эффек-тивным.

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ СПРИМЕНЕНИЕМ СЕТЕЙ НЕЧЕТКИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ

Васильев А.Е., Мурго А.И., Петров Д.Д.Санкт-Петербургский государственный


Современные системы обработки информации и управления, какправило, функционируют в условиях наличия различного рода неопреде-ленностей, учет действия которых повышает качество функционирования,но приводит к увеличению сложности таких систем. В случаях, когда воз-можности описания или реализации системы с применением традицион-

86

ного математического аппарата близки к исчерпанию, широко применя-ются иные аппараты описаний. Перспективным является применение всистемах обработки данных и управления т.н. интеллектуальных подходов– в частности, принципов нечеткой обработки информации.

Важными проблемами проектирования систем нечеткого управленияявляются проблемы оценки сложности таких систем и проблемы их мини-мальной реализации. Существующие технологии автоматизированногопроектирования баз нечетких знаний, несмотря на очевидные достоинства,характеризуются рядом недостатков, в том числе значительной чувстви-тельностью к начальным условиям и параметрам работы алгоритма, низ-кой степенью унификации результирующих структур, субоптимальностьюполучаемых решений.

Перспективным представляется подход к описанию систем нечеткойобработки данных совокупностью элементарных нечетких вычислителей(нечетких контроллеров), называемой нечеткой сетью. При таком способезадания передаточная функция искомой системы характеризует структуруориентированного многосвязного графа, в узлах которого расположеныэлементарные нечеткие вычислители. Это позволяет объективно оцени-вать эквивалентность реализаций, их сложность, определять минимальнуюреализацию.

Немаловажной является также проблема физической реализациисистемы обработки данных, особенно для встраиваемых приложений. Се-тевое представление нечеткого контроллера в ряде случаев обеспечиваетсущественное сокращение вычислительных затрат.

Авторами разработаны инструментальные средства поддержки про-ектирования и анализа сетей нечетких контроллеров, рассмотрен ряд задачсинтеза сложных передаточных функций с применением сетей нечеткихвычислителей. Разрабатываются специализированные аппаратные реше-ния для эффективного расчета нечетких сетей в реальном времени.

Представляется, что предлагаемый подход позволит повысить пока-затели производительности встраиваемых интеллектуальных системуправления при одновременной минимизации затрат на их проектирова-ние.

87

О ПРОБЛЕМЕ СОГЛАСОВАНИЯ ОНТОЛОГИЙ

Востров А.В., Курочкин М.А.Санкт-Петербургский государственный


Сегодня использование онтологий позволяет эффективно решать ис-следовательские и практические задачи. Формальное представление базо-вых категорий предметной области создает предпосылки расширения об-ластей использования знаний экспертов. К числу наиболее сложных во-просов использования онтологий, относится проблема согласования илиодновременного использования на практике онтологий разных авторов.Сегодня достаточно редки случаи использования одинаковых моделейописания и представления данных у разных авторов, что затрудняет по-строение обобщенной информационной среды для специалистов разныхпредметных областей.

Методы согласования неоднородных онтологий можно разделить надве группы: интерактивные методы, требующие участие эксперта для ус-тановления соответствия понятий разных онтологий; формальные методы,позволяющие построить мета онтологию или осуществить объединение. Вобоих подходах присутствует общий недостаток – слабый учет спецификипредметной области, отраженной в спецификации описания понятий и от-ношений онтологии. В большей степени этот пробел характерен формаль-ным методам. Противоречивость и неоднородность спецификаций обу-словлена формальным языком, принятым для описания онтологии; моде-лью отображения данных; набором понятий; набором отношений; квали-фикацией эксперта и его личными предпочтениями; спецификой предмет-ной области.

Для обеспечения семантической целостности и непротиворечивостидвух онтологий необходимо создать методы детального анализа соответ-ствия онтологических контекстов, методы анализа специфики предметнойобласти, преобразования моделей представления понятий и отношений,модификации (трансформации) онтологий.

88

Эти проблемы в начальной постановке частично решаются авторамисистем onto moph, observer, ontomerge, fca-merge, rimom, prompt и др., од-нако проблема интеграции онтологических контекстов, практически нерешена.

Перспективным направлением выхода из создавшегося положенияявляется сетевая модель согласования онтологий. Данный подход соеди-няет два взгляда на проблему: необходимость глубокой детализации опи-сания специфики отдельных приложений, что и характеризует эксперта;необходимость обобщения специфических знаний в интегральные понятияпрофессиональных направлений областей знаний. Категории второго(верхнего) уровня описываются обобщенно, допускающими разные реали-зации при переходе на первый уровень. Число уровней в предлагаемоймодели не ограничивается двумя. Таким образом, конфликт между высо-кой точностью определения понятия или отношения и широтой его при-менения будет снят. Эта концепция наиболее полно отражает модель ок-ружающего мира, формируемую у человека в процессе его развития и обу-чения.

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УЛЬТРАМЕТРИК,ЗАДАННЫХ НА СТРУКТУРЕ ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСА,

ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ ЕГО РЕЛЕВАНТНОСТИ

Иванков А.А., Елисеев Д.С.Санкт-Петербургский государственный


Оценивание релевантности Интернет-ресурса поисковому запросупользователя - это трудно формализуемая задача. Существующие подхо-ды, реализованные в современных поисковых системах, учитывают какимплицитную, внутренне присущую документу семантику, так и внешниесемантические ссылки, т.н. индекс цитируемости.

В нашей работе в дополнение к анализу лексического содержанияИнтернет-ресурса предлагается использовать еще и результаты анализа егоструктуры, заданной владельцем этого ресурса с помощью HTML грамма-

89

тики (здесь и далее предполагается работа исключительно с html-страницами). Задание подмножества HTML-тегов, на основе которого про-водится анализ структуры страницы, - это первый этап обработки страни-цы после сохранения ее роботом нашей информационно-поисковой систе-мы (ИПС) в репозитории ИПС (распределенная база данных ИПС). Послеанализа структуры документа мы можем представить математическую мо-дель документа уже в форме помеченного дерева. Такая форма дает намвозможность задать на структуре дерева, т.е. множестве его узлов, ультра-метрику (метрику, на которой выполняется строгое неравенство треуголь-ника) уже с учетом лексического содержимого узлов этого дерева и глуби-ны вложенности этих узлов в иерархической структуре дерева. В конечномитоге в качестве описателя текущей версии документа мы получаем век-тор. Его элементами, как и в классической векторной модели документа,являются оценки частоты встречаемости лексем словаря ИПС в этом до-кументе. Но, в отличие от классического алгоритма TF-IDF, эти оценкивычисляются как суммы взвешенных вкладов частоты встречаемости кон-кретной лексемы на каждом уровне иерархии структуры документа. Дру-гими словами, каждое слагаемое в такой сумме получено с помощьюмультипликативной модели, где сомножителями являются частота вхож-дения конкретной лексемы в лексический состав данного узла, вес HTML-тега, который порождает данный элемент структуры, и вес, учитывающийглубину вложенности данного узла в структуре документа.

Апробация такой модели проводилась нами, например, в ходе реше-ния задачи кластеризации корпуса документов, релевантных запросу"search engines". Результаты позволяют утверждать, что качество кластери-зации, например такая характеристика, как количественная мера рассеяниядокументов относительно центра кластера, в несколько раз меньше, чем вслучае классической модели TF-IDF.

90

О МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ВЫБРОСОВ ВНЕКОТОРЫХ ФИНАНСОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЯХ СПОТОВОГО РЫНКА

Иванков А.А., Серов А.Ю.Санкт-Петербургский государственный


Формирование либерализованного рынка электроэнергии в России, впредположении, что это рациональная деятельность, должно учитыватьуже имеющийся опыт. Речь идет как о формах организации, так и обуправлении и торговле на этом рынке. На этом этапе становления весьмаважным представляется рассмотрение уже существующих математическихмоделей вышеупомянутых аспектов. Заимствование из опыта, накоплен-ного на рынках других стран, предполагает дальнейшее развитие этих мо-делей с учетом уже сложившейся инфраструктуры энергетической отрас-ли, тенденций ее развития. Одной из частных, но очень важных задач яв-ляется построение моделей, доставляющих надежную, в вероятностномсмысле, оценку поведения спотовой цены на таком рынке. Предсказаниеспотовой цены позволяет оценить величину прибыли и хеджировать рискикак крупным промышленным потребителям электроэнергии, так и ее по-ставщикам.

Выделяют следующие классы моделей для оценивания поведенияспотовой цены: модели, основанные на себестоимости производства элек-троэнергии; модели теории игр или модели равновесия спроса и предло-жения; модели факторного анализа; модели технического анализа; непа-раметрические модели, использующие аппарат нейронных сетей и нечет-кой логики. Наиболее интенсивно развивается направление, где в основуположены стохастические модели. Динамика движения спотовых цен, какпоказывает опыт спотовых рынков ряда европейских стран, обладает сле-дующими особенностями: сезонность, отражающая динамику ритма эко-номики в разном временном масштабе, наличие редких выбросов большойамплитуды, стремление цены при отклонении вернуться к своему средне-му значению. Выбросы в цене могут достигать сотен процентов от средне-го уровня цен, их учёт является ключевым моментом при формировании

91

форвардных контрактов. В большинстве современных исследований по-пытки учесть и описать все вышеупомянутые особенности спотовых ценприводят к аддитивным математическим моделям. В их основе - процессУленбека-Орнштейна, а выбросы моделируются составным пуассонов-ским процессом. Мы в своей работе рассматриваем процессы Леви в каче-стве альтернативы составному пуассоновскому процессу как слагаемому,описывающему выбросы. Такой подход представляется нам предпочти-тельнее и по отношению к классическим диффузионным моделям с неста-ционарной волатильностью, когда ряд параметров модели практически неподдаются содержательной интерпретации.

ВОЗМОЖНОСТИ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ИИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В

ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Иванов В.М., Сорокина Г.Г.Санкт-Петербургский государственный


1. Сегодня все больше внимания обращается на два основных фак-тора современного мирового процесса: с одной стороны, это бурное раз-витие научно-технического прогресса, с другой - вызванные им социаль-ные и экологические проблемы. Технический мир становится все болееавтономным, новые средства производства и проектирования,появившиеся в век компьютерных технологий, а также новые материалысоздают условия для самоорганизующегося технического мира. «Втораяприрода» грозит оказаться единственной, о чем реально свидетельствуетнарастающий процесс физического вытеснения естественной природы.Экспансия новых технологий в самых разных областях культуры и быта,новые тенденции в сфере потребления и образа жизни создаютпредпосылки для коренных социально-культурных изменений.

2. Возникший в 1970-х гг. экологический подход во многих облас-тях, обусловленный информацией о состоянии окружающей среды, полу-

92

ченной в ходе экологического мониторинга, явился реакцией на стихиюнаучно-технической революции. Так на стыке экологии, охраны окру-жающей среды, промышленности и дизайна складывается экологическийдизайн - одно из направлений всемирного экологического движения, в за-дачи которого входит охрана и восстановление окружающей среды.

3. Огромную роль в современном развитии экологического дизайнаиграют сегодня мультимедийные и информационные технологии, ставшиеинформационной базой междисциплинарных и прикладных исследованийв обсуждаемых областях.

4. Анализируя современные возможности мультимедийных и ин-формационных технологий в области экологических исследований, в ча-стности экологического мониторинга, следует остановиться на выделенииследующих первостепенных функций:

- создание в сети Интернет экологических баз данных, взаимосвя-занных друг с другом;

- внедрение новых информационных технологий и средств наблюде-ния, таких как автоматизированные системы сбора обработки данных,компьютерные системы обработки;

- создание единой информационной инфраструктуры и единого ин-формационного пространства по оценке экологических систем на терри-тории конкретных регионов;

- создание государственного реестра объектов экологического мони-торинга;

- обеспечение доступа к экологической информации органов госу-дарственной власти, общественных организаций, населения.

93

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ОПИСАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ КИНФОРМАЦИОННОМУ И ПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ АСУП

Курочкин М.А., Мадорская Ю.М.Санкт-Петербургский государственный


Структура и содержание описания требований к информационномуи программному обеспечению зависит от класса разрабатываемой систе-мы.

При разработке систем класса АСУП, для структурирования проект-ных данных, широко применяются различные архитектурные каркасы (ar-chitecture framework или enterprise architecture framework), отражающиетиповую архитектуру системы заданного класса. Архитектурный каркас,определяет способ типизирования и взаимосвязи требований к системе ввиде одной или нескольких концептуальных схем.

Существующие методы формирования оценки изменений для системкласса ИО и ПО АСУП можно разделить на два класса по способу их раз-работки. Метод ФОИ может быть создан с нуля, на основе анализа раз-личных методов и практик, специально для решения задачи ФОИ или жесоздан на основе какого-либо метода проектирования АСУП. Такая клас-сификация позволяет прогнозировать ряд особенностей рассматриваемогометода, важных с точки зрения задачи ФОИ.

Схема Захмана, [Zachman 1987] представляет собой таксономию,стратифицирующую знания о системе по шести слоям: предметная об-ласть, модель предприятия, модель системы, модель технологии, компо-ненты и функционирование системы, и трем основным концепциям: дан-ные, процессы и сети.

Схема Захмана не зависит от парадигмы проектирования, техноло-гии и средств разработки. К ключевым понятиям Захман относит классыбизнес-понятий, классы бизнес-процессов, бизнес-сущности, бизнес-ограничения, бизнес-процессы, бизнес-ресурсы, элементы данных и отно-шения на данных, функции приложений и т.д.

94

В 1992 году автор предлагает более формализованную модель – рас-ширенную модель архитектуры информационной системы, представляю-щую собой описание второго, третьего и четвертого слоя первоначальнойсхемы с использованием E-R диаграмм.

Однако, при использовании схемы Захмана на практике возникаюттрудности, связанные с отсутствием «встроенного механизма» распро-странения изменений между элементами схемы. Таким образом, схема За-хмана является, по сути, полной и универсальной классификацией инфор-мации, используемой при разработке АСУП. Выбор методов описаниятребований каждая компания должна реализовать по-своему, с учетомсвоих целей и имеющихся ресурсов. Сегодня сформировались два направ-ления фиксации опыта ее наполнения – это описание самого процесса на-полнения или выбор нескольких видов схемы и их детализация для болееузкой предметной области

стандартизация процесса разработки архитектуры - реализует-ся в TOGAF (это попытка описать процесс создания архитек-туры на базе нескольких уровней схемы Захмана)

проработка части схемы с сужением предметной областиo 4+1 фиксация парадигмы проектирования и выбор не-

большого числа видов и даль (модель, уточнение двухслоев схемы Захмана с конкретным методом описания)

o RM – ODP – сужение класса разрабатываемых систем ипроработка общих деталей (OPD – формализация схемыЗахмана для описания конкретных уровней и правил дляприложений определенного типа)

o DoDAF, FEAF - сужение типа предприятий и проработкаобщих деталей

Рассмотренные архитектурные каркасы еще раз подтверждают пол-ноту схемы Захмана как классификации и ее избыточность для практиче-ского применения конкретными предприятиями.

95

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ ВПРОЕКТИРОВАНИИ МНОГОПОЛОСНЫХ ИЗДАНИЙ

Лаптев В.В.Санкт-Петербургский государственный


Процесс проектирования многополосных изданий можно предста-вить в виде трёх составляющих: (1) анализа исходного материала и егоструктурной организации; (2) композиционных решений на уровнях соб-ственно издания и его составных частей – разворотов и страниц;(3) последовательной вёрстки и набора, согласно заданной структуре, сво-да определённых правил и композиционных решений. Информационныетехнологии в этом процессе в основном применяются лишь на конечнойстадии проекта: вёрстка и набор производятся с помощью пакетов изда-тельских программ (Adobe InDesign, QuarkXPress).

Однако существует предположение о конечных множествах компо-зиционных решений для конкретного материала. Это позволяет применитьинформационные технологии для анализа и прогноза композиции для ка-ждого разворота сложно-составного издания, имеющего в виде исходныхданных основной и дополнительный текст, иллюстративный материал.Появление таких экспертных систем будет являться следующим шагомформализации вёрстки и набора при имеющемся структурном проекте ди-зайна, включающим в себя выбор необходимых форматов (издания, поло-сы, колонки, строки), шрифта, модульной сетки, правил вёрстки и набора.Переход от субъективных действий дизайнера к механизму выбора гото-вых решений позволит значительно ускорить процесс подготовки изданияк печати без потери качества его дизайна.

Применение экспертных систем лежит в практической области изда-тельской деятельности, а также в рамках высшей школы в процессе обуче-ния специальностям «Графический дизайн», «Информационные техноло-гии в дизайне». Это могут быть: (1) тренинги принятия композиционныхрешений, (2) сопровождение вёрстки и набора, (3) экспертиза выполнен-

96

ного проекта. Такие экспертные системы ознаменуют начало смещенияцентра принятия композиционных решений от человека к искусственномуинтеллекту не только в вопросах дизайна многополосного издания, но и вдругих областях графического и коммуникационного дизайна. Дальней-шее их развитие позволит перейти от использования баз данных, заложен-ных на основании практических образцов, к применению векторного ана-лиза, расчёта визуальных центров и масс согласно теории формальнойкомпозиции.

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИЕЙ

Макеева О.В.Московский государственный университет

технологий и управления (филиал), г. Волоколамск

Современная клинико-диагностическая лабораторияГУЗ МО «Волоколамского противотуберкулезного диспансера» – это са-мостоятельное структурное подразделение медицинского учреждения, ра-ботающее на удовлетворение его нужд в объективной информации о со-ставе биоматериалов пациентов, которая может быть полезной при выяв-лении и диагностике патологии и наблюдении за течением болезни и ре-зультатами её лечения. В деятельности лаборатории сочетаются две сто-роны – аналитическая и диагностическая.

Главная задача клинической лабораторной диагностики – полноцен-но удовлетворить потребность клиники в лабораторной информации науровне современных возможностей аналитических технологий.

Компьютеризация лаборатории позволяет преодолеть много тради-ционных проблем. Основные преимущества, которые дает использованиеавтоматизированных систем в клинической лабораторной диагностике, со-стоит в следующем:

1. Повышение производительности труда;2. Улучшение качества исследований;

97

3. Совершенствование контроля качества;4. Первичная оценка диагностической информации в сопоставлении

со значениями нормы;5. Улучшение экономических показателей.Для лаборатории была разработана база данных (рис. 1), в которой

был реализован более простой и интуитивно понятный интерфейс, кото-рый содержит основную таблицу и справочники исследований. В основ-ной таблице отображаются все основные данные, где производится и самосновной подсчет данных. Вводятся количество поступивших амбулатор-ных и стационарных больных.

Рис. 1Разработанная автоматизированная информационная система была

внедрена в Лабораторию и ей сейчас уже активно пользуются. Она облег-чила работу заведующей лабораторией.

98

ИНСТРУМЕНТ АНАЛИЗА СТАТИСТИКИПОСЕЩЕНИЙ ВИКИ-ПОРТАЛОВ

Новиков Ю.Н., Петров А.Ю.Санкт-Петербургский государственный


В собрании новых Интернет-технологий, поддерживающих коллек-тивное сотрудничество посетителей Интернет-ресурсов, весьма перспек-тивна технология вики (англ., — wiki, широкая известность — с 2001 г.).Открытость вики-среды, комфортные условия функционирования способ-ствуют сбору, редактированию, обсуждению материалов разнообразнойтематики. Широко доступный вики-портал — «живая» среда, и админист-раторам необходимо иметь четкую картину востребованности ресурса.Интерес представляет как общее количество посетителей, так и структу-рированная информация, например: о количестве посещений, связанных спубликацией в определенный день новых статей, категорий (разделов ви-ки) или проведением каких-либо акций; о зонах, из которых идут обраще-ния — с компьютеров «родительской» сети портала, или из сторонних ад-ресных пространств; о мониторинге портала внешними роботами. Эти идругие, отвечающие тематике, характеру вики-среды сведения помогаютправильным образом строить стратегию поддержки и развития проектов.

Инструментальная среда MediaWiki — наиболее распространенногодвижка вики-проектов — изначально оборудована механизмами сбора ста-тистических данных. Так на служебной странице «Статистика» можноувидеть количество просмотров, правок, ранжированный список часто по-сещаемых страниц. Но «встроенные» в MediaWiki инструменты статисти-ки отражают, главным образом, процесс создания и редактирования стра-ниц, вклада отдельных участников в формирование содержания и инстру-ментальной основы портала. Однако «вал посещений» движок MediaWikiне отслеживает, и поэтому актуальна задача создания инструмента, позво-ляющего администраторам анализировать статистику посещений. В каче-стве источника данных резонно использовать штатные средства веб-серверов, которые протоколируют обращения на сервер и собирают дан-

99

ные в специальные файлы (лог-файлы). В них в хронологическом порядкефиксируются c различной (настраиваемой) степенью детализации сведе-ния о событиях на веб-сервере.

В докладе представлены результаты разработки инструмента анализастатистики посещения вики-порталов. Создана специальная, адаптирован-ная к специфике вики-технологии утилита обработки лог-файлов веб-сервера. Программа, ее имя Stat.pr, внедрена в инструментальную средувики-портала «Технологии образования в Политехническом» (короткоеимя: ТОП-Вики, адрес: http://spbgpu.net/wiki), который разработан и под-держивается отделом технологий образования управления академическойполитики Политехнического университета (СПбГПУ, Санкт-Петербург).Программный код: С стандарта С99. Утилита работоспособна на любойплатформе, имеющей компилятор С или С++. Важно, что программа непредполагает установку каких-либо счетчиков на сайтах и не используетфайлы cookies.

Работа утилиты заключается в выборке нужных данных из лог-файлов сервера по заданным критериям и дальнейшей их обработке по ал-горитму, выбранному администратором портала. Интерфейс — команднаястрока. Обработку данных можно выполнять по разным сценариям. Про-цедура такова: администратор выбирает алгоритм обработки, обеспечи-вающий получение нужных данных, и вводит в командную строку соот-ветствующий «конвеер» команд, в котором файл вывода предыдущей ко-манды является исходным файлом для следующей. По результатам работысоздается файл stat.txt, в котором сохранены (а) все команды в последова-тельности их выполнения и (б) числа — результаты работы каждой коман-ды. Графическое представление данных несложно организовать, восполь-зовавшись любым приложением графической обработки, используемым наконкретной платформе. Подробная инструкция работы с программойStat.pr опубликована на портале ТОП-Вики: страница «Посещаемость». Взаключение отметим, что обработку лог-файла веб-сервера можно выпол-нять непосредственно со страниц вики-портала через веб-интерфейс.

http://spbgpu.net/wiki

100

АНАЛИЗ ПОТОКОВ ДАННЫХ ПОДСИСТЕМЫ ИНТЕГРАЦИИРЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ РЕПОЗИТРОИЯ СХЕМ

Попов С.Г.Санкт-Петербургский государственный


Интеграция информационных систем на основе оптимального репо-зитория предполагает создание подсистемы интеграции, включающую всебя средства управления репозиторием, взаимодействия со внешними ба-зами данных и прикладным ПО системы. Управление схемами внешнихбаз данных предполагает извлечение, преобразование и анализ схем − соз-дание формальной модели управления схемами, и обработку запросовпользователей в этой модели. Совокупность модели и методов и составля-ет автоматизированную систему интеграции баз данных.

На вход подсистемы поступают описания схем баз данных, запросыпользователей на интеграцию данных и критерии оптимизации подсисте-мы. Выходом подсистемы является описание декомпозиции интегриро-ванных запросов пользователей с целью обращения ко внешним базамданных с учётом требований к объёму данных и времени доступа к репо-зиторию. Диаграмма потоков данных и управления подсистемы интегра-ции баз данных приведена на рис. 1.

В ходе разработки информационной системы выделены и проанали-зированы распределения вероятностей событий в потоках данных:

- Схема БД - поток данных, содержащий описания схем внешних базданных в форме перечня отношений и функциональных зависимостей схе-мы БД. Объем одного информационного сообщения потока линейно рас-тёт от числа отношений и числа функциональных зависимостей во внеш-ней базе данных. Распределение вероятности событий в потоке на этапеэксплуатации системы равномерно,

- Схема - поток команд управления данными в репозитории. Содер-жит сообщение, содержащее набор команд на языке ЯМДUni, которые кор-ректируют данные в репозитории. На каждое порождающее событие воз-никает одно сообщение,

101

Рис. 1. Диаграмма потоков данных и управления подсистемыуправления репозиторием реляционных баз данных

- Общая схема - поток данных, содержащий все отношения и функ-циональные зависимости объединённой базы данных. На каждое порож-дающее событие возникает одно сообщение. Объем одного сообщения впотоке линейно зависит от числа отношений и функциональных зависимо-стей схем интегрируемых БД и интегрирующих функциональных зависи-мостей. На этапе эксплуатации распределение вероятности событий рав-номерно. Распределение вероятности возникновения событий в действии<<Декомпозиция запросов>> определяется статистикой распределения за-просов конкретной информационной системы.

- Анализ - управляющий поток, содержащий указание запуска вы-полнения проверки оптимальности репозитория. На каждое сообщение впоток передаётся одно сообщение,

- Критерии - поток данных с сообщениями о параметрах критериевоптимизации репозитория,

- Критерии изменения - управляющий поток, содержащий командsЯОД и ЯМД, определяющие изменение репозитория в соответствии с вы-бранными критериями.

102

Информационные потоки «Удаление», «Объединение», «Изменение»являются потоками сообщений, инициализирующих запуск соответст-вующих действий.

Правила распределения вероятности событий в информационныхпотоках определяют критерии оптимизации репозитория и анализируютсяв процессе формирования оптимальной схемы репозитория данных.

Разработанная оптимизирующая подсистема интеграции данных наоснове реляционного репозитория схем баз данных, предоставляет единуюформу представления репозитория для всех РБД, полнофункциональныйуниверсальный язык управления содержимым репозитория с возможно-стью прогнозирования объёма и времени доступа к схемам.

КОМПЕТЕНТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕЙПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ»

Птицына Л.К.Санкт-Петербургский государственный


Целями преподавания дисциплины «Информационные сети» в обра-зовательной программе высшего профессионального образования по на-правлению подготовки бакалавров и магистров 220100 «Системный ана-лиз и управление» федерального государственного образовательного стан-дарта является передача знаний по организации базовых компонентов ин-формационных сетей, технологиям их интеграции и использования; фор-мирование компетенций для успешной деятельности в сфере техники итехнологий.

Коды компетенций по федеральному государственному образова-тельному стандарту высшего профессионального образования и их состав-ляющие, разделы по рабочей программе дисциплины (РПД) и их содержа-ние раскрываются в нижеследующей таблице.

В содержание дидактических элементов перечисленных разделоврабочей программы дисциплины включается новое математическое обес-печение, разработанное при выполнении защищенных диссертационных

103

работ и апробированных научных проектов по родственным научным спе-циальностям.

Таблица№

раз-дела

Коды компетенций поФГОС ВПО и ихсоставляющие

Разделы дисциплины по РПД иих содержание

1 2 31 ОК-2

- способность к коммуника-ции с коллегами по актуаль-ным вопросам жизненногоцикла информационных се-тейПК-2- способность представлятьсовременные функциональ-ные возможности известныхтехнологий информацион-ных сетей

Основные понятия информационныхсетей:определение понятий абонент, або-нентская система, передача инфор-мации, модуляция, демодуляция,коммутация, маршрутизация, рас-пределение информации, управлениеинформацией, архитектура, техноло-гии, протоколы, эволюция понятия«информационная сеть»

2 ОК-14- способность к деловойкоммуникации на русском ианглийских языках при со-провождении информаци-онных сетейОК-17- способность понимать зна-чимость информационныхсетей в развитии информа-ционного общества

Класс информационных сетей с по-зиций открытых систем:сферы применения информационныхсетей, требования к информацион-ным сетям, система классификаци-онных признаков, классификацияинформационных сетей по системепризнаков, концепция открытых сис-тем, необходимые области совмес-тимости открытых систем, преиму-щества концепции открытых систем,отображение концепции открытыхсистем на архитектуру информаци-онных сетей

3 ОК-1- способность к постановкецели создания информаци-онной сети и выбору путейее рационального достиже-ния

Модели и структуры информацион-ных сетей:модели и структуры информацион-ных сетей при использовании: тех-нологии сетей Х.25, технологиитрансляции кадров, технологий бес-проводной связи, технологии узко-

104

№раз-дела



1 2 3ОК-3- способность к кооперациис коллегами по сопровожде-нию любых этапов жизнен-ного цикла информацион-ных сетейОК-4- способность выбирать аль-тернативные архитектурныерешения при организацииобразующих компонентовинформационных сетей в за-висимости от условий целе-полаганияОК-5- способность использоватьмеждународные и нацио-нальные рекомендации истандарты при сопровожде-нии информационных сетейОК-11- способность использоватьсовременные методы, спо-собы и средства получения,отображения, кодирования,сжатия, хранения, обработ-ки, передачи, маршрутиза-ции, восстановления, защи-ты информации при управ-лении ее жизненным цикломОК-12- способность использоватьинформационные, вычисли-тельные и коммуникацион-ные ресурсы информацион-ных сетей для обеспечениятребуемого качества предос-тавляемых услуг

полосных цифровых сетей инте-грального обслуживания, технологииширокополосных цифровых сетейинтегрального обслуживания; топо-логия сетей, стеки и кубы протоко-лов, конфигурации сетей

105

№раз-дела



1 2 3ПК-10- способность разрабатыватьтехнические задания к про-ектам новых информацион-ных сетей

4 ОК-7- способность критическиоценивать функциональнуюспецификацию, выбранныеконфигурации, режимы икачество функционированиясопровождаемых информа-ционных ресурсов сетейОК-8- способность осознаватьсоциальную значимость пре-доставляемых информаци-онными сетями услугОК-9- способность применять ос-новные положения и методысоциальных, гуманитарныхи экономических наук приуправлении контентом ин-формационных ресурсовПК-1- способность применятьаналитические, вычисли-тельные системно-аналитические методы длясоздания и сопровожденияприложений информацион-ных сетейПК-8- способность приниматьнаучно-обоснованные реше-ния на основе математики,

Информационные ресурсы сетей:базы данных, базы знаний, серверы,суперверсеры, майнфреймы, web-серверы, порталы, прокси-серверы,почтовые серверы, call-центры, сер-вер переадресации, сервер определе-ния местоположения, поисковые сис-темы

106

№раз-дела



1 2 3информатики, системногоанализа и теории управленияпри развитии информацион-ных ресурсов- способность планировать ивыполнять эксперименты попроверке корректности вво-димых изменений в архитек-туру информационных ре-сурсов, а также определятьих эффективностьПК-13- способность создавать про-граммное обеспечение длясопровождения любых эта-пов жизненного цикла ин-формационных ресурсов

5 ОК-6- способность к овладениюновыми знаниями относи-тельно перспективныхсредств информационныхсетейОК-10- способность применять ме-тоды математического ана-лиза и моделирования, тео-ретического и эксперимен-тального исследования эф-фективности информацион-ных сетей и их образующихкомпонентовПК-6- способность к овладениюновыми информационными

Теоретические основы современныхинформационных сетей:методы модуляции, методы доступак среде передачи информации, мето-ды коммутации, методы маршрути-зации, методы анализа и оптимиза-ции распределенного обслуживания

107

№раз-дела



1 2 3и телекоммуникационнымитехнологиямиПК-11- способность применятьнаукоемкие методы при соз-дании новых ресурсов ин-формационных сетейПК-12- способность разрабатыватьметоды моделирования, ана-лиза и синтеза для жизнен-ного цикла информацион-ных сетей

6 ОК-5- способность использоватьмеждународные стандартыпри создании и сопровожде-нии информационных сетейПК-7- способность к разработкедокументации по информа-ционным сетям

Базовая эталонная модель Междуна-родной организации стандартов:история разработки базовой эталон-ной модели Международной органи-зации стандартов, принципы выделе-ния уровней базовой эталонной мо-дели, представление уровней базовойэталонной модели, характеристикафизического, канального, сетевого,транспортного, сеансового, предста-вительного и прикладного уровней,протокольные блоки данных, пере-дача данных при взаимодействии от-крытых систем

7 ОК-13- способность сопровождатьгетерогенные информаци-онные сетиОК-15- способность владеть мето-дами и средствами защитыинформации при воздейст-вии угроз

Компоненты информационных се-тей:абонентские системы – терминалы,POS-терминалы, банковские автома-ты, рабочие станции, настольныекомпьютеры, персональные компью-теры, карманные персональные ком-пьютеры, смартфоны, коммуникато-ры; каналообразующее оборудование– сетевые карты, модемы, радиомос-

108

№раз-дела



1 2 3ПК-3- способность применятьпринципы мониторинга иуправления качеством функ-ционирования компонентовинформационных сетейПК-4- способность использоватьпринципы администрирова-ния компонентов информа-ционных сетей

ты; коммутационные системы – ком-мутаторы, концентраторы, мосты,маршрутизаторы, шлюзы, точки дос-тупа; системы управления – монито-ры, менеджеры, агенты; системы за-щиты информации – подсистемыуправления доступом, подсистемырегистрации и учета, подсистемышифрования и криптозащиты, под-системы обеспечения целостностиинформации

8 ОК-1- способность к сравнитель-ному анализу различныхконфигураций сетейОК-4- способность выбирать ар-хитектурные решения присоздании информационныхсетейПК-2- способность представлятьтопологии коммуникацион-ных подсетей

Коммуникационные подсети, моно-канальные подсети, циклическиеподсети, узловые подсети:коммутационные подсети – подсетикоммутаторов, подсети мостов, под-сети маршрутизаторов, подсети шлю-зов, подсети точек доступа, гетеро-генные подсети; моноканальные под-сети – кабельные подсети; провод-ные подсети; беспроводные подсети– персональные беспроводные под-сети, беспроводные локальные под-сети, беспроводные сети региональ-ного масштаба, спутниковые подсе-ти, широкополосные беспроводныеподсети; циклические подсети – под-сети с ядром типа циклическогокольца, подсети со звездно-кольцевой топологией, кольцевыетактируемые подсети, кольцевыеподсети с переключающими концен-траторами; узловые подсети – базо-вые узлы, абонентские узлы; основ-ные узлы, подчиненные узлы, равно-правные узлы

9 ОК-11- способность использовать

Маршрутизации информационныхпотоков:

109

№раз-дела



1 2 3методы и протоколы мар-шрутизации при сопровож-дении информационных се-тейПК-11- способность применять ма-тематические методы присравнительном анализе ме-тодов и протоколов маршру-тизации

классификация методов маршрути-зации информационных потоков; де-централизованные изолированныестратегии; децентрализованные гло-бальные стратегии; многопутевыедецентрализованные глобальныестратегии; централизованные страте-гии; алгоритмы отыскания кратчай-шего пути; алгоритм Беллмана-Форда; алгоритм Дийкстра; алгоритмБеллмана-Форда для распределенныхвычислений; адаптивная маршрути-зация на основе определения крат-чайших путей; маршрутизация слу-жебной информации; задачи опти-мальной маршрутизации

10 ОК-11- способность использоватьметоды коммутации при со-провождении информаци-онных сетейПК-11способность применять ма-тематические методы присравнительном анализе ме-тодов коммутации

Методы коммутации информации:коммутация каналов, многоскорост-ная коммутация каналов, быстраякоммутация каналов, асинхронныйрежим переноса информации, быст-рая коммутация пакетов, трансляциякадров, коммутация пакетов

11 ПК-4- способность использоватьнаукоемкие методы при ор-ганизации функционирова-ния информационных сетейПК-5- способность к проведениюнаблюдений в средах ин-формационных сетейПК-13- способность создавать про-

Протокольные реализации:стек протоколов сетей Х.25; стекпротоколов сетей трансляции кадров;стеки протоколов беспроводных се-тей; стек протоколов TCP/IP сетей;стек протоколов узкополосных циф-ровых сетей интегрального обслужи-вания; куб протоколов широкопо-лосных цифровых сетей интеграль-ного обслуживания

110

№раз-дела



1 2 3граммное обеспечение длясопровождения любых эта-пов жизненного цикла ин-формационных сетей

12 ОК-4- способность выбирать се-тевые службы при организа-ции функционирования ин-формационных сетейПК-3- способность интегрироватьсетевые службы

Сетевые службы:пользовательские сервисы, сервисыдля прикладных процессов; сетеваяслужба справочной информации, се-тевая служба обмена электроннымиданными, сетевая служба предостав-ления сервиса абонентским системамлокальной сети, сетевая службауправления файлами и доступа кним, сетевая служба управления вир-туальными заданиями, сетевая служ-ба электронной почты, сетевая служ-ба обмена сообщениями, сетеваяслужба управления сетью, сетеваяслужба обработки и передачи доку-ментов, терминальная сетевая служба

13 ОК-11- способность использоватьсовременные методы рас-пределенной обработки ин-формацииПК-1- способность применятьаналитические методы дляопределения эффективностираспределенной обработкиинформацииПК-5- способность к проведениюнаблюдений в средах ин-формационных сетейПК-6- способность к овладениюновыми информационными

Модель распределенной обработкиинформации:цели и задачи моделирования про-цессов выполнения информационныхуслуг, показатели качества и харак-теристики локального интерфейсауправления, модели локального ин-терфейса управления, методы опре-деления характеристик локальногоинтерфейса управления, сравнитель-ный анализ характеристик, рекомен-дации по выбору параметров локаль-ного интерфейса управления, формыпредставления и способы построениямоделей распределенной обработкиинформации, классификация подхо-дов к построению моделей процессоввыполнения информационных услуг,

111

№раз-дела



1 2 3технологиями критерии и показатели качества вы-

полнения информационных услуг,классы моделей процессов выполне-ния информационных услуг, способыопределения пространства состоя-ний, методы определения показате-лей качества выполнения информа-ционных услуг при постоянных вре-менных затратах на пребывания ввозможных состояниях, методы оп-ределения показателей качества вы-полнения информационных услугпри детерминированных временныхзатратах на пребывания в возможныхсостояниях, методы определения по-казателей качества выполнения ин-формационных услуг при случайныхвременных затратах на пребывания ввозможных состояниях, методы оп-ределения точности и подтверждениякорректности результатов моделиро-вания, постановки задач параметри-ческой оптимизации процессов вы-полнения информационных услуг

14 ОК-15- способность выбирать ме-тоды и средства обеспеченияинформационной безопас-ностиПК-13- способность создавать про-граммное обеспечение длязащиты информации

Безопасность информации:доктрина информационной безопас-ности Российской Федерации, на-циональные и международные стан-дарты в области информационнойбезопасности, основные элементыполитики безопасности, классы безо-пасности, характеристика классовбезопасности, средства и системызащиты информации

15 ОК-4- способность выбирать инастраивать базовые функ-

Базовые функциональные профили:принципы формирования базовыхфункциональных уровней; трехуров-

112

№раз-дела



1 2 3циональные профили приорганизации информацион-ных сетейПК-14- способность применятьтехнологии автоматизации

невые, двухуровневые и полуторау-ровневые базовые функциональныеуровни; форматы структурированныхданных, инкапсуляция

16 ОК-7- способность критическиоценивать функциональныепрофилиОК-10- способность применять ме-тоды математического ана-лиза и моделирования длясравнительного анализафункциональных профилей

Полные функциональные профили:полные функциональные профилисетей коммутации пакетов, сетейтрансляции кадров, беспроводныхсетей, сетей интегрального обслужи-вания; серии международных реко-мендаций; симплексный режим, дуп-лексный режим, асинхронный ре-жим; определение путей на базе вир-туальных соединений; выбор типасбрасываемых кадров; механизмыуправления загрузкой сети; разреше-ние мноприоритетного трафика; ме-жузловые коммуникации; сетевойменеджмент; обеспечение требуемо-го уровня пропускной способности;основные и дополнительные услугисетей; процедуры биллинга

17 ПК-8- способность приниматьобоснованные решения порезультатам анализа эффек-тивности информационныхсетей

ПК-12- способность разрабатыватьметоды оценки эффективно-сти информационных сетей

Методы оценки эффективности ин-формационных сетей:критерии эффективности информа-ционных сетей, жизненный цикл ин-формационных сетей, построениемоделей основных этапов жизненно-го цикла информационных сетей,дефиниция расходов и доходов отинформационных сетей, методы пре-образования моделей основных эта-пов жизненного цикла информаци-онных сетей, определение критериевэффективности информационных се-тей

113

№раз-дела



1 2 3

18 ПК-9- способность формироватьпрезентации и научно-технические отчеты относи-тельно достигнутых эффек-тов применения программ-ных и аппаратных средствинформационных сетейПК-10- способность разрабатыватьтехнические задания для се-тевых программных и тех-нических средств информа-ционных сетейПК-14- способность к интеграциисетевых программных и тех-нических средств информа-ционных сетейПК-15- способность к апробации итиражированию модифика-ций сетевых программных иаппаратных техническихсредств

Сетевые программные и техническиесредства информационных сетей:пакетные коммутаторы, пакетныеконцентраторы, пакетные ассембле-ры/диссассемблеры, мультипрото-кольные устройства доступа, сбор-щики/разборщики кадров, мос-ты/маршрутизаторы, программныешлюзы, мультипротокольные воз-можности маршрутизаторов, радио-релейные станции, структура цен-трального узла, структура удаленно-го оконечного узла, мультиплексоры,мобильные клиенты, базовые стан-ции, абонентские станции, системамагистральных точек доступа, спут-ники, транспондеры, спутниковыегруппировки, наземные станции,программные и технические средствацифровых сетей интегрального об-служивания, номенклатура устройствАТМ, программные клиенты, про-граммные межсетевые экраны, про-кси-сервера, сервера аутентифика-ции, средства управления и монито-ринга

Компоновка дидактических единиц в лекциях осуществляется потехнологическому принципу с представлением национальных и междуна-родных стандартов.

Подготовка к текущим практическим занятиям осуществляется впроцессе самостоятельной работы студентов согласно методическим ука-заниям, представляемым преподавателем на предшествующих практиче-ских занятиях.

114

В средах реальных информационных сетей у студентов при выпол-нении групповых и персональных заданий на основе обретенных компе-тенций формируются прототипы профилей их будущей профессиональнойдеятельности.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ

ИНТЕРФЕЙСЕ УПРАВЛЕНИЯ В СЕТЯХ

Птицына Л.К., Хохров А.С.Санкт-Петербургский государственный


В архитектуре современных платформ абонентских систем и узловкоммуникационных сетей предусматриваются обширные возможности па-раллельной обработки информации для реализации основных функцио-нальных задач, в состав которых включается локальный интерфейс управ-ления. Однако действующие стандарты, определяющие процедурные ха-рактеристики локального интерфейса управления, не касаются вопросовраспределенной обработки информации, предоставляя широкий диапазонвариаций при определении функциональной спецификации сопутствую-щего математического и программного обеспечения. В связи с этим пред-лагаются расширения процедурных характеристик локального интерфейсауправления в части определения состояния цифровых трактов связи на ос-нове проверки целостности виртуальных соединений, альтернативные ва-рианты параллельной обработки результатов прохождения контрольныхкадров, модели распараллеливания, методы анализа построенных моделейи математические процедуры определения динамических характеристиклокального интерфейса управления. Предлагаемые формализации являют-ся дальнейшим развитием математического обеспечения локального ин-терфейса управления [1,2].

Расширение процедурных характеристик локального интерфейсауправления в части определения состояния цифровых трактов связи отно-сится к принятию решений по обнаружению дефектов в цифровых трактах

115

связи. В развитие стандартов, предусматривающих лишь разметку состоя-ний виртуальных соединений в полном статусе связи, указанные решенияв предлагаемом расширении формируются на третьем и четвертом уров-нях иерархической системы решений. Первых два уровня решений описы-ваются моделями, раскрытыми в [1,2], а для представления последующихдвух уровней применяется математический аппарат параллельных вычис-лительных систем. Трех- и четырех-уровневые системы моделируются вклассе сетевых моделей. Для анализа этих моделей детализируется моди-фицированный метод свертки.

При трехуровневой системе решение по обнаружению дефекта вцифровом тракте связи может базироваться на схеме объединения частныхрешений о состоянии виртуальных соединений согласно булевой функ-ции «И».

При подобной логике в соответствии с [3,4,5] выражение для )( SS kf

плотности распределения вероятностей времени запаздывания в обнару-жении дефекта по модифицированному методу свертки определяется сле-дующим образом:

2

1 3

1 ( 1)

1 1 2 2

2 2 1 1 3 3

1 1 ( 1) ( 1)

k k k kS S IS S

k k k k k kS S S S IS S

k k k kS S I S S

f (k ) f (k k ) ... f (k ) ...f (k )S S S S S S S IS IS

f (k k ) ... f (k ) f (k )...f (k )S S S S S S S IS IS

... f (k k ) ... f (k ) ...f (k );IS IS S S S I S I S

max min min min max max max max ,1 2 1 2k ( k , k ,..., k ),..., ( k , k ,..., k )S S S IS S S ISi i

где I – число виртуальных соединений,f (k )iS iS , i=1,2,…,I – плотности распределения вероятностей времен

запаздывания в обнаружении нарушений целостности виртуальных соеди-нений.

Аналогичным образом находится )( ff kf плотность распределения

вероятностей времени ложного обнаружения дефекта:

116

2

1 3

1 ( 1)

1 1 2 2

2 2 1 1 3 3

1 1 ( 1) ( 1)

k k k kf f If f

k k k k k kf f f f If f

k k k kf f I f f

f (k ) f (k k ) ... f (k ) ...f (k )f f f f f f f If If

f (k k ) ... f (k ) f (k )...f (k )f f f f f f f If If

... f (k k ) ... f (k ) ...f (k );If If f f I f I f

max min min min max max max max ,1 2 1 2k ( k , k ,..., k ),..., ( k , k ,..., k )f f f If f f Ifi i

где f (k )if if , i=1,2,…,I – плотности распределения вероятностей времен

ложного обнаружения возможных изменений состояний цифрового трактасвязи.

Плотность распределения вероятностей времени запаздывания в об-наружении нарушения целостности i-ого виртуального соединения опре-деляется по формуле:

1 , 0,( )

0 , 0,

kisNize

если k

f k isis is Nizесли kis

а плотность распределения вероятностей времени ложного обнару-жения нарушения целостности i-ого виртуального соединения находитсясогласно соотношению:

1 , 0,( )

0 , 0,

kifNiLe

если k

f k ifif if NiLесли kif

.

Niz и NiL определяются по соответствующим формулам из [1,2] для

двухуровневых схем принятия решений о состоянии виртуальных соеди-нений на основе выборочного накопления с детерминированным перио-дом обнуления, выборочного накопления со случайным периодом обнуле-ния и скользящего накопления при обработке результатов прохожденияконтрольных кадров.

При четырехуровневой системе на третьем уровне принимается ре-шение по обнаружению нарушений в целостности виртуальных решений

117

по схеме объединения частных решений об их состоянии при различныхвариантах двухуровневой обработки согласно булевой функции «ИЛИ». Вэтом случае плотность распределения вероятностей времени запаздыванияв обнаружении нарушения целостности i-ого виртуального соединенияопределяется по модифицированному методу свертки

21 31

11 31

11 21

11 11 21 21 31 31

21 21 11 11 31 31

31 31 11 11 21 21

k k k kiS iS

k k k kiS iS

k k k kiS iS

f (k ) f (k k ) f (k ) f (k )iS iS iS

f (k k ) f (k ) f (k )iS

f (k k ) f (k ) f (k );iS

min min min min min max max max .11 21 31 11 21 31k ( k , k , k ),..., ( k , k , k )iS

Плотности 1 1f (k )j j j=1,2,3 представляют собой плотности распреде-

лений вероятностей времен запаздывания в обнаружении дефектов соот-ветственно при выборочном накоплении с детерминированным периодомобнуления, выборочном накоплении со случайным периодом обнуления искользящем накоплении. Они соответствуют экспоненциальным законам,математические ожидания которых равняются средним значениям времензапаздывания, найденным в [1,2].

Аналогичным образом находится плотность распределения вероят-ностей времени ложного обнаружения нарушения целостности i-ого вир-туального соединения

22 32

12 32

12 22

12 12 22 22 32 32

22 22 12 12 32 32

32 32 12 12 22 22

k k k kif if

k k k kif if

k k k kif if

f (k ) f (k k ) f (k ) f (k )if if if

f (k k ) f (k ) f (k )if

f (k k ) f (k ) f (k );if

min min min min min max max max .12 22 32 12 22 32k ( k , k , k ),..., ( k , k , k )if

Плотности 2 2f (k )j j j=1,2,3 представляют собой плотности распреде-

лений вероятностей времен ложного обнаружения дефектов соответствен-но при выборочном накоплении с детерминированным периодом обнуле-ния, выборочном накоплении со случайным периодом обнуления и сколь-зящем накоплении. Они соответствуют экспоненциальным законам, мате-

118

матические ожидания которых равняются средним значениям времен лож-ного обнаружения, найденным в [1,2].

На четвертом уровне решение по обнаружению дефекта в цифровомтракте связи базируется на схеме объединения частных решений о состоя-нии виртуальных соединений согласно булевой функции «И». Следова-тельно, для плотностей ( )S Sf k , )( ff kf остаются в силе выше приведенные

соотношения.На основе представленных выше выражений формализуется процесс

получения динамических характеристик локального интерфейса управле-ния:

max1

max1( ) ( ),S

S s sk N

P k N f k

[ ] ( ),S

S s s sk

MO k k f k

max 2

max2( ) ( ),f

f f fk N

P k N f k

[ ] ( ),f

f f f fk

MO k k f k

где max1( )SP k N – вероятность обнаружения дефектов в цифровом тракте

связи за время, не превышающее заданное max1N ; max 2( )fP k N – вероятность

ложного обнаружения дефектов в цифровом тракте связи за время, пре-

вышающее установленное max 2N ; ][ SkMO

– среднее время запаздывания в обнаружении дефектов в цифровомтракте связи; ][ fkMO

– среднее время ложного обнаружения дефектов в цифровом трактесвязи.

Разработанное математическое обеспечение параллельной обработ-ки информации при локальном интерфейсе управления в сетях закладыва-ется в основу проектирования их интеллектуального распределенного про-граммного обеспечения, способного обеспечивать гарантированный уро-вень определяемых в реальном масштабе времени динамических характе-ристик.

Литература:1. Птицына Л.К., Шикунов Д.А. Математическое обеспечение ло-

кального интерфейса управления технологии Frame Relay // Научно-

119

технические ведомости СПбГПУ 3 2008. СПб.: Изд-во Политехническогоун-та. 2008. С. 271-278.

2. Птицына Л.К., Шикунов Д.А. Расширение функциональной спе-цификации математического обеспечения локального интерфейса управ-ления технологии Frame Relay // Научно-технические ведомости СПбГПУ4 2008. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та. 2008. С. 139-146.

3. Птицына Л.К., Дорофеева Е.В. Программное обеспечение компь-ютерных сетей. Разработка программного обеспечения в базисе функцийбиблиотеки MPI для оценки динамических характеристик параллельныхпрограмм: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006. 248 с.

4. Птицына Л.К., Шестаков С.М. Информационные сети. Интеллек-туальные информационные агенты: Учеб. пособие (гриф УМО). СПб.:Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 210 с.

5. Птицына Л.К., Соколова Н.В. Параллельные вычислительные про-цессы в системах мониторинга и управления: Учеб. пособие (гриф УМО).СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 134 с.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯОБРАБОТКИ ФОТОГРАФИЙ ПРОФИЛЯ

ИЗДЕЛИЯ С МИКРОСКОПА

Самаркин А.И., Негина О.В.Псковский государственный политехнический институт

Качество обработки поверхности изделия по наличию микронеров-ностей (выступов и впадин) характеризуется шероховатостью. По дейст-вительной линии профиля можно установить параметрические и непара-метрические характеристики профиля.

Измерение параметров шероховатости производится по фотографииучастка профиля и анализ полученного изображения. Поставляемое с мик-роскопом программное обеспечение, обладает ограниченными возможно-стями по обработке компьютерных снимков, поэтому была поставлена за-

120

дача разработки специализированного программного обеспечения по ана-лизу микрофотографий профиля изделий.

Для изображений обычно известны параметры объектива микроско-па, что позволяет вычислить масштабный коэффициент по осям. Основнаязадача: получить координаты действительного профиля детали. Для реали-зации была выбрана среда разработки MS Visual Studio С# Express.

Области на фотографии различаются по перепаду в яркости, что рас-сматривается как универсальный критерий для разделения областей изо-бражения. Существует ряд библиотек, реализующих указанную функцио-нальность, в частности – OpenCV фирмы Intel, алгоритм, использованныйв программе, использует относительно простой метод сегментации, осно-ванный на поиске краев областей.

Для поиска границы деталь/воздух достаточно просматривать пик-селы до точки перехода черный/белый, в которой яркость переходит уста-новленный порог. Чтобы устранить ложные срабатывания предлагаетсяпросматривать столбец за пикселом-кандидатом на n точек. Если в этойобласти присутствуют только корректные по яркости пикселы, то точкасчитается принятой, и в данном столбце фиксируется переход де-таль/воздух.

Далее файл может быть импортирован в математические пакеты дляпоследующей обработки. Гармоники разложения, интерпретируются сле-дующим образом: первая – отклонения формы, вторая и третья – волни-стость. Высокочастотный незатухающий «хвост» периодограммы – слу-чайные погрешности, остальное – шероховатость. Обратное преобразова-ние Фурье позволяет по периодограмме восстановить исходные данные.Так первые 3-4 гармоники дадут сглаженный профиль и волнистость безшероховатости и случайных погрешностей, гармоники 4-10 можно рас-сматривать образующими «чистую» шероховатость без учета шумов, фор-мы профиля и волнистости.

121

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ АНАЛИЗФОТОГРАФИИ ПРОФИЛЯ ИЗДЕЛИЯ

Самаркин А.И., Самаркина Е.И, Негина О.В.Псковский государственный политехнический институт

Разработанное авторами программное обеспечение для анализа по-лученных под микроскопом фотографий профиля, помимо первичной за-дачи – разделения областей детали и полости и построении координат ли-нии раздела, может быть использовано и для экспресс-анализа основныххарактеристик действительного профиля детали – отклонения от формы,волнистости и шероховатости.

Для решения поставленных задач требуется выполнить обработкуполученных данных. Помимо элементарных процедур – масштабирования,нормализации (включая удаление выбросов), исключения трендов необхо-димо рассчитать ряд параметрических и непараметрических характери-стик шероховатости и волнистости.

Определенными преимуществами в этом случае обладает анализданных методом их разложения в ряд Фурье с последующим построениемспектра. Непосредственный анализ выборки произвольной длины неэф-фективен, значительно большая скорость достигается, если объем выборкиявляется степенью двойки, что привело к появлению алгоритма «быстроепреобразование Фурье» (fast Fourier transform – fft). Возможно и обратноепреобразование – восстановление выборки по ее разложению в ряд Фурье(inverse fft – ifft).

На полученной после преобразования данных диаграмме (периодо-грамме) результаты можно интерпретировать следующим образом: первыегармоники определяют отклонение формы детали от номинальной, гармо-ники №3,4,5 вызывают волнистость но профилю (волнистоть, отделеннуюот предыдущих отклонений формы и последующих шероховатости). Гар-моники старше 5 определяют картину шероховатости.

Четкие рекомендации по трактовке отдельных гармоник отсутству-ют, однако эмпирически получено, что для электроэрозионной обработки

122

и наличной оптики оптимально приведенное выше (или близкое) разделе-ние по частотам. Для фильтрации высокочастотных шумов задействовано«правило 10%» - высокие частоты, спектр которых по амплитуде меньше10% не учитываются.

Для повышения надежности расчетов, данные, перед разложением вряд подготавливают, в частности – используется асимметричное масшта-бирование. Собственно построение периодограммы может происходить«по кускам» данных, с последующей «сшивкой» по методу Баттлворта илиУэлша.

Полученные результаты используются при анализе процессов элек-троэрозионной проволочной резки в автоматизированной обработке фото-графий профиля деталей.

ЛОГИСТИКА В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

Сараджишвили С.Э., Климовский И.О.Санкт-Петербургский государственный


Логистика — это наука, следы истории которой уходит в ДревнююГрецию. Для древних греков логистика представляла собой "счетное ис-кусство" или "искусство рассуждения, вычисления". Логистика являетсяпродолжением логики, которая для древних греков — основа всех наук.Первое назначение логистики — это управление военными запасами, ко-торые были основаны на математических вычислениях.

В 16-19 век логистика явилась родителем таких теорий, как «теорияоптимизации», «теория предикатов» и «теория управления», но при этомосталась отдельной наукой, получившей развитие только в экономике, аточнее как наука управление запасами в военное время. Многие математи-ки писали в своих трудах, что логистика недооценена, как математическаянаука, и видели широкое поле для её развития. В этот период и появиласьодна из основных проблем развития логистики — огромные трудоемкиевычислительные процессы.

123

Логистика вернулась на мировую арену после второй мировой вой-ны, когда экономика узнала о «военной логистики» и взяла её «на воору-жение» в экономику. С этого момента наступила эра экономической логи-стики, которая продолжается и по сей день. На основе логистики появи-лись теории в экономике: управления запасами, управления производст-вом, минимизации издержек и так далее. Информационное развитие толь-ко способствовало внедрению и развитию этих теорий в экономику.

В данный момент возникает следующий виток в развитии логистики— это информационный. Задача информационной логистики является об-работка огромного объема информации современного мира и управленияинформационными потоками. В связи с этим, в своей работе я хочу со-вместить логистику и обмен информации с помощью компьютерных тех-нологий. Это является перспективным развитием в компьютерных и ин-формационных технологиях. Грамотно поставленный обмен информаци-ей, правильное проложенные информационные потоки дают не только вы-игрыш в скорости, но и преимущество в объемах обрабатываемой инфор-мации.

ЛОГИСТИКА ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ

Сараджишвили С.Э., Климовский И.О.Санкт-Петербургский государственный


Еще недавно словосочетание «логистика информационных потоков»расценили бы, как экзотику, но в современном мире это словосочетаниеприобретает новый смысл и силу. Сейчас этот термин используется в эко-номике для пояснения прав владения и скорости передачи информациимежду уровнями менеджмента.

Если посмотреть на словосочетание «логистика информационныхпотоков» - раскладывается на две составляющие: логистика и информаци-онные потоки. Теперь необходимо разобраться, а что является логистикойв данном контексте? — управление, перераспределение и налаживание

124

связей. А информационные потоки — это потоки информации, которыеможно рассматривать под разным углом — в экономике — это информа-ция о деятельности фирмы, а если взять более общее понятие, то это мо-жет быть любой вид информации, включая и технический.

А теперь встает самое тяжелое это правильно оценить и понятьсмысл данной фразы «логистика информационных потоков». Слова похо-жи на экономические,, но смысл можно увидеть и глубже, — управлениеинформацией. Управление информацией, её перераспределение — вот од-на из проблем современной информатики. В данный момент существуетмножество источников различной информации и как следствие самой ин-формации, а как распределить правильно по группам и определить акту-альность и правильность информации? Для этого необходимо оптимизи-ровать и искать пути решения.

Логистика — это наука, которая призывает оптимизировать ресурсыи время путем предварительных расчетов и применением отработанныхсхем выполнения задачи.

Свою работу предполагаю строить на принципах логистики инфор-мационных потоков для оптимизации расчетов поставленных задач. Этотспособ подхода к решению задачи избавит от лишних ресурсных затратканалов связи (при условии распределения системы) и времени принятиярешения.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДААНИЗОТРОПНОЙ ДИФФУЗИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ

ОТСКАНИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Сараджишвили С.Э., Кононов Н.А.Санкт-Петербургский государственный


В данной статье рассматривается задача обработки отсканированныхизображений, на которых каждый объект изображен одним цветом. При-мером таких изображений могут служить, например, топографическиекарты. При сканировании подобных изображений в них вносится ряд ис-

125

кажений: искажаются цвета, добавляются шумы, размываются границыобъектов. Последующая обработка призвана минимизировать внесенныеискажения и улучшить качество отсканированных изображений.

Для обработки таких изображений хорошо подходит метод анизо-тропной диффузии, предложенный P. Perona и J. Malik [1]. Метод модели-рует процесс теплопроводности, но коэффициент теплопроводности бе-рется не постоянным, а зависящим от конкретного места на изображении.Выбор коэффициента осуществляется на основе анализа градиента ярко-сти изображения в каждом конкретном месте. Соответствующий выборкоэффициента позволяет размыть области внутри объектов, сохраняя приэтом границы объектов четкими. Пример работы метода анизотропнойдиффузии для одномерного случая представлен на рис. 1.

Рис. 1. Пример работы метода анизотропнойдиффузии в одномерном случае

В работе исследовалось применение метода анизотропной диффузиик рассматриваемым изображениям. Были выработаны условия, налагаемыена исходные изображения, для получения наилучших результатов. Прове-ден анализ работы метода при различном выборе параметров. Сделанывыводы об эффективности использования метода применительно к рас-сматриваемой задаче.

Литература:1. P. Perona, J. Malik. Scale-space and edge detection using anisotropic

diffusion. // IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence,vol. 12. no. 7. July 1990.

126

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЦВЕТОВЫХСЛОЕВ НА ОТСКАНИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ

Сараджишвили С.Э.,Кононов Н.А.Санкт-Петербургский государственный


В работе рассматривается задача обработки отсканированных изо-бражений, на которых представлены объекты, разделенные по цвету нанесколько тематических слоев. Каждый объект изображается только од-ним цветом. Объекты, изображенные одним цветом, относятся к одномуцветовому слою. Примерами таких изображений могут служить различныецветные схемы и планы, топографические карты. При сканировании такихизображений в них вносится ряд искажений: искажаются цвета, добавля-ются шумы, размываются границы объектов и т.д. Задачей является выде-ление на таких отсканированных изображениях отдельных цветовых сло-ев.

В предлагаемой методике задача выделения цветовых слоев разде-лена на два этапа. На первом этапе производится выделение на изображе-нии всех отдельных объектов. Результатом первого этапа является изо-бражение с четко выделенными объектами, каждый из которых изображентолько одним цветом и имеет четкие границы. Однако цвета объектов раз-личаются, и их еще нельзя разделить на отдельные цветовые слои. Это ре-шается на втором этапе, на котором производится кластеризация выделен-ных объектов в соответствии с их цветом, в результате чего получаютсямножества объектов, каждое из которых соответствует одному цветовомуслою.

Для выделения объектов на первом этапе применяются методы ани-зотропной диффузии, водораздела и разрастания регионов. Последова-тельное применение этих методов позволяет получить изображения с чет-ко выделенными объектами, цвета которых вычисляется как средний цветобласти, занимаемой объектом на изначальном изображении.

Для кластеризации выделенных объектов применяются методы кла-стерного анализа. Одним из таких методов, позволяющих разделить все

127

объекты на несколько групп по цвету, является метод k-средних. На дан-ном этапе обработки производится кластеризация цветов объектов в трех-мерном цветовом пространстве, в результате чего все объекты разделяют-ся по цвету на нужное число кластеров.

В результате проведенной работы разработана эффективная методи-ка, позволяющая выделять на отсканированных изображениях нужное ко-личество цветовых слоев. Методика является интерактивной и требует на-стройки ряда параметров, однако это не требует сколько-нибудь значи-тельных трудозатрат и не предъявляет требований к квалификации опера-тора, производящего обработку.

КОНТЕНТНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕДОСТУПОМ К РЕСУРСАМ СЕТИ ИНТЕРНЕТ

Сараджишвили С.Э., Масюк А.А.Санкт-Петербургский государственный


На данный момент существует большой выбор межсетевых экранов,антивирусов и других программных и программно-аппаратных комплек-сов для решения задач обеспечения сетевой безопасности. Однако до по-следнего времени недостаточно внимания и ресурсов уделялось проблемеуправления доступом к формально безопасному, с точки зрения другихкомпонент системы обеспечения безопасности, содержимому сайтов. Дан-ную задачу решают при помощи контентной фильтрации, которая техно-логически реализуется различными способами, но конечная ее цель – изо-лировать пользователя от нежелательной информации.

Контентная фильтрация – это функция управления доступом пользо-вателей к специфическим типам информации на основе анализа содержи-мого информационных объектов (веб-запросы пользователей, содержимоевеб-страниц) и определения соответствия их параметров принятой поли-тике безопасности. Под политикой безопасности понимается набор правилпо доступу к ресурсам сети, которые назначаются для пользователей и

128

групп пользователей. Контентная фильтрация может выполняться аппа-ратными и программными средствами.

Система контентной фильтрации (СКФ) – это технологическое ре-шение, основной задачей которого является предоставление сервисауправления доступом пользователей к ресурсам Интернет. СКФ отвечаетза управление доступом пользователей к ресурсам Интернет в зависимостиот категории запрашиваемых ресурсов и принятой организационной поли-тики. Лидирующие системы контентной фильтрации основываются напринципе анализа и категоризации Интернет-ресурсов, что признано наи-более эффективным методом фильтрации нежелательных данных. В си-туации с русскоязычными сайтами существующие контентные фильтрыимеют ряд существенных недостатков, это:

• Некорректная работа с русскоязычными ресурсами по причине от-сутствия специальных инструментов работы с информацией на русскомязыке;

• Бедность базы данных русскоязычных ресурсов;• Отсутствие возможности объединения данных от разных организа-

ций с целью консолидации отчетности.Разрабатываемая СКФ должна быть ориентирована на русскоязыч-

ный контент и использовать эффективные алгоритмы URL-фильтрации.Однако наравне с отличной способностью работать с русскоязычнымиданными, СКФ также должна работать с другими основными языками ми-ра.

МЕТОДЫ КОНТЕНТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

Сараджишвили С.Э., Масюк А.А.Санкт-Петербургский государственный


Контентная фильтрация – это функция управления доступом пользо-вателей к специфическим типам информации на основе анализа содержи-мого информационных объектов и определения соответствия их парамет-ров принятой политике безопасности.

129

Наиболее широкое распространение получили три метода фильтра-ции:

• Фильтрация по ключевым словам – когда конкретные слова илисловосочетания используются для включения блокировки веб-сайта;

• Динамическая фильтрация – когда содержимое запрашиваемоговеб-сайта анализируется в момент обращения, и загрузка страницы блоки-руется, если содержимое определяется как нежелательное;

• URL-фильтрация – когда запрашиваемая страница или целый до-мен определены или категоризированы как нежелательный ресурс, и бло-кируются при попытке обращения.

Важными характеристиками методов являются нагрузка на серверфильтрации и клиентскую машину, а так же объём данных, которые полу-чает клиент при запросе. В случае фильтрации по ключевым словам кли-ент полностью скачивает все данные и анализирует их. При этом сервердолжен предоставлять клиенту список ключевых слов и периодически об-новлять этот список. Если производиться динамическая фильтрация, тосервер сам анализирует содержимое сайта и сообщает клиенту результат.

Если сайт заблокирован, то клиент не получает никаких данных,кроме команды блокировки. В этом случае при большом количестве кли-ентов сильно возрастает нагрузка на сервер. При URL-фильтрации клиентсначала проверяет ссылку по локальной базе категорий и, если адрес есть вбазе, решение принимается без обращения к серверу. Если в локальной БДссылки нет, то клиент отправляет на сервер запрос, содержащий адресстраницы и получает список категорий, с которыми эта ссылка связана.Категории проверяются на наличие запретов, и принимается решение оразрешении или запрещении доступа.

Необходимо так же учитывать объёмы данных, хранимых на клиентеи сервере фильтрации. Эти требования важны не с точки зрения характе-ристик дисковых накопителей (что сейчас не является проблемой), а с точ-ки зрения характеристик СУБД, используемых для работы с этими данны-ми.

130

Проанализировав различные варианты, мы приходим к выводу, чтоURL-фильтрация, основанная на анализе и категоризации Интернет-ресурсов и является наиболее эффективным и гибким методом фильтра-ции нежелательных данных.

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИРАСПОЗНАВАНИЯ ТЕКСТОВ

Сараджишвили С.Э., Пинский А.Б.Санкт-Петербургский государственный


В настоящий момент в области оптического распознавания символовсложилась такая ситуация, что, с одной стороны, задачу распознавания пе-чатных текстов в латинском алфавите можно считать уже полностью ре-шенной, но, с другой стороны, распознавание текстов, использующих ал-фавиты с большим количеством символов и/или сложной формой симво-лов (например, многие азиатские языки) все еще представляет трудности.Также до сих пор полностью не решена задача эффективного распознава-ния рукописного текста.

Исследования показывают, что с задачей распознавания одного сим-вола компьютеры могут справляться лучше человека [1], но в случае рас-познавания целого текста человек все же имеет преимущество. Это объяс-няется тем, что человек обладает знанием контекста (других букв в слове,положении слова в предложении, тематике текста и т.д.). Предлагается ис-следовать возможные пути расширения предоставления компьютеру ин-формации о контексте, помимо широко используемой проверки слова пословарю.

Например, в случае сомнения в корректности распознавания симво-ла в слове и отсутствия однозначности проверки по словарю можно ис-пользовать разбор предложения, чтобы определить роль слова и, такимобразом, дать дополнительную информацию.

Другим возможные путем может быть введение в словаре весовыхкоэффициентов слова, с целью дать программе информацию о том, какие

131

слова более вероятны (коэффициенты могут зависеть, например, от тема-тики документа). Использование данного подхода может помочь устра-нить неоднозначность при проверке по словарю, поскольку в случае нахо-ждения нескольких слов, выбор можно производить на основе весовых ко-эффициентов.

Литература:1. K. Chellapilla, K. Larson, P. Simard, M. Czerwinsk Computers beat

Humans at Single Character Recognition in Reading based Human InteractionProofs // Microsoft Research 2005

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ И УПРАВЛЕНИЯ НА ТРАНСПОРТЕ

Саркисян Р.Е., Стадниченко С.Ю.Московский государственный университет путей сообщений (МИИТ)

Действующие в настоящее время стратегические планы и програм-мы развития РЖД как одной из ключевых инфраструктурных отраслей на-циональной экономики предусматривают ускоренные темпы обновленияосновных фондов, модернизацию и развитие инфраструктурных объектов,внедрение более прогрессивных методов и средств управления на всехуровнях организационной иерархии.

Достижение этих целей связано с широким внедрением современ-ных информационных и интеллектуальных технологий, которые призваныобеспечить непрерывный мониторинг действующих производственныхмощностей и процессов, проводить диагностику и прогнозирование со-стояния используемых активов для оценки остаточного ресурса, организа-цию на этой основе своевременного технического обслуживания, плани-рования и проведения ремонтных мероприятий с учетом их реальных по-требностей.

Анализ используемых в настоящее время технологий, методов исредств мониторинга, диагностики и прогнозирования не всегда оказыва-ются эффективными из-за большой их трудоемкости, несвязности и ло-

132

кальности способов обслуживания, несогласованности во времени. Акту-альным в этой связи становится переход к интеллектуализированным сис-темам, позволяющим в реальном масштабе времени осуществить монито-ринг действующих процессов, диагностировать и оценивать текущее со-стояние, остаточный ресурс, принятие решения и эффективное управле-ние.

В докладе обсуждаются пути повышения эффективности материаль-ного производства на основе создания систем поддержки принятия реше-ний, функционирующих в реальном масштабе времени. Такие системы ос-нованы на современных информационных и интеллектуальных технологи-ях, базах знаний и процедурах поиска решений на знаниях, что позволяетобеспечить совместность и согласованность решений задач, связанных смониторингом, диагностикой, прогнозированием, а также принятие реше-ний с целью оперативного вмешательства в ход процесса.

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ДВУМЕРНЫХГРАФО-ПОДОБНЫХ ДИАГРАММ

Степанян К.Б.ЗАО «МОБИ. Деньги»

Для формализации двумерных графо-подобных диаграммЕ. А. Жоголев [1] выделил 2 множества конструкций на диаграмме: мно-жество двумерных конструкций, которые располагаются на диаграммеконтекстно-независимо (вершины) и множество линий, которые распола-гаются на диаграмме в зависимости от расположения инцидентных имвершин (ребра). Данного представления достаточно для формализациипонятия двумерная графо-подобная диаграмма, однако, это слишком абст-рактный формализм для описания нотации реальных диаграмм во всех де-талях. Для решения этой задачи Е. А. Жоголева предлагается расширитьдополнительными конструкциями и отношениями. Все конструкций, ко-торые могут присутствовать на диаграмме, предлагается разбить на сле-дующие множества: множество меток (конструкций отображающих текст),множество декораций (конструкций предназначенных для отображения

133

статических элементов), множество фигур (конструкций отображающихсущности диаграммы, т.е. вершины в формализации Е. А. Жоголева) имножество ребер (контекстно-зависимых конструкций отображающих от-ношения между сущностями). Декорация и фигура являются двумернымиконструкциями и могут быть представлены на диаграмме одним из сле-дующих геометрических примитивов – прямоугольник, эллипс, прямо-угольник со скругленными углами, ломаная и замкнутая ломаная. Ребро надиаграмме представляется линией. Метки и декорации являются конст-рукциями уточняющими семантику фигур и ребер, и предназначены дляиспользования в сочетании с ними. Связь метки/декорации с фигу-рой/ребром описывается отношением прикрепления, определяющим по-ложение на диаграмме первой конструкции в зависимости от расположе-ния второй. Фигуры могут использоваться для описания композитныхконструкций с неограниченным уровнем вложенности. При этом фигуры,которые содержат в себе другие фигуры для составления композиции,представляющей на диаграмме одну сущность, называются составнымифигурам. А фигуры, которые содержат в себе другие фигуры, представ-ляющие на диаграмме отдельные сущности, называются контейнерами.Представленная формализация позволяет описать нотацию для графо-подобных диаграмм таких визуальных языков как UML, IDEF0, ERD и т.д.

Литература:1. Жоголев Е.А. Графические редакторы и графические грамматики

// Программирование. 2001. № 3. С. 30-42.

134

ТЕСТИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ MOODLEКАК ЭЛЕМЕНТ ПОДГОТОВКИ К

ИНТЕРНЕТ-ТЕСТИРОВАНИЮ ОСТАТОЧНЫХ ЗНАНИЙ

Сурыгин А.И., Шатилова В.П.Санкт-Петербургский государственный


В связи с введением интернет-тестирования остаточных знаний сту-дентов (федеральный экзамен профессионального образования – ФЭПО)необходима подготовка студентов к тестовой форме контроля. Кроме того,тестовая форма контроля позволяет стимулировать более ритмичную ра-боту студентов в течение семестра, разгрузив одновременно преподавате-ля от большого количества рутинной работы.

Система управления обучением Moodle позволяет организовать ин-терактивное взаимодействие со студентами, в частности, тестирование. Всистеме предусмотрен гибкий аппарат формирования разнообразных тес-тов, которые студенты, благодаря Интернет, могут выполнять в любое вре-мя и в любом месте в режиме on-line. Целью данной работы являлась ап-робация тестовых возможностей среды обучения Moodle на примере курсаматематики для студентов специальности «Регионоведение». Учебные ма-териалы по данному курсу были размещены нами в виртуальной средеобучения СПбГПУ на платформе Moodle.

В процессе эксперимента был сформирован банк тестовых вопросовна основе материалов Федерального экзамена профессионального образо-вания (120 вопросов по 20 микротемам), охватывающий все разделы кур-са. Студентам было предложено с домашнего или любого другого компь-ютера, имеющего выход в Интернет, пройти обучающий тест по курсу (ис-пользуя 3 попытки), состоящий из 20 вопросов, выбранных из общего бан-ка 120 вопросов в соответствии с количеством микротем. В тесте был за-дан случайный выбор вопросов в каждой из микротем и случайный поря-док предъявления вопросов студентам. В тесте, как и в материалах ФЭПО,были использованы два типа вопросов: множественный выбор и установ-ление соответствия.

135

После обучающего теста студенты проходили контрольный тест, со-стоявший из 5 случайным образом выбранных вопросов из общего банкавопросов в соответствии с основными разделами курса. Контрольный тестстуденты проходили в компьютерном классе в присутствии преподавате-лей.

В системе Moodle возможно довольно детально проследить работукаждого студента с обучающим и контрольным тестами, получить общуюстатистику. В нашем эксперименте из 49 студентов в контрольном тестеоценку «5» получили 17 человек (35%), оценку «4» – 12 человек (25%),оценку «3» – 11 человек (22%); 9 студентов (18%) не смогли справиться сзаданиями теста. Среднее время выполнения теста составило 9 минут, ми-нимальное время – 55 секунд (оценка отлично). Максимальное время –20 минут (иностранный студент, у которого возникли проблемы с перево-дом текста самих заданий). Отметим, что возможности подготовиться кконтрольному тесту, пройдя обучающий тест, студенты использовали ме-нее, чем на 50% (71 попытка из 147 возможных). Анализ показал, чтоименно этим, прежде всего, объясняются результаты студентов, получив-ших низкие оценки. Эти же студенты впоследствии показали низкие ре-зультаты и на экзамене (коэффициент корреляции экзаменационных оце-нок и оценок за тест 0,83). По разделам курса статистика приблизительнотакова: общие вопросы математики и аналитическая геометрия – 85% пра-вильных ответов; комбинаторика – 76%; элементы теории вероятностей –85%; элементы математической статистики – 80%; элементы теории мно-жеств – 83% правильных ответов. По результатам анализа статистическихданных можно корректировать как учебный процесс, так и сам тест.

Таким образом, система управления обучением Moodle позволяетшире использовать активные методы обучения студентов, в том числе тес-тирование. Это в свою очередь повышает ритмичность работы студентов всеместре, уровень усвоения ими учебного материала, позволяет использо-вать возможности Moodle для подготовки к интернет-тестированию(ФЭПО).

136

К ВОПРОСУ ОРГАНИЗАЦИИ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ ВВЫСОКОНАДЕЖНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

Филиппов А.С., Мамутова О.В.Санкт-Петербургский государственный


При выборе архитектуры вычислительной системы с резервировани-ем (ВВСР), когда заданы требования по производительности работы сис-темы и по ее надежности, важным является решение вопроса организациииерархической памяти. В настоящее время подробно изучено влияние ие-рархической архитектуры памяти на производительность вычислительнойсистемы (ВС). Однако для ВВСР вопрос выбора конфигурации иерархиче-ской памяти, оптимальной при одновременно заданных требованиях понадежности и производительности, не решался.

Для оценки параметров надежности ВС в настоящее время широкоиспользуются следующие методы: логико-вероятностный метод; исполь-зование теории случайных процессов; использование полноценных эмуля-торов ВС.

Первые два метода основываются на анализе архитектуры системы ине учитывают алгоритм работы процессора ВС при обращениях к разнымуровням памяти и производительность самой памяти. Третий метод позво-ляет подробно исследовать надежность ВС для различных алгоритмов вы-полняемых программ. Однако он связан с необходимостью построениямодели конкретной исследуемой вычислительной машины с возможно-стью потактового исполнения любой программы, что является трудоемкойзадачей и ограничивает возможности анализа архитектур ВВСР.

Сформулированы требования к новой модели: 1. Возможность полу-чения данных о различных показателях надежности; 2. Возможность по-лучения данных о производительности; 3. Возможность ввода следующихпараметров системы памяти для каждого узла на каждом уровне иерархии:объем, время ответа, интенсивность обращений, интенсивность отказов;4. Масштабируемость и универсальность в рамках заданного класса сис-

137

тем; 5. Получаемые результаты должны быть представлены в виде обще-принятых показателей надежности и производительности.

Характеристики надежности, полученные с помощью описанноймодели, позволят разработчику ВВСР определить соотношение парамет-ров системы памяти, при которых достигаются заданные при проектиро-вании уровни надежности и производительности. В среде Mobius построе-на модель, удовлетворяющая требованиям 1-4 из приведенного выше спи-ска.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ НАДЕЖНОГО ПОВСТРОЕННЫХ БОРТОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Шошмина И.В.Санкт-Петербургский государственный


В связи с расширением сфер применения и возрастающей сложно-стью программного обеспечения (ПО) методы повышения его качествастановятся важнейшей областью информатики. Не существует универ-сального подхода проверки правильности ПО: на разных этапах проекти-рования используются разные методы в зависимости от архитектуры про-грамм и класса требуемых свойств. В данном исследовании разрабатыва-ется методика проектирования бортовых программных систем с поддерж-кой формальной верификации для обеспечения выполнения требований ких поведению. Цель методики – построение таких подходов к формальнойверификации систем, которые позволили бы решить проблему “проклятияразмерности” – комбинаторного роста сложности модели с увеличениемчисла ее компонент, препятствующего применению традиционных мето-дов верификации.

В методике рассматриваются бортовые системы с распределеннойархитектурой, т.е. состоящие из нескольких подсистем, работающих неза-висимо по своим алгоритмам, но взаимодействующих друг с другом длявыполнения общих целей и задач. В рамках методики выделяются подсис-

138

темы, которые можно верифицировать независимо. Предлагается структу-рировать процесс верификации: выделить и верифицировать ядро систе-мы, состоящее из независимых подсистем и отвечающее за логическоеуправление всей системой. Ядро управления бортовых систем относится кклассу реагирующих систем – это системы, дающие отклик на внешнеесобытие в зависимости от своего состояния. Свойства поведения такихсистем – последовательность состояний и реакций на внешнее событие.

Именно к реагирующим системам применим метод формальной ве-рификации – проверка модели. В этом методе проводится исчерпывающийанализ всех возможных поведений системы, поэтому в верифицированныхсистемах можно гарантировать выполнение проверенных свойств. Струк-туризация бортовой системы при проектировании позволяет бороться спроклятием размерности построением разных композиций модели.

Модель проектируемой системы описывается согласно подходуMDE (Model-Driven Engineering) независимо от конкретики реализации наплатформенно-независимом языке UML и может быть формально транс-лирована на большое число платформ (в т.ч., Java, XML, SOAP). Свойствасистемы задаются при помощи шаблонов.

По этой методике построена модель действующей системы управле-ния энергоснабжением судна и проведена ее верификация, которая позво-лила обнаружить несколько тонких ошибок, оставшихся в ПО после егоразработки в рамках традиционной технологии.

139

СЕКЦИЯ 3Энергетика, машиностроение, механика и

процессы управления

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Ашейчик А.А.Санкт-Петербургский государственный


На кафедре машиноведения и деталей машин СПбГПУ разработан исоздан стенд для измерения коэффициентов трения и исследования изно-состойкости материалов. Исследования проводятся при возвратно-поступательном движении образцов из металлов, полимеров и эластоме-ров. Возможно проведение испытаний без смазочного материала, а такжепри смазывании жидкими и пластичными смазочными материалами.

Стенд предназначен для испытания материалов при температуре20°С, скорости скольжения от 0,02 до 0,08 м/с, удельной нагрузке на об-разцы от 0,1 до 5 МПа. Движение – возвратно-поступательное. Материалыобразцов – металлы, полимеры, эластомеры. Регистрация силы тренияцифровая с выводом сигнала на компьютер.

Привод стенда (рис. 1) состоит из электрического двигателя 1, чер-вячного редуктора 3 и двух упругих втулочно-пальцевых муфт 2, 4. Кри-вошипно-ползунная группа включает эксцентрик 5 с подшипником каче-ния, раму 6, движущуюся в направляющих 7, и ползун 9 на направляющихкачения. На ползуне 9 неподвижно установлен держатель 10 для нижнихобразцов. Система нагружения образцов состоит из рычага 14 с подвескойдля грузов 15, клиновидного плунжера 13 и оправки 12 с установленным вней держателем 11 для верхнего образца. Для испытаний в жидкой средеустанавливается ванна 16.

140

Рис. 1. Схема стенда для исследования трибологическихсвойств материалов

В процессе испытаний возможна замена эксцентрика 5, что позволя-ет изменять скорость возвратно-поступательного движения образцов. Взависимости от веса грузов и размеров образцов, изменяется давление наповерхности трения. Измерение коэффициента трения проводилось по-средством тензобалки 8. Значение сигнала с выхода тензобалки 8 измеря-лось цифровым запоминающим осциллографом PCS-500A работающим вкомплекте с персональным компьютером.

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ИМОДУЛЯ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРОВ

Ашейчик А.А., Полонский В.Л.Санкт-Петербургский государственный


На кафедре машиноведения и деталей машин СПбГПУ модернизи-рован и эксплуатируется стенд для экспериментального определения ди-намического модуля и модуля внутреннего трения эластомеров и полиме-ров при знакопеременном изгибе с вращением. Стенд может быть такжеиспользован для экспериментального определения статического модуляпри изгибе и характеристик длительной усталостной прочности эластоме-ров и полимеров.

Стенд предназначен для проведения испытаний резин и полимеровпо ГОСТ 10828 и ГОСТ 10952 при температурах от - 100°С до +150°С,

141

частоте вращения образца до 6000 об/мин при номинальной амплитудедеформаций растяжения на поверхности образца от 10 до 30%. Возможныизмерения изгибающего момента от 0 до 0,15 Н·м и крутящего моментаот 0 до 0,015 Н·м. Испытываются стандартные образцы резин или полиме-ров по ГОСТ 10828 диаметром 8 мм и длиной рабочей части образца23,5 мм.

При испытаниях на стенде образец 1 (рис. 1) закрепляется в зажи-мах 5 таким образом, что создается угол изгиба , имитирующий величи-ну угловой несоосности валов. Один из зажимов установлен на ротореэлектродвигателя 2, а другой на свободной оси, подшипники которой ус-тановлены в стойке 6.

Рис. 1. Схема стендаСтойка 6 крепится в пазу подвижной платформы 7, закрепленной на

вертикальной оси. Стойку 6 можно перемещать по криволинейному пазудля задания произвольных углов (до 90 градусов), шкала которых 9 на-несена вдоль паза. Паз представляет собой геометрическое место точек, вкоторых требуется удерживать свободный зажим для создания деформа-ций чистого изгиба образца из эластомера.

Изгибающий момент, необходимый для расчета динамического мо-дуля, определяется по весу грузов 8, уравновешивающих положение плат-формы 7. Платформа установлена в термокамере, ограничивающей объем,указанный на рис. 1 пунктиром. Для создания низких температур исполь-зуется жидкий азот.

142

ПОТЕНЦИАЛ ЭКОНОМИИ ТЭР НА КОТЕЛЬНЫХ,РАБОТАЮЩИХ НА УГЛЕ

Басс М.С.Читинский государственный университет

Исследование потенциала энергосбережения в Забайкальском ре-гионе выявило, что наиболее сложная ситуация обстоит на котельных, ра-ботающих на углях, особенно находящихся на балансе муниципальныхобразований. Отсутствие достоверной информации на объектах о типахкотлов, их паспортных характеристик, не говоря уже фактическом состоя-нии оборудования, которые можно получить только после режимных ис-пытаний – обычная ситуация. Стоимость режимных испытаний достаточ-но велика, хотя без них невозможно увидеть реального состояния как кот-лоагрегатов, так и всей котельной в целом, и предложить конкретные дей-ствия по повышению эффективности их работы. Поэтому была разработа-на методика предварительной оценки технико-экономических показателейработы котельной применительно для конкретного региона. Данная мето-дика, позволяет с достаточно высокой точностью без проведения режим-но-наладочных работ определить значение средневзвешенного нормативаудельного расхода топлива для котельной в условиях Забайкальского края,зная только вид топлива, количество котлоагрегатов, годовой отпуск теп-ла, установленную мощность котельной или котлоагрегатов. Исходя изэтой методики, был оценен потенциал энергосбережения в котельных длявсего региона, который и приведен в табл. 1.

Таблица 1Общий ресурс экономии ТЭР накотельных Забайкальского края

Величина Ед. изме-рения

до3 Гкал/ч

от 3 до20 Гкал/ч

свыше20 Гкал/ч

Всего

Число источниковтеплоснабжения,единиц

шт. 948 159 22 1129

143

Величина Ед. изме-рения

до3 Гкал/ч

от 3 до20 Гкал/ч

свыше20 Гкал/ч

Всего

Стоимость наладоч-ных работ

млн. руб. 91,9 18,2 2,9 113,0

Суммарная мощ-ность источниковтеплоснабжения

Гкал/ч 1131,3 1130,2 865,4 3126,9

Экономия топливапри увеличении КПДна 5 %

тыс.тут/год

56,6 56,5 43,3 156,5

Экономия денежныхсредств при увели-чении КПД на 5 %

млн. руб. 108,7 108,6 83,1 300,4

Срок окупаемости месяц 10,15 2,01 0,42 4,51Кроме того, при увеличении КПД на 5% при изначальном его значе-

нии 50% экономия топлива для котла мощностью 1 Гкал/ч будет71 тут/год, при 60% - 50 тут/год, при 70% - 37,2 тут/год. То есть чем хужеизначально работает котел, тем экономичнее проводить на нем мероприя-тия по повышению эффективности его работы.

СХЕМЫ УСТАНОВОК ГЕЛИООТОПЛЕНИЯ ДЛЯ РАБОТЫ ВСИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Батухтин А.Г., Батухтин С.Г.Читинский государственный университет

Существующие научные разработки, направленные на решение про-блемы низкой эффективности совместного функционирования базовыхсистем теплоснабжения и установок гелиоотопления можно разделить натри группы: технические изменения конструкции солнечных коллекторов,новые подходы к функционированию систем централизованного тепло-снабжения с учетом дополнительных источников тепловой энергии у по-

144

требителей и разработку новых схем совместного функционирования ус-тановок гелиоотопления и систем централизованного теплоснабжения.Данные группы имеют ряд недостатков. Современные разработки, направ-ленные на повышения эффективности солнечных коллекторов и другихосновных элементов системы направлены на решение только части по-ставленной задачи, поскольку не могут в полной мере решить проблемусовместной работы установок и систем централизованного теплоснабже-ния, а только повышают их эффективность как токовых. Методы совмест-ной работы систем централизованного теплоснабжения и индивидуальныхисточников теплоты у потребителей характеризуются рядом недостатков.К ним можно отнести то, что большинство из них характеризуются значи-тельными затратами электрической энергии у потребителей тепловойэнергии на поддержание индивидуальных источников теплоты, а приме-нение в качестве индивидуальных источников теплоты стандартных схемприменения гелиоотопления характеризуются низкой эффективностью со-вместного функционирования вследствие высокой температуры теплоно-сителя в подающих трубопроводах систем централизованного теплоснаб-жения.

В качестве одного из вариантов повышения эффективности сущест-вующих схем является применение установок гелиовоздушного отопле-ния, которая позволит повысить эффективность совместного функциони-рования систем централизованного теплоснабжения и установок гелио-отопления за счет использования преимуществ воздушного отопления:низкая температура и отсутствие промежуточного теплоносителя и какследствие высокая эффективность солнечных коллекторов, а также малаяинерционность и высокая экономичность. Также может быть примененасистема энергоэффективного гелионагрева обратной сетевой воды у по-требителей оборудованных современными системами автоматического ре-гулирования. Она имеет ряд преимуществ по сравнению со стандартнымисхемами гелиоотопления: более низкая температура теплоносителя, высо-кая степень автоматизации и наличие бака аккумулятора, а также высокаяэкономичность.

145

ОСНОВНОЙ ЦИКЛ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ГЛАВНОГО

РЕФЛЕКТОРА РАДИОТЕЛЕСКОПА

Белов М.В.Санкт-Петербургский государственный


Зеркальные системы больших наземных радиотелескопов миллимет-рового диапазона используют многоэлементные конструкции отражающейповерхности главного рефлектора. Для поддержания требуемой формыотражающей поверхности при этом используются различные принципыАДАПТИВНОЙ КОНТРДЕФОРМАЦИИ зеркальных пластин для компенсациивозмущений термического, механического или ветрового происхождения.

Обобщенное модельное представление о структуре системы адапта-ции формы составной зеркальной поверхности представим в виде ОСНОВ-

НОГО ЦИКЛА УПРАВЛЕНИЯ (см. на рис. основной цикл базового контурауправления). Сенсором-измерителем являетсяподсистема измеренияпространственных коор-динат w реперных точекзеркальных панелей.Подсистема целеполага-ния задает эталон – век-тор координат точек

, ,x y zw w , распола-

гаемых на поверхностистабилизации , ,x y z в

местах примыкания нормалей, проецируемых из точек, заданных векто-

ром w . Сравнение векторов w и w осуществляется дискриминатором,

вырабатывающим сигнал расхождения (сигнал ошибки) в виде оценки

Многомерныйобъект

управления (ОУ)

Сенсорно-измерительная

подсистема

Многомерныйдискриминатор

Эталоннаямодель ОУ

(подсистемацелеполагания)

w

сМногомерныйрегулятор

Исполнительныемеханизмы(актуаторы)

х

еw

в

се

Подсистемапараметрической

адаптации

w

еw

е хе с

w

с

е

еw

Условные обозначения:

- основной цикл базового контура управления,

- основной цикл управления с координатно-параметрической компенсациейвнешних возмущений (в дополнение к базовому контуру),

- основной цикл координатного управления с подстраиваемой моделью(в дополнение к базовому контуру),

- участки цикла управления, используемые в обоих дополнительных цепях

146

вектора смещения ρ по нормали реперных точек от поверхности стабили-

зации , ,x y z . Оценка ρ поступает на вход регулятора, где формируются

управления υ , в соответствии с которым исполнительные механизмы(электромеханические домкраты – актуаторы) изменяют состояние компо-нент вектора β , характеризующего положение регулируемых стержней

актуаторов. В результате изменяется состояние фазовых координат (ком-поненты вектора ρ ) объекта управления (ОУ) и, как следствие, простран-

ственное положение реперных точек (вектор w ).При наличии возмущений ε нарушается условие равновесия много-

элементной конструкции главного рефлектора в состоянии, соответст-вующем установленной поверхности стабилизации , ,x y z . Для компен-

сации подобных нарушений в описанной управляющей структуре исполь-зуются следующие возможности:

1. КОРРДИНАТНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ КОМПЕНСАЦИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ.Подсистема целеполагания играет роль эталонной модели ОУ (эталонное

состояние поверхности стабилизации w ), а параметрическую адаптацию

ОУ выполняет подсистема адаптации состояния управляемой поверхности

путем вырабатывания компенсирующих воздействий ερ , сформирован-

ных на основе опосредованных оценок уровня внешних воздействий ε ввиде оценок вектора смещения ρ реперных точек от поверхности стабили-

зации , ,x y z , а также с учетом эталонной модели w и вектора управ-

лений υ , выработанного регулятором.2. КООРДИНАТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ПОДСТРАИВАЕМОЙ ЭТАЛОННОЙ

МОДЕЛЬЮ. Здесь подсистема целеполагания играет роль «обучаемой» эта-лонной модели объекта управления, на которую воздействуют корректи-

рующие сигналы ε , вырабатываемые подсистемой параметрической

адаптации системы управления (СУ) с учетом внешних возмущений ε ,при этом в качестве косвенных оценок уровня возмущений используютсяоценки вектора смещения ρ . Одновременно в подсистеме адаптации фор-

мируются сигналы настройки регулятора ευ с целью повышения эффек-

147

тивности компенсации влияния на объект управления возмущнгтй ε . При

определении сигналов ε и ε

υ подсистема адаптации учитывает также

сведения о текущих состояниях управления υ и эталона εw поверхности

отражателя в виде аппроксимирующего параболоида, соответствующеготекущему состоянию вектора координат w реперных точек. Этот принципвоспроизводится путем использования при синтезе регулятора интер-вальных робастных законов управления, нечувствительных к помеховым

воздействиям, и автоматической коррекции описания формы εw эталон-

ного параболоида.3. КООРДИНАТНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ С ПОДСТРАИ-

ВАЕМОЙ МОДЕЛЬЮ. Навязывание составному объекту управления желае-мого поведения осуществляется путем объединения ранее рассмотренных

принципов. Чтобы эталонная модель εw соответствовала текущему со-

стоянию регулируемой многоэлементной поверхности, ее формированиеучитывает не только вектор w , но и интегральную оценку влияния возму-щений ε в виде вектора оценок смещения ρ . Эти данные, а также сведе-

ния о текущем состоянии управления υ и о текущем эталоне εw исполь-

зуются подсистемой параметрической адаптации при определении коррек-

тирующих сигналов ερ , ε

υ и ε .

ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХВОЗМУЩЕНИЙ НА УПРАВЛЯЕМУЮ СОСТАВНУЮ

ПОВЕРХНОСТЬ ГЛАВНОГОЗЕРКАЛА РАДИОТЕЛЕСКОПА

Белов М.В.Санкт-Петербургский государственный


Рассмотрим процессы, протекающие в объектах управления много-элементного главного рефлектора радиотелескопа, на которые, кроме

148

управления βi , воздействует возмущение εi . Уравнение состояния такого

i -го объекта ( i -й подсистемы отражателя) имеет вид

, 0 , 1, ,N

i N δ 01

ρ ρ ρ β ε ρ ρ

i ii i ij j ii i i i i.ji j

A A B B (1)

где ρ ivi R – вектор состояния, β im

i R – вектор управлений, i iv viiA R –

матрица параметров, i iv miiB R – матрица управлений,

:h h 1

ρ

i

nvv

ij j i iji j

A R R – функция влияния на i -ю подсистему со сторо-

ны остальных подсистем.Положим, что взаимосвязи и взаимодействия между подсистемами

многомерной отражающей поверхности отсутствуют, т.е. второго слагае-мого в (1) нет. Следовательно:

δρ ρ β ε i ii i i ii iA B B . (2)

Заметим, что данная ситуация справедлива при разбиении объектауправления – составной отражающей поверхности , ,x y z на N подсис-

тем, независимых по управлению.Пусть εi есть векторный выход стохастического командного генера-

тора вида:

, , 0 .0ζ ζ η ε ζ ζ ζi i i i i i i i i iΓ G P , (3)

в котором ζ.iζ di R , η.iη d

i R , εi – векторы состояния, входа и выхода; iΓ ,

iG , iP – матрицы состояния, входа и выхода. Тогда, объединяя (3) и (2) в

одну систему, получим:

1 1 1 1 1ρ ρ β i ii i ii iA B , (4)

где , , ,0

1 1 1 1δρ βρ βζ ηi i ii i ii

i i ii iii i i i

A B P BA BΓ G .

Таким образом, соотношение (4) по своей структуре полностью сов-падает с уравнением (3), следовательно, поведение динамической системы(4) будет аналогичным поведению командного генератора (3), возбуждае-мого шумовым управляющим сигналом.

Известно, что решение неоднородного уравнения вида (4) имеет вид:

149

, 0 ,τ τ τ dτ 0

1 1 1 1 1 1.0 .0 0ρ ρ β ρ ρ

t

i i i i ii i i. it

B (5)

где ,t t1 1.0 0i i – невырожденная переходная матрица состояний i -го объ-

екта управления с начальным состоянием ,t t 10 0i I , I – единичная мат-

рица размерности v vi i ; при этом в общем случае ,τ t τ1 1i i опреде-

ляется как:

12!

τ τ dτ τ dτ d ... 0 0 0

1 1 1 1t t t

i ii ii iit t t

I + A A A , (6)

если t

τ dτ τ dτ t

0 0

1 1 1 1t t

ii ii ii iit t

A A A A , т.е. матрицы t1 1ii iiA A , τ dτ

0

1t

iit

A

коммуникативны.В стационарных условиях решение уравнения (4) для всех t и t0 име-

ет вид:

,t t t

τ τ dτ

0

1 1 1 1 1 10 .0ρ ρ β

t

i i i i ii it

B (7)

а переходная матрица вырождается в переходную функцию вида:

1 ... ,2!

t t t t t t exp t t 2 21 1 1 1

0 0 0 0i ii ii iiI + A A A (8)

которая при 0t 0 принимает вид tt exp t

k!

11 1

0

k kii

i iik

AA .

При наличии взаимосвязей между подсистемами, что справедливопри децентрализации структуры составного зеркала по структурным при-знакам – отражающим пластинам, можно утверждать, что вторая состав-ляющая в (1) эквивалентна наличию внешнего для i -й подсистемы источ-

ника возмущений ξ̂ i . Физически эти возмущения проявляются в виде от-

клонений ˆδρi в фазовых координатах ρi i -й подсистемы–пластины. Тогда,

положив

150

ˆ ˆ ˆˆ ˆ δ δ1

ξ ρ δρ ε

n

i ij j i iji j

A B B , (9)

и выбрав ˆ δ δB B , в силу близости механизмов распространения отклоне-

ний в фазовых координатах, вызванных гравитационными или механиче-ских причинами, перепишем (1) в виде

1δρ ρ β ε i ii i ii i iA B B , (10)

где ˆ 1ε ε εi i i , при этом

, , 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1.0ζ ζ η ε ζ ζ ζ

i i i i i i i i i iΓ G P . (11)

Поскольку (10) по своей структуре полностью совпадает с (2), то иповедение этой подсистемы можно описать уравнениями, подобными (5),

а также (6)…(8), в которых векторы и матрицы , , ,1 1 1 1ρ βi i ii iiA B равны

11

ρρ ζi

ii

,

11

ββ ηi

ii

,0

11 δ

1ii i

iii

A B PA Γ ,

11ii

iii

BB G .

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РЕГУЛИРОВАНИЯПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ В ЦЕЛЯХ ОПТИМИЗАЦИИ

РАБОТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМ

Беляев Н.А., Коровкин Н.В., Чудный В.С.Санкт-Петербургский государственный


Цель работы – исследование метода поиска параметров устройств,обеспечивающих оптимальность установившихся режимов в энергосисте-мах, основанного на использовании билинейной теоремы [1]. Регулирова-ние перетоками мощности с целью повышения эффективности работыэнергосистем представляет собой объект многочисленных научных иссле-дований [2]. Предлагаемый метод регулирования заключается в рассмот-рении электрической сети как активного объекта, изменяя параметры ко-торого можно регулировать перетоки мощностей в системе, и, соответст-венно, корректировать либо изменять режим работы энергосистемы в це-лом. Метод основан на выявлении влияния параметров (активного, реак-

151

тивного сопротивления, проводимости и расположения в энергосистеме)элементов энергосистемы на её работу. Метод использует билинейнуютеорему, которая показывает, что переток активной мощности по некото-рой ветви можно представить в виде:

, ,, ,

, ,

k j k ji m i m

i m k j

xx

A BPC

в случае одного изменяемого параметра,

, , , , , , , ,1 , 2 , 3 , 4 ,

, , , , , , ,1 2 3

k j n k j n k j n k j ni m i m i m i m

i m k j n k j n k j n

x y x yx y x y

P

в случае двух изменяемых

параметров,где Рi,m – мощность, передаваемая по ветви, включённой между узлами i иm, x – реактивное сопротивление ветви, соединяющей узлы k и j, y – попе-речное сопротивление, соединяющее узел n и землю, а коэффициенты Ak,j,Вk,j, Ck,j, α1

k,j,n, α2k,j,n, α3

k,j,n, α4k,j,n, β1

k,j,n, β2k,j,n, β3

k,j,n можно найти путём реше-ния системы линейных алгебраических уравнений третьего и седьмого по-рядков соответственно или экспериментально.

На первом этапе работы моделировалась типовая энергосистема, со-держащая различные виды нагрузок. В качестве такой модели использова-лись тестовые схемы IEEE, широко используемые в зарубежных работахдля апробации, тестирования, сопоставления и демонстрации различныхметодов решения задач моделирования установившихся режимов энерго-систем. IEEE 14-, 30- и 57-узловые тестовые схемы являются наиболее по-пулярными. Они представляют собой модели установившихся режимовразличных частей американской энергосистемы AEP. Проведённые иссле-дования показали, что для регулирования перетоков мощностей в широ-ком диапазоне можно применять введение (выведение) на отдельных, наи-более «чувствительных» участках энергосистемы дополнительных регули-ровочных устройств.

Для анализа работы регулировочных устройств, в качестве которыхрассматривались FACTS-устройства, в энергосистеме на втором этапе ис-следования проводились моделирование и расчёты режимов работы напримерах реальных энергосистем, а также тестовых схем IEEE. Основноевнимание уделялось зависимостям перетоков активных и реактивных

152

мощностей от индуктивных сопротивлений ветвей. Для их получения про-водились серии расчетов режимов работы энергосистемы (программныйкомплекс RastrWin) и их последующий анализ в системе MATLAB.

Построение зависимостей перетоков активной и реактивной мощно-сти от параметра FACTS-устройства xf по всем ветвям расчётной схемыпроизводилось при последовательном изменении параметра xf в диапазоне-0.2-0.8. Типичный вид полученных зависимостей приведен на рис. 1 длятестовой 14-узловой IEEE схемы. Обобщение полученных результатовполностью подтвердило теоретические выводы о дробно-рациональномхарактере зависимости перетоков активной мощности в системе от индук-тивного сопротивления х ветви. Для реактивной мощности подобных ре-зультатов получить не удалось. Установлено, что зависимость перетоковреактивной мощности от индуктивного сопротивления х ветви имеет болеесложный вид (рис. 1) и для её подробного описания необходимо проведе-ние дополнительных исследований.

Рис. 1. Зависимость перетоков активной иреактивной мощности от

параметра FACTS-устройстваРезультаты данной работы направлены на создание метода опера-

тивного оптимального подбора параметров энергосистем, которые обеспе-чат их стабильную и безопасную работу. С помощью данного метода мож-но значительно повысить управляемость энергосистем, снизить потериэнергии в сетях, а также уменьшить количество дорогостоящих специаль-ных устройств, регулирующих процессы в энергосистемах.

Литература:

153

1. Беляев Н.А., Коровкин Н.В., Чудный В.С. Оптимизация электро-энергетических систем в целях улучшения электромагнитной совместимо-сти и электромагнитной экологии / 8-й международный симпозиум поЭМС и ЭМЭ (16-19 июня 2009 г., СПб). – СПб, 2009. – С 75-76.

2. Демирчян К.С., Коровкин Н.В., Нейман Л.Р. Теоретические осно-вы электротехники: Учебник для ВУЗов: Т. 1. - СПб.: Питер, 2009. – 521 с.

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ,КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ СИСТЕМВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

Богданов А.В., Попов М.Г.Санкт-Петербургский государственный


Наиболее ответственным электрооборудованием электроэнергетиче-ской системы, определяющим ее надежную, устойчивую работу, являютсясистемы возбуждения синхронных машин. Естественно, что к методам исредствам их диагностики, контроля и защиты предъявляются особые тре-бования по чувствительности и быстродействию. Современная теория за-щит систем возбуждения основана на классических, консервативных ме-тодах контроля [1]. Совершенствование средств защиты и противоаварий-ного управления синхронных генераторов достигается внедрением в нихпрогрессивных, высокоэффективных численных методов синтеза режимовсистем возбуждения. При этом разработка и последующая отладка алго-ритмов контроля и управления возбуждением синхронных машин воз-можны только при полной постановке задачи исследования устойчивостиэлектроэнергетических систем (ЭЭС).

Нелинейность характеристик статических, электромашинных возбу-дителей и синхронных генераторов определяет необходимость записиуравнений их переходных процессов относительно мгновенных значенийфазного тока и напряжения. Однако, интеграция полученной системы не-линейных уравнений в программные средства расчета электромеханиче-

154

ских переходных процессов ЭЭС, имеющих форму записи в комплексныхамплитудах, невозможна. В связи с этим задача совершенствованиясредств диагностики, контроля и управления возбуждением требует разра-ботки качественно новых численных методов решения системы нелиней-ных уравнений, с последующей реализацией их алгоритма в проблемно-ориентированном комплексе исследований динамических свойств ЭЭС.

Расчет нормальных и аварийных режимов статической системы с ти-ристорным возбудителем, реализующем схему Ларионова, осуществляетсяна основе метода контурных токов при вариации углов (от 0..120 градусов)открытия тиристоров. С целью снижения вычислительных затрат высоко-частотные составляющие переходного процесса, обусловленные коммута-цией тиристоров, не учитывались (шаг интегрирования принимался 1 мс).В результате тщательного анализа осциллограмм напряжения возбуждения,фазных токов и напряжений выявлен характерный спектр сигналов, а такжеразработан качественно новый алгоритм выявления повреждений в цепяхротора синхронной машины.

Литература:1. Глебов И.А. Электромагнитные процессы систем возбуждения

синхронных машин. // Ленинград: Наука. Ленингр. отд-ние, 1987. – 344 с.

ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПРИНЦИПЫ ДИСЦИПЛИНЫ«ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

Боронин В.Н., Коровкин Н.В.Санкт-Петербургский государственный


Развитие нашей страны как научно-технической державы возможнотолько на основе использования достижений науки, опережающей разви-тие ключевых направлений нового технологического уклада, дальнейшейинтеллектуализации производства, перехода к непрерывному инноваци-онному процессу, сокращению до минимума фазы внедрения и освоенияновой техники. Успешное решение этих задач определяется развитием

155

фундаментальной науки и подготовкой востребованных инженерных и на-учных кадров.

Важное место в системе подготовки кадров для электротехники,электромеханики, электроэнергетики, занимает дисциплина Теоретиче-ских основ электротехники (ТОЭ), которая, являясь основой методов ана-лиза и синтеза электротехнических устройств и развиваясь на основе при-знания материальности электромагнитного поля и учёта важнейшихсвойств физических процессов при их математическом описании, служитмостом между фундаментальной и прикладной науками. Изучение студен-тами ТОЭ, начинаясь с ознакомления их с основными понятиями и зако-нами теории электромагнитного поля, электрических и магнитных цепей,опираясь на знания, полученные ранее в курсе физики, внедряет в созна-ние студентов образ физического мышления необходимо для правильнойматематической формулировки задач, решаемых в теоретической и при-кладной электротехнике. При этом глубина изучения студентами физиче-ских явлений и законов теоретической электротехники определяет необ-ходимость и смысл изучения ими определённых разделов математики и,одновременно, обеспечивает критическое отношение к исходным положе-ниям формальных математических методов и исключает возможныеошибки при их формулировании. Таким образом, физико-математическийфундамент, лежащий в основе курса ТОЭ, служит основой, как для усвое-ния ими специальных дисциплин, так и для формирования у студентов оп-ределённого мировоззрения. Этот принцип на кафедре является основопо-лагающим при изложении лекционного материала и при проведении прак-тических и лабораторных занятий.

Свои задачи кафедра видит в коррекции содержания образования подисциплине ТОЭ в соответствии с современным уровнем интеграционныхи мировых факторов развития, а также в конструктивном использованиивозможностей учебной нагрузки (элементы научных исследований привыполнении лаб. работ, коллоквиумы по разделам курса, индивидуальныеконсультации по наиболее важным для дальнейшей деятельности темам поитоговому курсу «Теория электромагнитного поля» и др.). Сегодня насту-

156

пило время высоких наукоёмких технологий, которые и определяют ре-альный уровень развития стран и одним из главных факторов, опреде-ляющим успех нового этапа промышленного развития, по-прежнему будетявляться подготовка научно-технических кадров. Эта подготовка должнабыть ориентирована на инновационную и научно-исследовательскую дея-тельность в сфере естественных и теоретических наук и новых техноло-гий, а также на создание современных инженерных производств. Ещё бо-лее возрастают требования к обеспечению тесной связи звеньев в цепочке«образованиенаукапроизводство», которая в своей основе должна, без-условно, опираться на принцип взаимодействия фундаментальной науки иобразования, синтезирующего новые образцы техники и технологии.

РЕГИОНАЛЬНАЯ ОЛИМПИАДА ПОТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Боронин В.Н., Коровкин Н.В., Кочеткова Е.Ю.,Миневич Т.Г., Модулина А.Н., Шакиров М.А.


Олимпиады по теоретическим основам электротехники (ТОЭ) про-водятся в нашем городе уже более 30 лет. Они проходят в два тура и всеэти годы команда СПбГПУ на региональных олимпиадах (олимпиады 2-готура) оказывалась среди лучших, занимая 2-3 места.

В олимпиаде принимают участие студенты 2-3 курса, изучающиетеоретические основы электротехники. В нашем вузе это, как правило,студенты электромеханического факультета и факультета технической ки-бернетики. Значение олимпиад трудно переоценить. Теоретическая элек-тротехника для многих специальностей нашего вуза является базовой дис-циплиной, поэтому олимпиады позволяют уже на младших курсах выявитьталантливую творческую молодежь и привлечь ее к научно-исследовательской работе.

Предлагаемые студентам задачи посвящены основным разделам кур-са теории линейных электрических цепей: расчету резистивных цепей,

157

анализу установившихся синусоидальных режимов и анализу переходныхпроцессов в цепях с сосредоточенными параметрами при постоянном воз-действии.

Отличительной особенностью задач является то, что, формально,они не выходят за рамки курса теории линейных электрических цепей идля их решения не требуется проведения каких-либо сложных вычисленийили построений. В то же время они имеют нестандартную постановку, от-личающуюся от постановки задач, решаемых непосредственно при изуче-нии курса ТОЭ. Поэтому для их решения необходима не только отличноезнание теоретического курса, но и оригинальность мышления, нестан-дартный взгляд на предложенные задачи.

Отбор студентов для участия в олимпиаде начинается с третьего се-местра. Базисом подготовки студентов к олимпиаде служат задачи, приве-денные в выпущенном в 2004 г под редакцией проф., д.т.н. М.А. Шакирова«Практикуме по ТОЭ», ч. 2, которые по степени сложности соответствуютзадачам 2-го тура олимпиад, проводимых в различные годы. При проведе-нии внутривузовской олимпиады (1-й тур) студентам предлагаются задачитой же сложности, что и соответствующие задачи 2-го тура. В состав ко-манды вошли П.О. Самарцев (2083/2), Д.Н. Пешехонов (2021/3) иЕ.А. Сельков (3022/3), занявшие, соответственно, 2-е, 3-е и 4-е места вличном зачете. В результате проводимой работы команда нашего универ-ситета в 2009 г. впервые заняла 1-е место на региональной олимпиаде.

158

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ В ЭНЕРГЕТИКЕ:НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ И

ОТРАЖЕНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Бусырев А.И., Голиков В.А., Исаев Ю.М.,Плешанов В.Л., Умов В.А.


Основой развития экономики всех стран является энергетика. Гид-равлические машины (ГМ) нашли самое широкое применение в различныхотраслях хозяйства: от автомобиле- и станкостроения до робототехники.ГМ служат важной составной частью оборудования всех электростанций:тепловых, атомных и гидравлических. Поэтому специалисты, работающиев этих отраслях должны иметь профессиональные знания о таких машинахи связанном с ними оборудовании. По указанным причинам кафедра гид-ромашиностроения обеспечивает соответствующие курсы на всех кафед-рах ЭнМФ, а также − на ряде кафедр инженерно-строительного и факуль-тета технической кибернетики. Ранее, в течение многих десятилетий, про-водились занятия так же и со студентами электромеханического и механи-ко-машиностроительного факультетов.

Основными тенденциями развития лопастных ГМ (турбин, насосов,насос-турбин) являются следующие: увеличение единичной мощностигидроагрегатов; рост быстроходности; повышение эффективности; улуч-шение антикавитационных качеств; улучшение вибрационных и акустиче-ских характеристик; оптимизация переходных процессов, в том числе −аварийных; повышение надёжности работы.

Необходимо отметить, что многие из перечисленных направленийразвития лопастных ГМ находятся в противоречии друг с другом. Напри-мер, увеличение единичной мощности сочетают с ростом быстроходности,а это заметно усложняет обеспечение высокого уровня надёжности в связис резко возрастающими динамическими нагрузками.

Объемные ГМ и гидроаппаратура являются основными видами та-ких важных элементов энергетического оборудования как системы авто-

159

матического регулирования энергоагрегатами, системы смазки и системывспомогательного оборудования электростанций. Эти системы непрерыв-но совершенствуются. Поэтому изучение объемных ГМ, средств гидро-пневмоавтоматики и гидравлического объемного привода в программахподготовки специалистов находит свое важное место и отражает особен-ности современного технического прогресса.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГОАППАРАТОСТРОЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННОЙ

СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Васерина К.Н.Санкт-Петербургский государственный


Полупроводниковое аппаратостроение - постоянно развивающеесянаправление в энергетике и электротехнике, базирующееся на современ-ных достижениях, как в области силовой электроники, так и современноймикроэлектроники.

Уровень параметров силовых полупроводниковых приборов (СПП)достаточно высок, учитывая возможности новых технологий. Блокируе-мые напряжения традиционных приборов (тиристоров, диодов) достигает104В, рабочий ток 6-6,5·103А. Высоковольтные тиристоры являются доми-нирующими приборами в области очень больших мощностей и относи-тельно низких частот.

Ведущими отечественными предприятиями по производству СПП исиловых модулей на их основе являются ЗАО «Протон-Электротекс»,г. Орёл и предприятие «Электровыпрямитель», г. Саранск.

Запираемые тиристоры –GTO; GCT; IGCT – занимают место в диа-пазоне мощностей до нескольких мегаватт и являются существенно болеебыстродействующими приборами. Предельные параметры запираемых ти-ристоров 6·103В; 4·103А.

160

Биполярные транзисторы, работающие в диапазоне средних мощно-стей и частот (сотни киловатт, десятки килогерц), практически вытесненытранзистором IGBT – биполярным транзистором с изолированным затво-ром. Здесь предельные параметры 5,6·103кВ; 2,5·103А. Следующий этапразвития IGCT – введение логических («интеллектуальных») блоковуправления.

Нельзя не упомянуть перспективное направление в создании СПП -мощные полевые транзисторы MOSFET, обладающие хорошими частот-ными характеристиками.

На основе вышеприведенных достижений в области создания и раз-вития СПП можно говорить об очень больших возможностях новых разра-боток силовых полупроводниковых аппаратов в самых широких диапазо-нах мощностей и частот от бытовой техники до мощных преобразователь-ных устройств, вставок постоянного тока, компенсаторов реактивноймощности, приводов электродвигателей, защитных устройств и др.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНОГООБЕСПЕЧЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ

ПРОЦЕССОВ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ СКОМПЕНСАЦИОННОЙ ОБМОТКОЙ

Гараева Н.Р., Попов М.Г., Попов С.О.Санкт-Петербургский государственный


В современной практике исследование переходных процессов сило-вых трансформаторов, обусловленных внешними повреждениями, как пра-вило, выполняется с использованием Т-образной схемы замещения, пара-метры которой определяются из опытов холостого хода (ХХ) и короткогозамыкания (КЗ). Очевидно, что такой подход является ограниченным, по-скольку, не допускает анализа внутренних повреждений трансформаторов.Исследование этих аварийных режимов особо актуально для однофазныхавтотрансформаторов (АТ), входящих в фазоповоротный комплекс [1]межсистемной управляемой электропередачи (FACTS) 500 кВ. Особенно-

161

стью конструктивного исполнения этих АТ является наличие компенсаци-онной обмотки (КО), подключаемой параллельно обмотке НН. В этом слу-чае, кроме широко известных повреждений, характерных для обычныхтрансформаторов, опасными становятся замыкания, возникающие в КО.Этим определяется необходимость совершенствования методов и про-граммных средств исследований переходных процессов таких однофазныхАТ.

Основные трудности реализации математических моделей транс-форматоров заключаются в учете нелинейности их параметров. Созданиеуточненного математического описания переходных процессов АТ с КОосуществляется в несколько этапов – составление системы уравнений маг-нитной цепи согласно законам полного тока и Кирхгофа; получение ана-литических выражений потокосцеплений для вычисления параметров схе-мы замещения электрической цепи; разработка расчетной схемы замеще-ния в фазных и симметричных составляющих. Разработанное математиче-ское описание реализовано в проблемно-ориентированном программномобеспечении исследований статических и динамических режимов работысложных электроэнергетических систем. Апробация математической мо-дели осуществлялась при проведении компьютерных исследований при-менительно к режимам ХХ и КЗ. В результате сравнительного анализарассчитанных значений токов и напряжений с заводскими паспортнымиданными установлена адекватность предложенной математической моде-ли. Дальнейшее исследование внутренних повреждений вышеописанныхАТ с КО позволит разработать новые алгоритмы контроля и защиты сило-вых электрических машин.

Данная работа проводится в рамках реализации ФЦП «Научные инаучно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 го-ды.

Литература:1. Ванин В. К. , Попов М. Г. Фазоповоротный трансформатор. Осо-

бенности построения системы релейной защиты. // Новости Электротех-ники, № 2(56), 2009, с. 42-45.

162

ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМАКОНТРОЛЯ РАБОЧЕГО СОСТОЯНИЯ

ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

Голенищев-Кутузов А.В., Евдокимов Л.И., Черномашенцев А.Ю.Казанский государственный энергетический университет

При нынешнем состоянии российской энергетики, когда 40-50% ос-новного силового оборудования выработало свой ресурс, основной зада-чей диагностики становится продление срока службы оборудованиявплоть до полной выработки его реального ресурса. При этом на первыйплан выходят методы диагностики, которые обеспечивают контроль теку-щего состояния оборудования на месте его установки, под рабочим на-пряжением и, желательно, в процессе нормальной эксплуатации. Основ-ным вопросом, на который должна ответить диагностическая система яв-ляется возможность или невозможность дальнейшей безопасной эксплуа-тации оборудования. Одним из таких методов является метод контроля со-стояния высоковольтной изоляции по характеристикам частичных разря-дов (ЧР) возникающих задолго до полного пробоя. Этот метод позволяетвыявлять дефекты изоляции на самых ранних стадиях их возникновения,отслеживать их развитие, оценивать текущее состояние изоляции и воз-можность дальнейшей эксплуатации оборудования.

Анализ различных экспериментальных данных показал, что наибо-лее эффективным представлением данных являются амплитудно-фазовыедиаграммы (АФД) сигналов ЧР.

Решением всех этих проблем и добавлением новых возможностейможет на наш взгляд стать использование компьютерной диагностическойсистемы как средства измерения. Использование такой системы позволитнакопить большой статистический материал, касающийся зависимости со-стояния изолятора от амплитуды возникающих ЧР, их количества и мо-мента появления и затем использовать его в дальнейшем для контроля со-стояния полимерной изоляции.

Наиболее важными характеристиками сигналов ЧР являются вре-менные зависимости различных характеристик импульсов ЧР в пределах

163

периода высоковольтного напряжения. Именно, так называемые, “фазовыераспределения” параметров ЧР позволяют в принципе определять тип ис-точника сигналов ЧР. Наиболее точно фазовые распределения параметровЧР можно осуществлять путем разбиения периода переменного напряже-ния на ряд временных интервалов.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙМОЩНОСТИ ОТ ТУРБОАГРЕГЕТОВ ТЭЦ В ПЕРИОД

ПИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Горячих Н.В.Читинский государственный университет

Проблеме покрытия переменной части графиков электрической на-грузки в последнее время уделялось много внимания. В последние 10-15 лет в энергосистеме нашей страны появляется все большая тенденция,вследствие ряда объективных факторов, к разуплотнению суточных и не-дельных графиков электрической нагрузки. Особенно остро эта проблемастоит в период значительной загрузки теплофикационных отборов турбин,вследствие их значительной доли в большинстве регионов России. Разуп-лотнение электрических графиков нагрузки энергосистем требует, кромесоздания специальных пиковых агрегатов и пиковых электрических стан-ций, использования различных резервов мощности энергосистем.

Вопросы резервирования электрической мощности необходимо рас-сматривать в условиях полного обеспечения тепловой нагрузки. Можновыделить основные три способа получения дополнительной мощностиТЭЦ:

– способ с ограничением тепловой нагрузки турбины и покрытиемнедоотпуска тепла ПВК. Этот способ предполагает снижение тепловой на-грузки турбин и передачу этой нагрузки на ПВК. При этом возможно по-лучение дополнительной мощности от турбоагрегатов ТЭЦ.

– способ ограничения нагрузки турбины и покрытием недоотпукатепла от основных сетевых подогревателей пиковым подогревателем. В

164

данном способе покрытие недоотпуска тепла основных сетевых подогре-вателей предполагается осуществлять от пиковых сетевых подогревателей.Возможны различные способы включения пиковых подогревателей.

– способ с ограничением нагрузки турбины и использованием акку-мулирующих свойств зданий и тепловых сетей. Использование инерцион-ных свойств зданий и тепловых сетей дает возможность снижать тепловуюнагрузку турбин в период пиков электрических нагрузок. Предел сниже-ния тепловой нагрузки прежде всего определяется температурой внутрен-него воздуха потребителей.

Для выбора оптимального способа получения дополнительной мощ-ности ТЭЦ следует учитывать несколько критериев оценки. К таким кри-териям необходимо отнести предел регулирования, эффективность турбо-установки, а в виде экономических критериев будут выступать удельныезатраты, отнесенные к полученной дополнительной мощности турбоагре-гатов.

АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙУСТОЙЧИВОСТИ В ПРОГРАММАХ

РАСЧЕТОВ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ

Гук О.М.Санкт-Петербургский государственный


Расчеты статической устойчивости лежат в основе решения многихзадач проектирования и управления электроэнергетическими системами.От корректности анализа статической устойчивости зависят и надежностьработы энергосистемы, и полнота использования ее пропускной способно-сти.

Контролируемыми параметрами при анализе устойчивости режима,как правило, являются перетоки активной мощности в сечениях энерго-системы и напряжения в узлах нагрузки. Устойчивость режима оценивает-ся по величине коэффициентов запаса по активной мощности и напряже-нию. Эти показатели рассчитываются на основе параметров исследуемого

165

на устойчивость и предельного режимов. Основной задачей при анализеустойчивости является определение параметров предельного режима. Этазадача имеет множество решений, соответствующих границе области ус-тойчивости в пространстве регулируемых параметров режима. Для надеж-ной оценки устойчивости режима необходимо найти точку на границе об-ласти устойчивости, ближайшую к точке, соответствующей текущим па-раметрам режима в пространстве регулируемых параметров.

Расчет статической устойчивости в программах расчета установив-шихся режимов основывается на критерии изменения знака свободногочлена характеристического уравнения системы. В большинстве программуравнения установившегося режима решаются с помощью итерационногометода Ньютона, использующего обратную матрицу Якоби. Якобиан урав-нений установившегося режима совпадает, при определенных допущени-ях, со свободным членом характеристического уравнения системы. Присмене знака якобиана нарушается сходимость итерационного процесса,что трактуется как выход на границу области устойчивости.

Поиск предельных режимов реализуется последовательным утяже-лением исходного режима путем изменения группы регулируемых пара-метров режима (обычно, мощности генерации). Методические указаниярекомендуют рассматривать ряд траекторий утяжеления, характерных дляданной системы, и выбирать для дальнейших расчетов предельный режим,соответствующий минимальному значению контролируемого параметра,т.е. решать задачу методом перебора. В некоторых программных комплек-сах имеется дополнительная возможность расчета значений элементовматрицы Якоби. При наличии такой возможности, более корректнымпредставляется анализ статической устойчивости на основе анализа мат-рицы Якоби.

166

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХЦЕОЛИТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

Дорфман Ю.В., Пинигин В.В.Читинский государственный университет

Современные масштабы глубокого использования каменных и бу-рых углей ограничиваются экологической стороной данного процесса.При сжигании углей в промышленных энергоустановках образуются хи-мические соединения, содержащие азот и серу, оксиды которых, попадая ватмосферу, загрязняют ее. Наиболее перспективными на сегодняшнийдень являются высокоэффективные, малозатратные и в то же время несложные в осуществлении методы очистки дымовых газов. В их числе од-ним из первых выступает адсорбционный метод, основанный на примене-нии природных цеолитов.

Цеолиты в отличие от известняка способны поглощать целый ряд га-зовых составляющих: оксиды азота, двуокись серы, сероводород, аммиак,сероуглерод и др. Также достоинством цеолитов перед другими адсорбен-тами является их низкая стоимость и большие запасы в минерально-сырьевой базе страны (из них примерно 50 % общих запасов приходитсяна Сибирь и Дальний Восток).

Природные цеолиты представляют собой кристаллический алюмо-силикатный анион, заряд которого компенсируется катионами натрия, ка-лия, кальция или магния. Поглощательная способность цеолитов связана сявлением адсорбции – концентрированием газовой фазы на поверхноститвердого тела (адсорбента) или в объеме, образуемых его структурой пор.

Немаловажная особенность природных цеолитов заключается в воз-можности их использования в течение длительного времени. Однако с уве-личением числа адсорбционно-десорбционных циклов происходит неко-торое снижение поглощательной способности цеолитов (падение активно-сти происходит во время первых 5..10 циклов, затем значение активностистабилизируется на уровне 87 % от первоначальной).

167

Адсорбционные свойства цеолитов определяются эффективным диа-метром входных окон и внутрикристаллическим объемом, занятым моле-кулами воды. При медленном нагревании цеолита молекулы воды вытес-няются и оставляют после себя пустоту в правильно расположенной струк-туре цеолита, которая остается неизменной. Эти пустоты образуют внут-рикристаллический объем, определяющий число молекул, которые могутбыть поглощены дегидратированным цеолитом. Сама структура – микро-пористая и размер пор близок к размерам малых молекул. Поэтому цеоли-ты пригодны для очистки дымовых газов промышленных энергоустано-вок.

ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРРЕАКЦИЙ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ

КАРБОНАТНЫХ МИНЕРАЛОВ ОТ СКОРОСТИ НАГРЕВА

Захаров В.Ю., Прима А.Санкт-Петербургский государственный


Влияние скорости нагрева - один из наиболее интересны и важныхвопросов в теории и практике термического разложения твердых тел. Хо-рошо известно, что при увеличении скорости нагрева температурный ин-тервал протекания реакций расширяется и одновременно сдвигается в об-ласть более высоких температур.

Ряд исследователей, изучая кинетику твердофазных реакций, в про-цессе которых образуются газообразные продукты, и, списывая её уравне-нием первого порядка, получали, что кривые зависимости начальной тем-

пературы реакций (Т н ) от скорости нагрева всегда имеют затухающий ха-рактер. Аналогичные зависимости температур начала и максимума скоро-

сти реакции (Т м ) получены экспериментально и для эндотермических про-цессов разложения твердых тел. Большинство авторов отмечали, что этокривые типа логарифмических (т.е. Т~lnq, где –q скорость нагрева).

168

Той же точки зрения придерживались ранее и авторы настоящей ста-тьи. Так, нами были получены и опубликованы аналогичные зависимости

характерных температур (Т н , Т м и конца реакции Т к ) от скорости нагревадля карбонатных минералов, образующих минеральную часть горючихсланцев и мы также считали, что это кривые типа логарифмических.

Однако, в дальнейшем нами было теоретически показано, что еслинекоторое фиксированное значение доли прореагировавшего вещества(или доли выделившегося газа) α достигается при различных скоростях

нагрева q i = dtdT

, и соответственно, при различных температурах вещества

Т i , то эти величины связанны соотношением

Т i ~q i l1, (1)

где параметр l > 2. Это соотношение объясняет затухающий характер кри-

вых T н =T н (q), Т м =Т м (q), Т к =Т к (q).Более того, отсюда следует, что затухающий характер кривых свой-

ственен не только характерным температурам реакций, но любой темпера-

туре T i =T i (q), связанной с произвольным фиксированным значением α.

В настоящей работе изучены зависимости вида Т i =T i (q) и проверя-лась применимость уравнения (1) для кальцита, магнезита, сидерита, и до-ломита. Доля прореагировавшего вещества бралась в пределах от 0.1 до0.9 с шагом 0.1, скорость нагрева изменилась от 0.5 к/мин до 20 к/мин, т.е.в 40 раз. Выбор скоростей продиктован необходимостью обеспечениякорректности результатов опытов. Кинетические измерения являются кор-ректными, если перепад температур в образце не превышает 3К, что оце-нивалось по формуле

q<<(5…10)∆T 2R

a , (2)

Справедливой для тел из реагирующего материала, где a-температуропроводность, ∆Т-перепад температур, R-радиус частицы об-разца.

Для ликвидации возможных диффузионных осложнений размер час-тиц был ~100мкм и не превышал критического, при котором реакция тер-

169

молиза начинает «сваливаться» в переходную область. Этот критическийразмер был определен нами в предыдущих работах для всех вышеупомя-нутых минералов.

Доля прореагировавшего вещества α определялась по эксперимен-тальным термогравиметрическим кривым

m=m[T(t)] и dtdm

= dtdm

[T(t)], (3)

где m-масса образца, t-время.Кинетика процесса описывалась формально-кинетическим уравне-

нием

dtd

=k0exp(- RTЕ

)(1-α)n, (4)

где k0- предэкспоненциальный фактор, Е-энергия активации, n-порядок ре-акции, R-универсальная газовая постоянная.

Расчеты проводились по уравнению

α =1-{1-(1-n)q

k0 [ E

RT-2( E

RT)

2]} )1(

1n , (5)

которое получают интегрированием (4) при постоянной скорости нагреваи разложении в ряд оставшегося «температурного» интеграла. Для топо-химических реакций, которым относятся все описываемые процессы,Е>>RT и ряд является быстро сходящимся (мажорируется рядом фактори-ального типа), следовательно, для практических расчетов можно ограни-читься одним- двумя членами.

В результате обработки эксперимента для всех минералов подтвер-

дилось теоретическое предположение, что кривые T i =T i (q) не являютсялогарифмическими, а подчиняются зависимости (1) и, следовательно, ук-ладываются на прямую в координатах

lnT i =Alnq i +B, (6)где А и В- постоянные, свои для каждого минерала.

Полученные результаты, кроме общетеоритического интереса, по-зволяют оценивать поведение карбонатной части горючего сланца при раз-

170

личных скоростях нагрева, т.е. при разработке различных технологий егоиспользования и переработки.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ - ОСНОВА ПОВЫШЕНИЯКОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ РЕГИОНАЛЬНОГО ТЭК В

СФЕРЕ ТРАНСПОРТНЫХ УСЛУГ

Кичигин О.Э.Санкт-Петербургский государственныйинженерно-экономический университет

Регулирование энергосбережения является многоуровневым процес-сом, включающим государственное, федеральное, региональное (субъектаФедерации) и муниципальное регулирование и соответствующий меха-низм управления. Центральное место в этой системе, безусловно, занимаетгосударственное федеральное регулирование, при этом, не существует хо-зяйственной системы, которая могла бы обойтись без государственногоуправления ТЭК.

Стремительный рост транспортных услуг становится всё более важ-ной сферой энергосбережения. Для разработки регионально-муниципальных программ энергосбережения, способных обеспечить тер-риториальную безопасность: социально-экономическую, транспортную,демографическую, энергетическую и т.д. можно предложить основные на-правления повышения энергоэффективности в транспортном секторе. Кважнейшим из них относятся:

- переход к экологическому стандарту Евро-4;- создание стимулов, побуждающих потребителей пользоваться эф-

фективными транспортными средствами, в т.ч. с экологически чистымидизельными и гибридными двигателями, в т.ч. на общественном транспор-те;

- поощрение диверсификации источников энергии для транспортныхсредств на основе новых технологий, в т.ч. использование различных ви-дов биотоплива, сжатого и сжиженного природного газа, сжиженного по-путного газа и различных видов синтетического жидкого топлива;

171

- поощрение более широкого применения на традиционных транс-портных средствах современных технологий, материалов и оборудования,позволяющих снизить вес, улучшить аэродинамические характеристики иКПД двигателей, трансмиссии, рулевого управления, автопокрышек и др.;

- интенсифицирование НИОКР для создания транспортных средств,работающих на бензине/водородном топливе и водородных топливныхэлементах;

- способствование там, где это целесообразно, развитию трансмо-дальных и трансграничных систем перевозок, трансконтинентальныхтранспортных коридоров.

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ НАМНОГОЦЕПНЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЯХ

Кияткина М.Р.Санкт-Петербургский государственный


В наши дни для передачи и распределения электроэнергии в круп-ных городах и на промышленных предприятиях широко используютсятрехфазные группы однофазных кабелей высокого напряжения 6-500 кВ сизоляцией из сшитого полиэтилена и с металлическим (медным) зазем-ленным экраном.

Многие кабельные передачи состоят из двух (и более) параллельнопроложенных цепей. Наиболее часто используемые схемы взаимного рас-положения фаз цепи показаны на рис. 1, а, б − в вершинах равносторонне-го треугольника или в ряд соответственно.

а бРис. 1

Рассмотрим двухцепную кабельную линию 110 кВ длиной 1000 м,состоящую из однофазных кабелей (при двух указанных на рис. 1 вариан-

172

тах взаимного расположения фаз) с медными экранами сечением 95 мм2,заземленными с одной стороны. Был произведен расчет напряжений, на-водимых на незаземленных концах экранов кабелей отключенной цепи вслучае, когда вторая цепь находится в работе (под напряжением). Как по-казал расчет, работы на отключенной цепи в этом случае могут быть не-безопасны (рис. 2, а, б).

а бРис. 2

Вывод: при проектировании, прокладке и эксплуатации кабельныхлиний классов напряжения 6-500 кВ следует обратить внимание на то, что:

1) на экранах кабелей отключенной линии могут быть напряжения,опасные для человека;

2) следует располагать фазные кабели сомкнутым треугольником;3) расстояние в свету между цепями кабельной линии должно быть

не менее 0,5 м.

БЕЗДЕАЭРАТОРНАЯ СХЕМА ДВУХКОНТУРНОЙ АЭС

Корнев В.К.Институт ядерной энергетики (филиал) Санкт-Петербургского

государственного политехнического университета,г. Сосновый БорШишканов П.А.

ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Ленинградская АС»

Применение деаэраторов повышенного давления в тепловых схемахТЭС и АЭС обусловлено необходимостью удаления неконденсирующихсягазов из контурной воды, регенеративного подогрева и создания запаса

173

питательной воды для её циркуляции через парогенерирующую установкув случае разгерметизации технологического контура. При этом использо-вание деаэраторов создаёт ряд неудобств, связанных с усложнением схемыподвода греющего пара из различных по давлению отборов, регулирова-нием давления в деаэраторе, установкой и эксплуатацией питательных на-сосов, с размещением крупногабаритного оборудования в главном зданииэлектростанции и др. Применение бездеаэраторной схемы на АЭС болеецелесообразно для второго контура, где требования к качеству контурнойводы обычно ниже, чем для реакторной воды. Практика эксплуатации обо-рудования АЭС с реакторами ВВЭР показывает, что экстренное использо-вание ёмкостей баков деаэраторов в чрезвычайных ситуациях в полномобъёме происходит редко, использование деаэратора в качестве элементасистемы регенерации неэффективно, т.к. увеличение температуры пита-тельной воды ограничено спецификой установки и режима работы пита-тельного насоса. Кроме того, использование легированных конструкцион-ных материалов и отсутствие водорода в конденсате позволяет понизитьтребования и, возможно, исключить термическую деаэрацию, производи-мую в смешивающих колоннах деаэраторов. Отказ от использования де-аэраторов во втором контуре АЭС даёт возможность реконструироватьсистему регенерации, переведя деаэрацию в смешивающие подогревателинизкого давления ПН1 и ПН2, куда будет поступать парогазовая смесь извсех последующих по ходу конденсата поверхностных подогревателей.Основными особенностями предлагаемого инженерного решения являетсяотказ от использования подогревателей высокого давления и их заменаподогревателями низкого давления, установка дополнительной ступениконденсатного насоса КН-3 – аналога КН-2 между ПН-5 и ПН-6 (при об-щем количестве подогревателей 8 шт.). Местом установки питательногонасоса является выход из последнего подогревателя в соответствии срис. 1.

1,2 - смешивающие подогреватели,3-8 - подогреватели низкого давления,9,10,11 - конденсатные насосы 1,11,111 ступени,

174

12 - питательный насос,13 - приводная турбина,14 - конденсатор приводной турбины,15 - смесители.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТНОГО СЕКТОРААТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ КАК ОСНОВА ПОВЫШЕНИЯ

КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ АЭС

Кретов М.Г.Санкт-Петербургский государственный


Широкое использование систем автоматизированного проектирова-ния (САПР) при создании сложных технико-экономических систем в на-стоящее время является нормой, однако применение систем интеллекту-ального проектирования (СИП) впервые началось в атомной промышлен-ности. СИП использует прикладные программы для решения задач по ин-жинирингу в Information Management System (IMS).

СИП представляет собой организационно-технический комплекс,состоящий из большого числа подсистем и компонентов. Подсистемы яв-ляются основными структурными звеньями СИП, они делятся на проекти-рующие и обслуживающие, а также различаются в зависимости от отно-шения к объекту проектирования на объектно-ориентированные (объект-ные) и объектно-независимые (инвариантные) системы.

Проблема синтеза оптимальной структуры СИП решается в настоя-щее время как путем использования опыта создания автоматизированныхсистем управления, так и за счет накопления и использования опыта соз-

175

дания и эксплуатации крупных программных комплексов в атомной элек-троэнергетики. Общая структура комплекса СИП представлена на рис. 1.

Рис. 1Информационное обеспечение проекта основано на Проектной базе

данных. Первичная информация для проектировщика поступает из но-менклатурной базы данных. Номенклатурная база данных представляетобщий сбор информации об элементах оборудования и поставщиках. Наоснове технологических 2D схем реализуется 3-х мерная модель блока. Из3-х мерной модели реализуются 2D чертежи. Для этого используется ин-формация о координатах из базы данных 3-х мерной модели.

Центральной частью проекта является 3-D модель АЭС, которая со-провождает объект на всех этапах жизненного цикла и обеспечивает по-вышение эффективности работ на каждом из них.

Этап технико-экономического обоснования (ТЭО) (проект). Основ-ным преимуществом применения технологий 3-D проектирования на дан-ном этапе является возможность проводить всесторонний и точный эко-номический анализ альтернативных решений до окончательного утвер-ждения ТЭО (проекта). Так как стоимость проекта во многом определяется

176

решениями, принятыми на этапе концептуального проектирования на ста-дии ТЭО.

Этап рабочего проектирования. Одной из важнейших функций тех-нологии Product Development System (PDS) является автоматическая про-верка взаимного расположения различных категорий оборудования: тру-бопроводов, систем теплоснабжения и вентиляции, силовых конструкций,электропроводки и т.д. Чем сложнее и масштабнее проект, тем больше от-дача от внедрения технологии 3D PDS и выше экономический эффект.

Сооружение объекта. К одному из основных преимуществ этой тех-нологии следует отнести возможность трехмерной визуализации при пла-нировании монтажных работ, высокую точность определения необходи-мого количества комплектующих и существенное (с 12% до 2%) снижениедоли переделок в общем объеме монтажных работ.

Эксплуатация объекта. Инженерный персонал эксплуатирующейорганизации использует трехмерную модель предприятия для оптимиза-ции графиков наладки и технического обслуживания оборудования, соз-дания систем безопасности, обучения новых сотрудников и проведенияразличных исследований, включая моделирование аварийных ситуаций.

Возможность демонстрации Заказчику трехмерной модели буду-щего объекта со связанными схемами и атрибутивной информацией такжеявляется немаловажным фактором.

Для создания трехмерной модели АЭС соответствующей требовани-ям, принятым в мировой практике, уже на стадии разработки технологиче-ских схем необходимо использование САПР высокого уровня. При этомиспользование интегрированных 2D и 3D технологий проектирования даетзначительный экономический эффект в следствие:

- сокращения срока проектных работ;- повышения качества проекта (сведение к минимуму переделок на

этапе строительства, более точные спецификации и т.д.);- возможности вести сопровождение объектов на качественно новом

уровне;- накопления и многократного использования инженерно-

технических решений и ноу-хау и т.д.

177

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯКОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ

РОССИЙСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Ксенофонтова Т.Ю.Санкт-Петербургский инженерно-экономический университет,

холдинг «Электропроф»

Сегодня глобальное нарастание дефицита всех видов ресурсов, и ихналичие в России, расширяет значение её как глобальной торговой ре-сурсной площадки. С учётом неизбежного роста цен на углеводороды вперевозках всё большее значение будет занимать морской (включая ледо-кольный), ЖД, трубопроводный виды транспорта. Срединная роль Россиипозволяет ей стать глобальным хабом между ЕС и Китаем. Порты, грузо-вые суда и ЖД, как основа логистики, очень важны для России. Скорост-ные транспортные транзитные коридоры Север – Юг, Запад – Восток, Се-верный морской путь - геополитически выгодны для России и увеличива-ют её функцию срединной державы. Заказчиком новых железнодорожныхпутей и покупателем подвижного состава должно выступать Правительст-во РФ и ОАО «РЖД».

Выход же на внешние рынки, с точки зрения ассортимента продук-ции российского машиностроения (ЖД подвижной состав), может осуще-ствляться двумя способами: с продукцией без принципиального измененияее технологического уровня и с продукцией на новом технологическомуровне. Изменений не требуется при выходе на рынки стран с железнодо-рожной колеей равной 1520 мм. По описанным выше параметрам можновыделить следующие потенциально привлекательные экспортные направ-ления:

Страны СНГ (Украина, Белоруссия, Казахстан, Азербайджан, Узбе-кистан, Туркменистан, Армения, Грузия, Киргизстан, Таджикистан, Мол-давия).

Прочие страны с колеей 1520 мм (Латвия, Литва, Эстония, Монго-лия).

178

По результатам оценки потенциально привлекательных экспортныхнаправлений страны были разделены на следующие группы по перечис-ленным выше параметрам:

Наиболее привлекательные страны: Украина, Белоруссия, Казах-стан. Страны характеризуются сравнительно высоким рыночным потен-циалом; сложность проникновения на рынок оценивается как низкая илисредняя. Страны со средним рыночным потенциалом: Узбекистан,Азербайджан, Армения, Грузия, Молдавия, Монголия, Туркмения. Наи-менее привлекательные страны: Латвия, Литва, Эстония, Таджикистан,Киргизия. Экспансию на рынки этих стран рекомендуется осуществлять,например, в случае инициативы со стороны страны-импортера.

Литература:1. "Эксперт" № 14 2009 г.www.epr-magazine.ru/.../freerompipe/gr2.gif,http://cscp.ru/clauses/5/c/3820

О ВОЗМОЖНОЙ АППРОКСИМАЦИИИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Кукис В.С.Челябинское высшее военное автомобильное

командно-инженерное училищеРыбалко А.И.

ОАО «15 центральный авторемонтный завод»,г. Новосибирск

При исследовании теплоэнергетических силовых установок, рабо-тающих по замкнутому (или условно замкнутому) циклу, широко исполь-зуется представление протекающих в установке физических явлений оп-ределенной совокупностью термодинамических процессов – термодина-мической моделью. Следует подчеркнуть, что любая термодинамическаямодель описывает реальные процессы с той или иной степенью прибли-жения. Это обусловлено принятыми при ее составлении допущениями и

www.epr-magazine.ru/

http://cscp.ru/clauses/5/c/3820

179

предположениями, цель которых - упростить модель, сделать ее удобнойдля использования. Чрезмерное упрощение модели может привести к по-тере точности; желание детализировать ее – к усложнению. Поэтому важ-но найти компромисс между простотой и полнотой описания. Критериемпри этом должна служить адекватность используемой модели, т.е. пра-вильное качественное и количественное (с некоторой разумной степеньюточности) описание реальных процессов.

Для отображения энергетических явлений, совершающихся во внут-реннем контуре двигателя Стирлинга, в литературе предложен ряд термо-динамических моделей (классический термодинамический цикл Стирлин-га, циклы, предложенные А.А. Бундиным, В.И. Евенко, псевдоцикл Стир-линга Рейллиса и Уриелли, «изотермический» и «адиабатный» циклыРейллиса и Треска, регенеративный цикл Отто и др.), которые обсуждают-ся в докладе.

Реальные индикаторные диаграммы, получаемые при испытанияхдвигателей Стирлинга, существенно отличаются от рассмотренных вышевариантов описания процессов, совершающихся во внутреннем контуре.

Анализ рабочего процесса во внутреннем контуре двигателя Стир-линга с учетом кинематики механизма привода рабочего поршня и вытес-нителя позволил авторам предложить вариант аппроксимации реальнойиндикаторной диаграммы восьмью политропами. В докладе приводитсяобоснование определения границ каждого из процессов. Показано, чтопредложенная термодинамическая модель обеспечивает наименьшуюошибку при определении индикаторного КПД и параметра мощности всравнении с любыми другими вариантами термодинамических циклов.

180

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ ВСОСТАВЕ НАГРЕВАТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Куколев М.И., Бреусов В.П., Булович С.В.,Вильдяева С.Н., Абакшин А.Ю.


Применение систем косвенного нагрева ДС с использованием тепло-вых труб (ТТ) является перспективным, так как позволяет повысить эф-фективность установок с ДВПТ [1,5]. Целью исследования являлось опре-деление характера течения паровой фазы рабочего тела в контуре ТТ сис-темы нагрева ДС и влияния циклического изменения температуры горячейполости двигателя на работу ТТ.

Моделировалась единичная ТТ диаметром 0,002 м, состоящая изтрех зон: входной и выходной твердых стенок толщиной 0,0005 м и внут-реннего пространства с паровой фазой рабочего тела ТТ.

Решалась нестационарная задача теплообмена. Для описания тепло-обмена в твердом теле использовалось уравнение теплопроводности, теп-лообмена и движения в паровой фазе – система уравнений Навье-Стокса.Проведенная методами [1] оценка показала, что влияние жидкой фазы напроцессы движения пара и теплообмена в ТТ пренебрежимо мало.

Задача решалась численными методами с использованием програм-мы FLUENT 6.1.22 на каф. Гидроаэродинамики ФМФ СПбГПУ.

Граничные условия:1. На внешней границе входной стенки, нагреваемой с помощью не-

которого нагревательного устройства, заданы граничные условия I рода -температура равна 1000 К.

2. На внешней границе выходной стенки заданы нестационарныеграничные условия III рода - тепловой поток, определяемый из условияконвективного теплообмена между стенкой и рабочим телом в цилиндредвигателя (при циклическом изменении температуры рабочего тела от 800до 900 К);

181

3. На внешней стенке полости задано условие «прилипания». Навходной границе полости массовый расход пара рабочего тела ТТ опреде-ляется из условия сообщения ему при его испарении количества теплоты,передаваемой от входной стенки: G=q/L, где L - скрытая теплота парооб-разования рабочего тела ТТ. На выходной границе давление определяетсяиз условия «запирания» при конденсации пара [2,3]. Из обратного выра-жения определяется температура пара на входной границе полости. Такимобразом реализуются граничные условия IV рода – масса рабочего тела,участвующего в процессе фазового перехода, определяется передаваемымтепловым потоком.

4. Температура внутренней границы входной стенки определяетсятемпературой пара во внутренней полости трубы. На внутренней границевходной стенки задан тепловой поток, определяемый из условия, обратно-го приведенному в пункте 3.

В качестве примера на рис. 1 представлен один из результатов реше-ния задачи.Задача решаласьв осесимметрич-ной постановкена сетке 210x20ячеек.

Рис. 1. Распределение температур по оси ТТ взависимости от ее протяженности в

момент времени 0,0004 с.Проведенное исследование позволило сделать следующий вывод:

колебания температуры рабочего тела в цилиндре ДВПТ оказывают ми-нимальное влияние на работу ТТ системы непрямого нагрева, проникая нанебольшое расстояние от выходного конца трубы.

182

Литература:1. Дан П., Рей Д. Тепловые трубы. – М.: Энергия, 1979 – 271 с.2. Варгафтик Н.Г. Справочник по теплофизическим свойствам газов

и жидкостей. – М.: Наука, 1972 – 721 c.3. Казанцев А.А., Кондратьев А.С. Простые формулы для определе-

ния термодинамических свойств натрия. – 2008 – 93 c.4. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. – М.: Мир, 1986 – 464 c.5. Бреусов В.П. Двигатель внешнего подвода тепла (вчера, сегодня,

завтра). – СПб.: Нестор, 2007. – 156 с.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ НАШИНАХ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Лапидус А.А., Дегтярёв А.А.Санкт-Петербургский государственный


Надежность электроснабжения собственных нужд (СН) напряжени-ем 6,3 кВ энергоблоков существенно зависит от глубины и длительностипровалов напряжения при коротких замыканиях в схеме электростанции.Всесторонний анализ совокупности повреждений, приводящих к проваламнапряжения на шинах СН, осложняется очень большим количеством вари-антов взаимного расположения и подключения энергоблоков, резервныхтрансформаторов собственных нужд, точек короткого замыкания с учетомразличных режимов коммутационной аппаратуры (ремонт или отказ вы-ключателей). Таким образом, число различных аварийных сценариев впределах одной электростанции может доходить до нескольких сотен. Всвязи с этим была поставлена задача выделить из всевозможных сценариевразумное число вариантов, а также – оценить количественные показателиснижения напряжения на шинах СН.

Для типовых электростанций составлены схемы замещения, методом«сворачивания» и «разворачивания» схемы относительно точек короткогозамыкания найдены распределения токов и напряжений в ветвях и узлах

183

схемы. Вычислены уровни напряжения на шинах СН при коротких замы-каниях в различных точках схемы.

Проведен систематический анализ событий, которые с определеннойвероятностью могут привести к провалам напряжения на шинах СН. Наосновании теории надежности сформировано дерево отказов – разомкну-тый граф, состоящий из ветвей (событий) и узлов (логических операций И,ИЛИ, НЕ) над этими событиями.

Дерево отказов позволило определить, какие элементы схемы теря-ют питание и на какой промежуток времени. Сценарии постепенно услож-нялись – один из выключателей схемы выводился в ремонт, моделировал-ся отказ другого выключателя. Кроме причин аварийной ситуации былирассмотрены меры по их ликвидации, учитывающие штатное отключениевыключателей, устройство резервирования при отказе выключателя, авто-матическое включение резерва.

После расчета рассмотренных случаев были сделаны выводы о влия-нии провалов напряжения в системе СН на общую надежность схемы. Ре-зультаты исследований могут быть использованы для оптимизации схемыпитания систем собственных нужд на электростанциях.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМЕХАНИЗМОВ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ПРИ

ПОВРЕЖДЕНИЯХ В ГЛАВНОЙ СХЕМЕ

Лапидус А.А., Платонов И.Д.Санкт-Петербургский государственный


К надёжности работы электропривода механизмов собственныхнужд (СН) электростанций предъявляются высокие требования. При по-вреждениях в схеме станции необходимо обеспечить бесперебойную ра-боту наиболее ответственных механизмов СН за счет рабочего или резерв-ного источника электроэнергии. Актуальной является задача совершенст-вования станционной автоматики, адекватно реагирующей на провалы на-

184

пряжения, обеспечивающей успешный самозапуск и автоматическое по-вторное включение отключенных двигателей.

На сегодняшний день исчерпывающее решение данной задачи от-сутствует, что объясняется высокой сложностью и разнообразием процес-сов, протекающих при обесточивании и восстановлении питания в систе-мах СН. Важной задачей является повышение надежности работы элек-тропривода механизмов собственных нужд электростанций при провалахи исчезновениях напряжения.

В связи с выбранной тематикой рассмотрены вопросы динамики аг-регатов СН в условиях перерыва питания и последующего ввода резервно-го источника: пуск, самозапуск АЭД, противофазное включение АЭД СНстанции, выбег агрегатов СН при обесточивании. Проведены аналитиче-ские расчёты параметров системы в момент подачи напряжения на шиныСН: время включения резерва, время срабатывания ступеней защиты ми-нимального напряжения и непосредственно значения напряжения на сек-циях СН.

Рассмотрена трансформация напряжений на секциях собственныхнужд при коротких замыканиях в сети высшего напряжения электростан-ций. Для различных схем соединения обмоток трансформаторов составле-ны векторные диаграммы линейных и фазных напряжений на стороне 6,3и 0,4 кВ. Проведен анализ работы устройств РЗА в электрической схеместанций. Составлены сравнительные алгоритмы действия этих устройств.Большое влияние на сценарий действия защит оказали разные схемы рас-пределительных устройств высшего напряжения. Также исследовано про-явление шунтирующего эффекта асинхронных электродвигателей в сетях0,4 и 6,3 кВ.

Результаты указанной работы позволяют решать практические зада-чи настройки релейной защиты и автоматики (РЗА) в системе СН, повы-сить точность расчета переходных процессов при обесточивании и само-запуске электродвигательной нагрузки, повысить показатели надежноститехнологического цикла производства электроэнергии на электростанци-ях.

185

РАСЧЁТ НАГРЕВА КАБЕЛЕЙ ПРИРЕАЛИЗАЦИИ ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ В

СЕТЯХ 0,4 КВ

Лапидус А.А., Соловьёва С.Н.Санкт-Петербургский государственный


В кабельных сетях требование дальнего резервирования необходимосвязывать с требованием обеспечения невозгораемости кабельных линий(КЛ). Причиной многих пожаров на электростанциях и других энергообъ-ектах явилось именно несрабатывание основной защиты присоединенияпри коротком замыкании (КЗ) и задержка отключения резервной защитойвышестоящего коммутационного аппарата.

Существующая нормативно-техническая документация регламенти-рует проверку кабелей на термическую стойкость и невозгораемость [1]. Встатье [2] показано, что рассматриваемые методики расчёта электротепло-вого процесса в кабельных линиях 0,4 кВ нуждаются в уточнении.

Предлагаемая методика основывается на расчёте температур нагреваКЛ через мгновенное значение полного тока КЗ i(t).

Исследуя предложенную методику, были проведены расчёты темпе-ратур нагрева КЛ при различных начальных условиях (место возникнове-ния и длительность КЗ, параметры кабеля и трансформатора, величина то-ка КЗ на вторичной сборке при расчёте индивидуальной КЛ). Полученныерезультаты сравнивались с результатами расчёта аналогичной сети прииспользовании общепринятой методики расчёта по действующему значе-нию периодической составляющей тока КЗ Iпt. При расчёте индивидуаль-ных КЛ погрешность расчёта температуры с использованием методики Iпt

достигала 30%, при расчёте групповых кабелей – 55%. Такая величина по-грешности недопустимо велика.

Анализ расчёта температур нагрева КЛ позволил сделать вывод, чточем меньше время отключения тока КЗ, тем сильнее отличаются результа-ты расчета по разным методикам. Аналитические зависимости, которые

186

используются в данной методике, довольно сложны, поэтому с помощьюкомпьютерного моделирования были найдены граничные условия исполь-зования предлагаемой методики. Расчёт нагрева КЛ, защищенных автома-тическими выключателями с малыми временами отключения, особенноесли точка КЗ находится в начале кабеля, необходимо производить с ис-пользованием мгновенных значений полного тока.

Литература:1. Циркуляр № Ц-02-98(э) «О проверке кабелей на невозгорание при

воздействии тока короткого замыкания» Департамента стратегии развитияи научно-технической политики РАО «ЕЭС России», 8 с.

2. Лапидус А.А. Расчет нагрева проводников, защищенных автома-тическими выключателями // Новости Электротехники. 2009. № 2. С 46 –49.

СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯПРОЦЕССОМ НАГРЕВА ПРИ НЕ ПОЛНОМ

ИЗМЕРЕНИИ СОСТОЯНИЯ

Лапицкая М.Х.Самарский государственный технический университет

В данной работе методом динамического программирования реша-ется линейно-квадратичная задача аналитического конструирования опти-мальных регуляторов (АКОР) для типовых объектов с распределеннымипараметрами (ОРП). Данная задача решается при условии, что вся воз-можная текущая информация об управляемой величине исчерпываетсявыходными значениями измерителей состояния.

Задача АКОР в замкнутой системе может быть сформулирована сле-дующим образом. Для объекта, описываемого уравнением в частных про-изводных с заданными начальным и граничными условиями, найти опти-мальный алгоритм управления, обеспечивающий минимум суммы инте-гральных квадратичных ошибок приближения управляемой функции к не-возмущенному процессу в любой момент времени, а так же минимум энер-гетических затрат.

187

Для поиска алгоритма оптимального управления использовался ме-тод динамического программирования, основное соотношение которогонаходится с использованием принципа оптимальности Белмана.

Как известно, основные сложности поиска оптимальных управленийв задачах АКОР для ОРП связаны с необходимостью решения нелинейныхинтегро-дифференциальных уравнений типа Рикатти относительно функ-ций, фигурирующих в роли параметров оптимальных регуляторов. Ис-пользуя метод конечных интегральных преобразований, можно привестиэти уравнения к бесконечной системе квадратичных алгебраических урав-нений и построить итерационную процедуру приближенного отыскания еекорней с требуемой точностью [1].

Полученные результаты были применены к задаче автоматическогоконструирования алгоритма управления распределением температуры потолщине неограниченной пластины, где в роли управляющих воздействийиспользуется удельная мощность тепловыделения. Расчетные результатыпоказали, что обеспечивается асимптотическая сходимость управляющихвоздействий и температурного поля к установившемуся состоянию, соот-ветствующему нулевым значениям указанных величин.

Литература:1. Рапопорт Э.Я. Оптимальное управление системами с распреде-

ленными параметрами: М.: Высш. шк., 2008.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕКОТЛОАГРЕГАТОВ

«ЛАНКАШИР»

Любов В.К., Горюнов В.В.Архангельский государственный технический университет

В котельной ООО «Архангельский ДОК–1» для обеспечения тепло-вых потребностей предприятия и поселка эксплуатируются два жаротруб-ных котла марки «Ланкашир» 1959 г. выпуска. В заводском исполненииданные котлы были паровыми, оборудованными двумя волнистыми жаро-

188

выми трубами, наружный диаметр которых по нижней полуволне состав-ляет 0,825 м, а по верхней – 0,9 м, площадь поверхности нагрева котла –100 м2. Исходя из потребностей технологического процесса комбината,данные котлы были переведены в водогрейный режим.

С целью определения технико-экономических и экологических по-казателей работы котлоагрегатов «Ланкашир-В» было проведено их ком-плексное энергетическое обследование. В процессе которого, котлы рабо-тали на отходах деревообработки. Влажность биотоплива на рабочую мас-су составляла Wr = 51,62 %, зольность – 0,47 %, выход летучих веществ нагорючую массу Vdaf = 85,31 %, а низшая теплота сгорания на рабочую мас-су Qi

r = 7911 кДж/кг. Энергетическое обследование показало, что сложив-шиеся условия эксплуатации, конструктивные особенности системы за-грузки топлива, шахтных топок, газовых трактов, системы перевода кот-лов в водогрейный режим и степень оснащения котлов КИП приводят ксущественному снижению как экономических, так и экологических пока-зателей котлов, особенно при их работе в период загрузки топлива и присжигании древесных отходов с повышенной влажностью. Полученные ре-зультаты следует использовать при разработке программы энергосбере-гающих мероприятий.

Средний КПД брутто за цикл между загрузками топлива составил36,8 % у котла № 1 и 31,5 % у котла № 2, а их средняя теплопроизводи-тельность - соответственно 0,62 и 0,56 МВт. Учитывая высокий тепловойпотенциал уходящих продуктов сгорания (tух ≤ 285 0С) и достаточно боль-шие возможности дымовой трубы по обеспечению естественной тяги(αух>3) котлы «Ланкашир–В» располагают значительным резервом длякомплексного повышения эффективности их работы. Расчетный анализпоказывает, что только за счет устранения присосов холодного воздуха иего транзитного протягивания по газовому тракту котлов создаются усло-вия для увеличения средней теплопроизводительности котлов за цикл ме-жду загрузками биотоплива до 1,43 МВт.

189

РЕЛАКСАЦИОННЫЙ АМОРТИЗАТОР ДЛЯ БЫСТРОХОДНОЙГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ МАССОЙ СОРОК ПЯТЬ ТОНН

Малышев Ю.Е., Герасимов И.М.Санкт-Петербургский государственный


Требования к системам подрессоривания быстроходных гусеничныхмашин противоречивы, так как на высокочастотном дорожном профиле смалой высотой неровности для обеспечения наилучшей плавности ходажелательно свести к минимуму сопротивление амортизатора на ходе сжа-тия. При движении в тяжелых дорожных условиях желательно напротив,иметь высокое усилие на ходе сжатия, повысив тем самым общую энерго-ёмкость подвески и снизив вероятность её пробоя.

Для решения поставленной задачи предложено использовать релак-сационный амортизатор, использующий упругость жидкости на ходе сжа-тия. Усилие такого амортизатора зависит не только от скорости, но и отхода штока, что обеспечивает его приспосабливаемость к условиям дви-жения.

Была разработана модель релаксационного амортизатора, на основегидроамортизатора танка Т-80. Благодаря большим перепускным окнам впоршне на ходе сжатия жидкость практически беспрепятственно перете-кает в полость над поршнем. Таким образом, можно считать весь рабочийобъем амортизатора рабочей полостью высокого давления. Давление соз-дает тонкий шток, и вытесняемая им жидкость перетекает в компенсаци-онную камеру через дроссельное отверстие или клапан. Благодаря боль-шому внутреннему объёму гидроамортизатора и повышенному сопротив-лению дросселя хода сжатия при высокочастотных колебаниях объём жид-кости, вытесняемый штоком, не успевает полностью перетечь в компенса-ционную камеру. Становится заметным эффект сжатия жидкости, или ре-лаксационный эффект. Особенности релаксационного амортизатора по-зволили повысить сопротивление на ходе сжатия без ущерба для ускоре-ний в условиях «тряски». Для оценки положительного эффекта от исполь-

190

зования нового амортизатора были проведены расчеты по программеплавности хода, учитывающей нелинейность характеристик элементовподвески и дорожного профиля. Расчеты показали, что высота проходнойнеровности увеличилась со 185 до 210 мм. Расчет плавности хода на высо-кочастотном профиле показал, что в диапазоне рабочих скоростей ускоре-ния тряски ниже, чем у прототипа. Кроме того, применение такого амор-тизатора позволит снизить нагрузки на подшипники опорного катка отдвижения по гусеничным тракам. Можно также ожидать улучшения реак-ции системы подрессоривания на импульсное воздействие на опорный ка-ток.

ЗАВИСИМОСТЬ ОБЪЁМА СНЯТОГО МЕТАЛЛА ОТ РАДИУСАОКРУГЛЕНИЯ ЗЕРНА ПРИ ПЛОСКОМ ШЛИФОВАНИИ

Мальцев П.Н., Никифоров И.П.Псковский государственный политехнический институт

В работе [1] аналитическим путем получены выражения для опреде-ления объёма металла, снимаемого единичным абразивным зерном приплоском шлифовании, с учетом процессов упругопластической деформа-ции. На основании этого построены графические зависимости (рис. 1, а–г),при следующих начальных параметрах (если не указаны особо): R=10 мм,t=10 мкм, ρ=5 мкм, η=1,3.

В ходе исследований было установлено, что зерно более округлойформы при малом коэффициенте внешнего трения µ1 способно снятьбольший объём V, чем более острое зерно. И, наоборот, при значительномкоэффициенте трения острое зерно обладает большей режущей способно-стью.

Анализируя зависимость V(ρ) (рис. 1,в), было выявлено, что её гра-фик имеет экстремум (максимум). Используя метод Ферма, и варьируя па-раметром µ1, были найдены конкретные значения ρ, при которых V при-нимает максимальные значения (табл. 1).

191

Рис. 1. Влияние различных факторов на объём снятого металлаТаблица 1

Влияние коэффициента трения на оптимальноезначение радиуса вершины зернаµ1 ρ, мкм V, мм3

0,05 167,51 0,28930,1 37,03 0,12270,15 13,12 0,06110,18 6,78 0,03780,2 4,13 0,02490,22 1,95 0,0126

Значение коэффициента внешнего трения может быть определено сучетом скорости резания (частоты вращения круга) и контактирующих ма-териалов – круга и заготовки.

Известно, что между радиусом вершины и зернистостью материалакруга имеется корреляционная зависимость. Используя данные работы [2]для эльборовых кругов можно рекомендовать зернистость шлифовального

192

круга, определяемую по следующей формуле: Nз= 1,145∙107∙ρ1,176. В этомслучае будет наблюдаться наибольшая режущая способность.

Литература:1. Никифоров И.П. Определение объёма металла, снимаемого еди-

ничным абразивным зерном при плоском шлифовании / И.П. Никифоров,В.К. Кошмак, Н.Ф. Кудрявцева // Труды ППИ. – Сер. Машиностроение.Электропривод. – 2008. – № 11.3. – С. 218–222.

2. Чумаченко Т. В. Фактическое расстояние между режущими зер-нами в эльборовом круге / Т.В. Чумаченко, В.Г. Лебедев // Проблемитехніки: Науково-виробничий журнал. – 2009. – № 2. – С. 124–134.

ESTIMATION OF TWO-DIMENSION FIELD FLOWCHARACTERISTIC IN INLET AND EXHAUST MANIFOLDS IN

INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Dr. Mahmoud A. MashkourMechanical Engineering Department

University of Technology Baghdad – Iraq

In the present work, an approach to estimate of flow two-dimension fieldcharacteristic in inlet and exhaust manifolds of internal combustion engines isperformed using a four stroke variable compression ratio single cylindergasoline engine.

In the theoretical part a computer simulations of the flow field in theintake and exhaust systems as well as the cylinder cavity for the experimentaldata obtained in the gas exchange cycle program using the method ofcharacteristics and program Fluent for the engine dimensions and timings usedin the experimental study as well as the data obtained from the gas exchangecycle program for the sack of comparison and presentation of flowcharacteristic.

The experimental work included tests on a variable compression“varicomp Dual Diesel /Petrol cycles with Dynamometric test unit “type(GR0306/000/037A). This test bed was supplied with data acquisition system

193

and computer software from Prodit Company of (Italy) that reads, calculates andsaves the data and results through the tests.

In the experimental work the compression ratio was varied from 7 to 11 atconstant speed and variable speed with constant throttle opening, where engineperformance was obtained.

The variation of compression ratio at constant speed shows an increase ofmax brake power from 1.5 – 3 kW and showed a decrease in brake specific fuelconsumption of 0.9695 %.

The increase of max brake power from 1.5 – 3 kW showed an increase inthermal efficiency of 1.533 %.

The variation of compression ratio at variable speed, by increase thespeed from 1100 – 1600 r.p.m, showed an increase in brake specific fuelconsumption of 1.521 %.

The variation of compression ratio at variable speed, by increase thespeed from 1100 – 1600 r.p.m, showed a decrease in thermal efficiency of0.110894 %.

Results of pressure, temperature and velocity fields in the intake andexhaust systems obtained by the gas exchange cycle program using the methodof characteristics and the program Fluent code are presented. In all velocityvectors it is clear that the velocity close to the valve phase is small compared tothe valve sides one and stem and goes up to 250 m/s at the valve edges(nearchocked flow).

The flow speed at the partially opened intake valve was 78.5 m/s andwhen fully opened intake valve was 198 m/s.

The flow speed at the partially opened exhaust valve was 374 m/s andwhen fully opened exhaust valve was 181 m/s.

194

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ УЗЛАТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ БАШНИ

Михалюк Д.С., Боровков А.И., Новожилов Ю.В.Санкт-Петербургский государственный


Объектом исследования в данной работе является фланцевое соеди-нение между поясами секции металлической конструкции телекоммуни-кационной башни. Цель работы состоит в оценке статической и цикличе-ской прочности рассматриваемого соединения под действием ветровой на-грузки и нагрузки от собственного веса и веса оборудования.

В работе выполнено конечно-элементное (КЭ) исследование стати-ческого пространственного напряженно-деформированного состоянияфланцевых соединений, труб поясов, болтов и сварных швов. Все конечно-элементные расчеты выполнены с помощью программной системы конеч-но-элементного анализа ANSYS 11 [1].

Рассмотрены случаи воздействия на рассматриваемый узел как сжи-мающих, так и растягивающих усилий, вызванных ветровой нагрузкой,действующей в различных направлениях. Выполнена оценка долговечно-сти соединения с точки зрения малоцикловой усталости.

Анализ результатов показал, что эквивалентные по Мизесу напряже-ния в исходной конструкции превышают предельные значения в трубахпоясов и сварных швах в случае растягивающих усилий. Тем не менее,конструкция способна выдержать до 8000 циклов нагружения, связанных смаксимальными ветровыми нагрузками переменного знака [2].

Для устранения зон пластических деформаций в металле труб пред-ложено использовать болты большего класса прочности и повысить в нихусилия предварительной затяжки.

В измененной конструкции не наблюдается зон пластической де-формации под действием растягивающих усилий, вызванных ветровой на-грузкой. По итогам работы представлены рекомендации по изменениюпроектной документации.

195

Литература:1. ANSYS theory reference. Eleventh edition. SAS IP, Inc.2. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С.,

Яковлев П.А., Матвеев В.В. Отв. ред. Писаренко Г.С. - 2-е изд., перераб. идоп. - Киев. Наук. думка, 1988. - 736 с.

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДАТЧИКОВДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА

Михалюк Д.С., Боровков А.И. Сотник Д.Е.Санкт-Петербургский государственный


Работа посвящена исследованию кварцевого резонатора высокихчастот, использующегося для определения давления.

Впервые вопросом исследования применимости кристаллов кварцапри производстве датчиков давления занялась компания Hewlett-Packard Co. еще в конце 60-х в начале 70-х XX века [1]. Основным толч-ком к разработке кварцевых резонаторов явились уникальные свойстватолщинно-сдвиговых мод кварца [2]. К настоящему моменту кварцевыйдатчик давления на основе толщинно-сдвиговых колебаний является стан-дартом измерения давления в нефтяной промышленности. Работы по усо-вершенствованию датчика активно ведутся как экспериментально, так и сприменением математического моделирования.

В представленной работе показано, что для адекватного моделиро-вания явлений, наблюдаемых в кварцевых резонаторах, в зависимости отдавления и температуры, необходимо использовать математическую мо-дель, учитывающую физическую и геометрическую нелинейности [3-4].На основе выбранной математической модели в работе построена конеч-но-элементная модель датчика давления.

Результаты, полученные при использовании построенной модели, свысокой степенью точности описывают явления, наблюдаемые в экспери-ментах, а также характеристики тензо- и термо- чувствительности модели-

196

руемого датчика. В работе проведена интеграция построенной модели впрограммную систему конечно-элементного анализа Ansys, что увеличи-вает практическую ценность полученных результатов и позволяет без про-ведения экспериментов оценить характеристики проектируемых датчиковдавления на основе кварцевых резонаторов.

Литература:1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергоатомиздат,

1989. 272 с.2. Шульга Н.А., Болкисьев А.М. Колебания пьезо-электрических тел.

Киев: Наук. думка, 1990. 228 с.3. Yang Jiashi. An introduction to the theory of piezoelectricity. Springer,

2005. 299 p.4. Зарембо Л.К., Красильников В.А. Нелинейные явления при рас-

пространении упругих волн в твердых телах. Успехи физических наук.1970. Том 102, вып. 4. с. 549-586.

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФИГУР В КАЧЕСТВЕ

МОДЕЛЕЙ АБРАЗИВНЫХ ЗЁРЕН

Никифоров И.П., Мальцев П.Н., Иванов Е.Н.Псковский государственный политехнический институт

Российские и зарубежные исследователи предлагают различные мо-дели абразивных зёрен (как единичных, так и в составе группы), располо-женных на поверхности шлифовального круга. Преследуемые при этомцели могут быть различные: определение величины шероховатости обра-ботанной поверхности, величины износа абразивного зерна, объёма снято-го металла, геометрических параметров среза, величины остаточных на-пряжений, температуры в зоне контакта, силы резания, мощности, условийнеобходимых для образования стружки, рациональной структуры абра-зивного инструмента, упругих и прочностных свойств зерна и связки и пр.

В качестве моделей абразивных зёрен берутся, как правило, элемен-тарные геометрические фигуры – плоские или объёмные. Из последних

197

наиболее часто используются: эллипсоид (трехосный или вращения), шар(сфера), конус (в т.ч. с закругленной вершиной), многогранник (пирами-да), параболоид вращения и двуполостной гиперболоид вращения. Однаков настоящее время отсутствуют критерии оптимального выбора тех илииных фигур в качестве моделей, и не выявлены области рациональногоиспользования каждой из них. В лучшем случае доказательством правиль-ности использования отдельных фигур, применительно к конкретным ус-ловиям, исследователи считают удовлетворительное соответствие конеч-ных результатов моделирования натурным испытаниям; либо в качестведоказательства принимается внешнее сходство формы абразивных зёрен сгеометрической фигурой, например по параметру изометрии. По нашемумнению этого явно недостаточно, поскольку абразивное зерно контакти-рует с поверхностью заготовки и стружкой только своей вершиной.

Проведенные исследования показали, что одним из критериев опти-мальности использования тех или иных геометрических фигур в качествемоделей абразивных зёрен может являться сечение режущего профиля.Статистически обобщив данные Д.Б. Ваксера [1], профессор В.К. Старковпредложил площадь сечения режущего элемента абразивных зёрен связатьс радиусом их вершин, углом при вершине и глубиной внедрения зерна взаготовку [2]. В развитие этой идеи нами выполнен сравнительный анализосновных геометрических фигур по величине площади их поперечного се-чения с учетом возможной глубины внедрения в обрабатываемую поверх-ность. Удовлетворительными считались результаты, если отклонение пло-щадей сечения зёрен-моделей от площадей натуральных зёрен и не пре-вышало ±20%.

Расчеты показали, что параболоид вращения и сферу (с учётом вышепринятого критерия) в качестве моделей абразивных зёрен использоватьнерационально. Это означает, что линии их контуров существенно отли-чаются от формы вершин реальных зёрен. Эллипсоид вращения предвари-тельно должен быть привязан ко всему зерну с учетом изометрии послед-него, и также не приводит к удовлетворительным результатам (зоны ра-ционального применения практически отсутствуют). Конус с закруглени-

198

ем может быть использован для моделирования микропорошков(М14…М28), имеющих радиус вершины ρ ≈ 2…4 мкм; острый конус – длямикропорошков (М40…М63) и шлифпорошков зернистостью 4…12, с ра-диусом ρ ≈ 3…10 мкм. Однако наиболее пригодным для этих целей ока-зался двуполостной гиперболоид. Его рационально использовать в качест-ве моделей не только микропорошков и шлифпорошков, но и шлифоваль-ных зёрен (зернистостью 16…40 и более). Наилучшие совпадения по пло-щадям поперечных сечений наблюдаются при ρ ≈ 5…30 мкм, когда угол

при вершине β ≈ 90…100⁰ . Следует особо отметить, что области рацио-

нального использования всех выше рекомендованных фигур в качествемоделей расширяются с увеличением глубины внедрения абразивного зер-на в тело заготовки. Имеются и более детальные рекомендации по исполь-зованию тех или иных фигур, на основании собственных расчетов и по-строенных графических зависимостей.

В пользу двуполостного гиперболоида говорит и тот факт, что дан-ная фигура хорошо «привязывается» к геометрии абразивного зерна: те-лесный угол асимптотического конуса рационально принять равным углупри вершине зерна, а радиус вершины гиперболоида – радиусу вершинызерна. Проведенные исследования позволили выявить и иные преимуще-ства при использовании гиперболоида. Они касаются полученных условийстружкообразования и объёма снимаемой стружки единичным абразив-ным зерном, с учетом процессов упругопластической деформации [3]. Наосновании этого разработаны номограммы, позволяющие определить ко-нечное явление («резание» или «деформация») в зоне фрикционного взаи-модействия единичного абразивного зерна с обрабатываемой поверхно-стью с учетом коэффициента внешнего трения и усадки стружки, влияю-щих на положение линии режущей кромки.

Литература:1. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного

инструмента при шлифовании / Д.Б. Ваксер. – М.-Л.: Машиностроение,1964. – 123 с.

199

2. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами / В.К. Стар-ков. – М.: Машиностроение, 2007. – 688 с.

3. Никифоров И.П. Определение объёма металла, снимаемого еди-ничным абразивным зерном при плоском шлифовании / И.П. Никифоров,В.К. Кошмак, Н.Ф. Кудрявцева // Труды ППИ. – Сер. Машиностроение.Электропривод. – 2008. – № 11.3. – С. 218–222.

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИМАСЛОНАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯСОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Новиков В.Ф., Карташова А.А.Казанский государственный энергетический университет, г. Казань

Надежность энергетической системы обеспечивается бесперебойнойработой всех структурных элементов. При этом повышенные требования ккачеству работы оборудования объясняются высокой скоростью развитияаварийных ситуаций и спецификой производства энергетического продук-та.

Применительно к электроэнергетике можно отметить, что работатрансформаторного маслонаполненного электрооборудования вызываетнаибольшие беспокойства. Как известно, трансформаторное масло и изо-ляционные материалы силовых трансформаторов разлагаются с образова-нием газов, по качественному и количественному составу которых можноспрогнозировать развивающиеся дефекты маслонаполненного электро-оборудования на ранней стадии и тем самым предотвратить аварийные си-туации в электроэнергетике. Поэтому на любом крупном предприятии, за-нимающимся производством и передачей электрической энергии необхо-дима аналитическая лаборатория. Физико-химические методы анализапримесных соединений в трансформаторном масле являются основой со-ставления методических указаний по выявлению и предотвращению раз-вивающихся дефектов.

200

Для решения этих задач широко используются газохроматографиче-ские комплексы, которые позволяют проводить анализ смеси газов, выде-ляющихся из трансформаторного масла в процессе его работы. Согласнонормативным документам, этот анализ, как правило, проводится с помо-щью двух насадочных колонок и двух детекторов, обладающих разнойчувствительностью к определению выделяющихся из трансформаторногомасла газообразных веществ.

Путем преодоления этих неудобств ограничения является примене-ние хроматорафической колонки, которая состоит из пакета капилляровмалого диаметра. В этом случае при сохранении высокой скорости разде-ления хроматографическая колонка способна работать с большими объе-мами пробы.

Экономическая эффективность от внедрения поликапиллярным ко-лонок в анализ маслонаполненного трансформаторного оборудования мо-жет быть получена как с позиции упрощения аппаратного обеспеченияхроматографа, так и путем существенного ускорения анализа, что приво-дит к снижению эксплуатационных затрат.

ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С

ОТКРЫТЫМ ВОДОРАЗБОРОМ

Петин В.В., Батухтин А.Г., Иванов С.А.Читинский государственный университет

В соответствии с Правилами технической эксплуатации тепловыхэнергоустановок под теплоснабжением следует понимать обеспечение по-требителей тепловой энергией, а понятие «система теплоснабжения» обо-значает совокупность взаимосвязанных энергоустановок, осуществляю-щих теплоснабжение города, района, предприятия.

В зависимости от того, где располагается источник тепловой энергиисистемы теплоснабжения бывают централизованные и децентрализован-ные.

201

В последнее время в городах, в том числе и нашем, отмечается тен-денция по переходу от децентрализованной схемы теплоснабжения к цен-трализованной. Достоинств перехода достаточно много это и повышениякачества теплоснабжения потребителей и улучшение экологии внутри го-рода, поскольку при децентрализованной схеме большинство котельныхсосредотачивалось в центре годов. Однако есть и недостатки: это увеличе-ние протяженности трубопроводов, а для городов со сложным рельефомместности приходится строить дополнительные повысительные насосные.Однако даже при сооружении дополнительных насосных не избежать за-стойных зон в отношении гидравлики тепловых сетей. Данные зоны явля-ются «рассадником» для образования микробиологических процессов. Аесли при этом в городе используется открытая система ГВС, то усложня-ется санитарный контроль системы. При этом теплоноситель открытойсистеме теплоснабжения должен удовлетворять следующим требованиям:перманганатную окисляемость О меньше 4 мг/л; индекс насыщения, кар-бонатная жесткость, концентрация хлорида и сульфатов не регламентиру-ются. В соответствии с СанПиН 2.1.4.2496-09 для систем централизован-ного теплоснабжения с открытым водоразбором качество воды должносоответствовать качеству питьевой воды.

Микробное и химическое загрязнение воды является причиной воз-никновения различных заболеваний. Таких как острые кишечные инфек-ции, брюшной тиф, гепатит А, паразитозами (лямблиоз, криптоспоридоз идр.), кожные инфекции, инфекции ран, конъюнктивиты и т.д. Возникнове-ние инфекционных заболеваний напрямую зависит от санитарных меро-приятий по очистке систем горячего водоснабжения, систем питьевого во-доснабжения и воды, используемой в рекреационных целях.

Таким образом, необходима разработка современных способов очи-стки и обеззараживания теплоносителя в системах централизованного теп-лоснабжения с открытым водоразбором.

202

ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ

ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Пирогов М.Г.Санкт-Петербургский государственный


В отечественной практике релейной защиты линий электропередачив качестве основной быстродействующей защиты применяются диффе-ренциально-фазные защиты (ДФЗ). Недостатком ДФЗ является ограниче-ние по чувствительности при использовании на линиях, подключенных кисточнику небольшой мощности с одной стороны, и возможность отказа внекоторых режимах. Из существующих принципов выполнения защит ли-нии только дифференциальный принцип, основанный на использованииизмерений токов со всех сторон, является наиболее надёжным и обеспечи-вающим достаточный уровень чувствительности и быстродействия. Диф-ференциальная защита линии (ДЗЛ) является актуальной и перспективнойальтернативой ДФЗ, может применяться для защиты кабельных линий(КЛ) и воздушных линий электропередачи (ВЛ) с односторонним питани-ем с обеспечением достаточной чувствительности и быстродействия.

Дифференциальная защита уже достаточно широко применялась кконцу XIX века, она является одной из первых систем защит в электро-энергетике. В середине прошлого века дифференциальные защиты ка-бельных и воздушных линий, начали внедряться в практику, но область ихприменения была ограничена протяженностью линий электропередачи,так как информацию об измеряемых токах требуется передавать на боль-шие расстояния – на другие концы линии – для возможности их сравне-ния. При использовании контрольных проводов (витой пары) информацияоб измеряемых токах может быть передана на расстояние до 25 км. За счётсовременных технологий, волокнонно-оптических линий связи представ-ляется возможным реализовать защиту протяженных линий, длина кото-рых может превышать 100км.

203

В работе содержится краткое описание существующих дифференци-альных защит КЛ и ВЛ, выполненных на разном аппаратном принципе и сприменением различных видов преобразования и передачи информацииоб измеряемых токах. Рассматриваются следующие виды ДЗЛ: с трёх-жильным проводным каналом связи, с двухжильным проводным каналомсвязи (витая пара), с цифровой передачей данных, а также особенностивыполнения защиты линий с отпайками. Рассматриваются факторы,влияющие на чувствительность и надёжность работы ДЗЛ с цифровой пе-редачей информации. Даются рекомендации по уменьшению этих влия-ний.

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ИСРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ, КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ

СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

Попов М.Г., Богданов А.В.Санкт-Петербургский государственный


Наиболее ответственным электрооборудованием электроэнергетиче-ской системы, определяющим ее надежную, устойчивую работу, являютсясистемы возбуждения синхронных машин. Естественно, что к методам исредствам их диагностики, контроля и защиты предъявляются особые тре-бования по чувствительности и быстродействию. Современная теория за-щит систем возбуждения основана на классических, консервативных ме-тодах контроля [1]. Совершенствование средств защиты и противоаварий-ного управления синхронных генераторов достигается внедрением в нихпрогрессивных, высокоэффективных численных методов синтеза режимовсистем возбуждения. При этом разработка и последующая отладка алго-ритмов контроля и управления возбуждением синхронных машин воз-можны только при полной постановке задачи исследования устойчивостиэлектроэнергетических систем (ЭЭС).

204

Нелинейность характеристик статических, электромашинных возбу-дителей и синхронных генераторов определяет необходимость записиуравнений их переходных процессов относительно мгновенных значенийфазного тока и напряжения. Однако, интеграция полученной системы не-линейных уравнений в программные средства расчета электромеханиче-ских переходных процессов ЭЭС, имеющих форму записи в комплексныхамплитудах, невозможна. В связи с этим задача совершенствованиясредств диагностики, контроля и управления возбуждением требует разра-ботки качественно новых численных методов решения системы нелиней-ных уравнений, с последующей реализацией их алгоритма в проблемно-ориентированном комплексе исследований динамических свойств ЭЭС.

Расчет нормальных и аварийных режимов статической системы с ти-ристорным возбудителем, реализующем схему Ларионова, осуществляетсяна основе метода контурных токов при вариации углов (от 0..120 градусов)открытия тиристоров. С целью снижения вычислительных затрат высоко-частотные составляющие переходного процесса, обусловленные коммута-цией тиристоров, не учитывались (шаг интегрирования принимался 1 мс).В результате тщательного анализа осциллограмм напряжения возбуждения,фазных токов и напряжений выявлен характерный спектр сигналов, а такжеразработан качественно новый алгоритм выявления повреждений в цепяхротора синхронной машины.

Литература:1. Глебов И.А. Электромагнитные процессы систем возбуждения

синхронных машин. // Ленинград: Наука. Ленингр. отд-ние, 1987. – 344 с.

РАЗРАБОТКА НОВЫХ АЛГОРИТМОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХЗАЩИТ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Попов М.Г., Гараева Н.Р., Попов С.О.Санкт-Петербургский государственный


При разработке чувствительных дифференциальных защит транс-форматора приходится решать проблемы отстройки от токов небаланса

205

обусловленных броском тока намагничивания и внешними короткими за-мыканиями (КЗ). Известен ряд способов отстройки дифференциальныхреле от бросков токов намагничивания, из которых наибольшее распро-странение получила блокировка по второй гармонике. Противоречивыетребования к формированию тормозного сигнала в режимах внешних КЗопределяют многообразие этих алгоритмов. При этом наиболее эффектив-ными являются сигналы торможения, получаемые из токов плеч диффе-ренциальных защит. Вместе с тем на сегодняшний день все они обладаютопределенными недостатками, связанными в первую очередь с нелиней-ной зависимостью погрешностей трансформаторов тока от величины ичастоты входного сигнала. С целью дальнейшего повышения быстродей-ствия и достоверности работы релейной защиты и противоаварийной ав-томатики требуется разработка принципиально новых алгоритмов, осно-ванных на контроле тока намагничивания, который определяется с ис-пользованием высокоточного математического описания силовых и изме-рительных трансформаторов с учетом нелинейности их параметров.

Расчет (восстановление) тока намагничивания силовых и измери-тельных трансформаторов осуществляется в реальном времени с привле-чением разработанной на кафедре «Электрические станции и автоматиза-ция энергосистем» нелинейной математической модели. Использованиеэтого восстановленного сигнала позволит повысить чувствительностьдифференциальной защиты и обеспечить ее правильную работу в динами-ческих (аварийных) режимах электросети, а также при включении транс-форматора на холостой ход без ее блокировки.

Предложенный алгоритм дифференциальной защиты силовоготрансформатора апробирован в результате компьютерных исследованийпереходных процессов при различных расчетных условиях (холостой ход,внешние КЗ).

Литература:1. Атабеков Г.И. Основы теории цепей. Учебник для вузов. М.,

«Энергия», 1969. 424 с.

206

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВС КОМПЕНСАЦИОННОЙ ОБМОТКОЙ

Попов М.Г., Гараева Н.Р., Попов С.О.Санкт-Петербургский государственный


В современной практике исследование переходных процессов сило-вых трансформаторов, обусловленных внешними повреждениями, как пра-вило, выполняется с использованием Т-образной схемы замещения, пара-метры которой определяются из опытов холостого хода (ХХ) и короткогозамыкания (КЗ). Очевидно, что такой подход является ограниченным, по-скольку, не допускает анализа внутренних повреждений трансформаторов.Исследование этих аварийных режимов особо актуально для однофазныхавтотрансформаторов (АТ), входящих в фазоповоротный комплекс [1]межсистемной управляемой электропередачи (FACTS) 500 кВ. Особенно-стью конструктивного исполнения этих АТ является наличие компенсаци-онной обмотки (КО), подключаемой параллельно обмотке НН. В этом слу-чае, кроме широко известных повреждений, характерных для обычныхтрансформаторов, опасными становятся замыкания, возникающие в КО.Этим определяется необходимость совершенствования методов и про-граммных средств исследований переходных процессов таких однофазныхАТ.

Основные трудности реализации математических моделей транс-форматоров заключаются в учете нелинейности их параметров. Созданиеуточненного математического описания переходных процессов АТ с КОосуществляется в несколько этапов – составление системы уравнений маг-нитной цепи согласно законам полного тока и Кирхгофа; получение ана-литических выражений потокосцеплений для вычисления параметров схе-мы замещения электрической цепи; разработка расчетной схемы замеще-ния в фазных и симметричных составляющих. Разработанное математиче-ское описание реализовано в проблемно-ориентированном программном

207

обеспечении исследований статических и динамических режимов работысложных электроэнергетических систем. Апробация математической мо-дели осуществлялась при проведении компьютерных исследований при-менительно к режимам ХХ и КЗ. В результате сравнительного анализарассчитанных значений токов и напряжений с заводскими паспортнымиданными установлена адекватность предложенной математической моде-ли. Дальнейшее исследование внутренних повреждений вышеописанныхАТ с КО позволит разработать новые алгоритмы контроля и защиты сило-вых электрических машин.

Литература:1. Ванин В.К., Попов М.Г. Фазоповоротный трансформатор. Осо-

бенности построения системы релейной защиты. // Новости Электротех-ники, № 2(56), 2009, с. 42-45.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИСРЕДСТВА В НАУЧНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЯХ И ОБУЧЕНИИ

Попов С.О., Синильников Р.Н.Санкт-Петербургский государственный


На сегодняшний день развитие цифровой техники требует освоенияновых технологий и для этого необходим быстрый переход от теоретиче-ских изысканий математической модели того или иного объекта изученияк непосредственным лабораторным испытаниям. Удовлетворить этому за-просу позволяет использование средств сопряжения мощных вычисли-тельных комплексов с реальным оборудованием и пакетов программногообеспечения для проведении виртуальных испытаний, которые сочетают всебе возможности программируемых логических интегральных схем ивозможности операционных систем реального времени.

При этом появляется возможность организовать учебный процесс,используя виртуальные лаборатории, в которых мощное энергетическое

208

оборудование заменяется адекватными компьютерными моделями. Этосущественно уменьшает металлоемкость лабораторного оборудования иэнергетические затраты. Также появляется дополнительная возможностьдистанционного проведения экспериментов, когда силовое оборудованиерасположено на реальных объектах, а рабочее место оператора или обу-чающегося находится в лаборатории.

В 2009-2010 году на установках, производства National Instrument(NI), были поставлены лабораторные и практические занятий по следую-щим дисциплинам: «Цифровые и микропроцессорные средства противо-аварийного управления» и «Основы автоматического управления в энерге-тике».

При выполнении вышеописанных учебных работ использовалисьграфический язык программирования LabVIEW 8.5 и лабораторные стен-ды на основе DAQ плат, которые в совокупности позволили создать на-глядные и удобные для восприятия обучающегося виртуальные приборы.В процессе обучения исследовались как математические модели, так и не-посредственно реальные объекты исследования.

В настоящее время сотрудниками кафедры электрических станций иавтоматизации энергосистем, с привлечением студентов и аспирантов, раз-рабатываются современные средства релейной защиты и автоматики, та-кие как «дифференциальная защита трансформатора», «автоматическийрегулятор возбуждения». Для их исследования были выбраны модулиАЦП и ЦАП, производства NI, которые объединены в устройство Compac-tRIO, включающее в себя технологию FPGA. В качестве программногообеспечения взят язык программирования LabVIEW с применением ком-понентов Real-Time. Таким образом, обеспечены детерминированностьсистемы исследований, наличие нескольких каналов ввода и вывода, не-обходимые для точности частота оцифровки и разрешение АЦП.

209

СОЗДАНИЕ МЕТОДА ПЕРВИЧНОГОПРОЕКТИРОВАНИЯ – ВАРИАНТНОГО РАСЧЕТА

ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ СВОЗМОЖНОСТЬЮ ОПТИМИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ

ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Попов Ю.А.Санкт-Петербургский государственный


Осевые компрессоры – наиболее мощные и производительные ма-шины среди других типов компрессоров. Они являются основной частьюгазовых турбин авиационных двигателей, энергетических газовых турбин,компрессорных агрегатов газовой промышленности. Осевые компрессорыиграют значительную роль в современной металлургической, химическойпромышленности и, особенно, в энергетике. Специфической областьюприменения является глубокий наддув парогенераторов судовых паротур-бинных двигателей, установки для разрушения льда в ледоколах и т.д.Также явно наблюдается тенденция внедрения осевых компрессоров в но-вые области, например, существуют интересные предложения об исполь-зовании осевых компрессоров в газовой и нефтяной промышленности. Ог-ромны перспективы наращивания производства осевых компрессоров всоставе энергетических газовых турбин, так как современные ТЭС исполь-зуют парогазовые установки, где газовые турбины являются основным ис-точником механической энергии.

Простота конструкции осевых компрессоров – кажущаяся, на самомделе эти машины следует отнести к наиболее высокотехнологичной про-дукции машиностроения. Газодинамические процессы проточной частиосевых компрессоров носят сложный характер, а совершенство этих ма-шин определяется оптимальным соотношением большого количества па-раметров проектирования. Для осевых компрессоров характерна высокаяокружная скорость вращения на периферии лопаток рабочего колеса у

210

промышленных компрессоров, скорость движения газа в которых меньшескорости звука.

Для получения оптимальных характеристик осевых компрессоровнеобходимо выяснить основные проблемы и пути их решения для каждойконкретной машины, изучить и учесть влияние большого количества па-раметров проектирования.

Необходимо создать метод первичного проектирования – вариантно-го расчета проточной части осевых компрессоров с возможностью опти-мизации основных параметров проектирования с целью получения макси-мального КПД, минимальных размеров, количества ступеней с учетомконструктивных ограничений.

Целью работы является разработка научных основ и компьютерныхпрограмм для анализа течения в проточной части и вариантного расчета,выполнение расчетного исследования с целью совершенствования про-точной части путем поиска оптимальной комбинации параметров проек-тирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиезадачи:

1. Изучить результаты газодинамических исследований лопаточныхаппаратов.

2. Разработать алгоритм и программу газодинамического проектиро-вания.

3. Произвести численный анализ проточных частей существующихосевых компрессоров, проверив адекватность оценки рабочего процессаразработанной программы.

4. Провести систематическое численное исследование роли такихпараметров проектирования как степень реактивности ступеней, коэффи-циента расхода, фактора диффузорности, относительного шага, способаорганизации пространственного потока, втулочного отношения и т.д.

5. Уточнить рекомендации по выбору перечисленных выше пара-метров проектирования с целью получения необходимых свойств осевыхкомпрессоров различного назначения.

211

Для разработки модели рабочего процесса использованы обширныеэкспериментальные данные по испытанию плоских решеток осевых ком-прессоров, полученные отечественными и зарубежными учеными. Экспе-риментальные данные, использованные при разработке расчетных алго-ритмов, обработаны методами статистического и сравнительного анализа.

Адекватность расчетных моделей проверена сопоставлением резуль-татов с экспериментальными данными ряда модельных ступеней и по тремдесяткам осевых компрессоров, разработанных и выпускаемых отечест-венными производителями.

В работе впервые сопоставлены рекомендации отечественных и за-рубежных ученых по расчету КПД осевых ступеней на основании испыта-ний плоских решеток с экспериментальными данными. Это позволиловнести необходимые корректировки в одних случаях и подтвердить адек-ватность рекомендуемых методик в других случаях. Систематическое ис-следование влияния параметров проектирования на свойства ступеней имногоступенчатых компрессоров выполнено впервые.

Наиболее существенные научные результаты исследования заклю-чаются в следующем:

1. С учетом данных по испытанию плоских решеток в аэродинами-ческих трубах, сопоставленных с данными испытаний модельных ступе-ней и промышленных компрессоров, разработаны алгоритмы для вариант-ного расчета осевых компрессоров с учетом всех параметров проектиро-вания.

2. Разработаны соответствующие компьютерные программы, произ-ведено их тестирование, внесены необходимые уточнения.

3. Проведено систематическое исследование влияния параметровпроектирования на свойства ступеней и многоступенчатых компрессоров.

4. Разработаны рекомендации по рациональному выбору параметровпроектирования для осевых компрессоров разного назначения.

5. Проведенное расчетное исследование позволило дать рекоменда-ции по рациональному выбору параметров проектирования для осевыхкомпрессоров различного назначения.

212

НЕКОТОРЫЕ ПОДХОДЫ К ФОРМИРОВАНИЮТАРИФОВ НА ТЕПЛОВУЮ ЭНЕРГИЮ

Рыжкова Л.В.Казанский государственный энергетический университет

В настоящее время практически на всей территории Российской Фе-дерации, за небольшим исключением, на тепловую энергию устанавлива-ются одноставочные тарифы. Основным методом ценообразования явля-ется метод «издержки плюс», предполагающий формирование необходи-мой валовой выручки (включая определенную величину прибыли) подобеспечение планируемого объема производства и передачи энергии. Од-ноставочный тариф состоит из стоимостной составляющей тепловой энер-гии, формирующейся за счет суммирования всех затрат теплоснабжающейорганизации на всех этапах производства, транспортировки и распределе-ния тепловой энергии.

При существующей системе одноставочных тарифов теплоснаб-жающее предприятие не имеет возможности не только модернизировать иреконструировать свои мощности, но и просто поддерживать их в работо-способном состоянии.

Переход на двухставочную систему тарифов на тепловую энергиюможет стать одним из важных экономических механизмов, вызывающихзаинтересованность энергоснабжающих предприятий и потребителей теп-ловой энергии в энергосбережении и в повышении эффективности исполь-зования оборудования источников тепла, магистральных и распредели-тельных тепловых сетей и тепловых пунктов.

Преимуществами двухставочных тарифов являются: снижение издержек энергоснабжающих организаций на со-

держание резервов тепловых мощностей и источников тепло-снабжения;

снижение субсидирования населения; адресная субсидия на топливо независимо от его видов;

213

повышение устойчивости финансирования объемов работ поремонтам и реконструкции;

увеличение прогнозируемости финансового результата ресур-соснабжающих компаний;

повышение экономической эффективности и финансовой ус-тойчивости энергоснабжающих организаций.

К числу основных неразрешенных организационных вопросов сле-дует отнести следующие:

неурегулированность ряда методических вопросов при расчетеи установлении двухставочных тарифов;

угроза обвального пересмотра в договорах величин присоеди-ненной нагрузки – решается через ограничение возможностипересмотра нагрузки (договорной кампании) временными рам-ками, позволяющими учитывать корректировку нагрузок в сле-дующем периоде регулирования.

СНИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ИНВЕРТОРНЫМИИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Сахно Л.И., Сахно О.И., Лихачев Д.И.Санкт-Петербургский государственный


В настоящее время для контактной сварки широко используютсявыпрямители с промежуточным звеном повышенной частоты – инвертор-ные источники питания машин контактной сварки (МКС). Их основныепреимущества – снижение массы и габаритов источников питания и воз-можность получения импульсов сварочного тока сложной формы, которыенеобходимы для обеспечения высокого качества сварки разнообразныхдеталей. Частота работы инвертора составляет от 500 Гц до 20 кГц.

Основным элементом этих источников является трансформатор. Онобеспечивает сварочный ток до нескольких десятков килоампер. Вторич-ная обмотка трансформатора имеет не более двух витков. Сопротивления

214

свариваемых деталей и сварочного контура (нагрузка трансформатора) со-ставляют от 100 мкОМ до 1000 мкОм. Электромагнитные параметрытрансформатора (индуктивное и активное сопротивление трансформаторав режиме короткого замыкания) в значительной мере определяют электро-потребление источника питания МКС, так как они могут существенно пре-вышать сопротивление нагрузки. Снижение электропотребления инвер-торных источников питания МКС связано с созданием трансформаторовэтих источников, которые обладают минимальными индуктивными и ак-тивными сопротивлениями. Сложность решения этой задачи определяетсяотсутствием надежных методов расчета и измерения этих параметров.

В работе представлены численный и аналитический методы расчетаэлектромагнитных параметров трансформаторов инверторных источниковпитания МКС. Даются результаты анализа точности измерения этих пара-метров с помощью прибора Е7-20 в звуковом диапазоне изменения часто-ты. Показано, что изменение количества и взаимного расположения дис-ков первичной и вторичной обмоток позволяет существенно уменьшитьиндуктивное сопротивление трансформатора в режиме КЗ. Благодаря это-му электропотребление МКС может быть снижено на 30-40 %. Полученыформулы для расчета толщины дисков обмоток, при которых активное со-противление трансформатора при КЗ будет минимальным. Результаты рас-чета использованы для разработки конструкций трансформаторов инвер-торных источников питания МКС со сварочным током 10 кА и частотой,изменяющейся в диапазоне от 4 кГц до 10 кГц.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫТРАНСФОРМАТОРОВ НА ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРАХ

Серов А.Е.Институт ядерной энергетики (филиал)

Санкт-Петербургского государственногополитехнического университета, г. Сосновый Бор

Исследование параллельной работы трансформаторов на лаборатор-ных стендах достаточно затруднительно, тем более, когда необходимо ис-

215

пытать параллельную работу нескольких (более двух) трансформаторовразной мощности и соответственно, с разными коэффициентами транс-формации и напряжениями короткого замыкания (ГОСТ допускает откло-нения в коэффициентах трансформации ∆К% не более, чем на 0,5% отсреднего геометрического и в напряжениях короткого замыкания ∆UK %не более, чем на 10% от среднего арифметического значения) [1].

Метод моделирования на ПК с использованием Simulink of Matlabпозволяет исследовать параллельную работу нескольких трансформаторовдостаточно просто и оценить влияние разницы в коэффициентах транс-формации и напряжений короткого замыкания на загрузку трансформато-ров. Перед сборкой схемы определяются группы каждого трансформаторана модели Three-Phase Transforme 12 Terminals путем измерения соответ-ствующих напряжений и сопоставления их с табличными данными [2].После сборки схемы параллельной работы нескольких трансформаторовопределяются уравнительные токи между трансформаторами и распреде-ление нагрузки между каждым трансформатором. Находится допустимаяобщая нагрузка при условии, что ток наиболее загруженного трансформа-тора не превышает его номинального значения. Другие трансформаторыпри этом оказываются разгруженными по токам и, соответственно, помощностям. Путем подбора коэффициентов трансформации (комбинацияне всегда очевидна, иногда удивительна) при переключениях в анцапфахтрансформаторов оптимизируются режимы работы и достигаются наи-лучшие условия загрузки трансформаторов.

Литература:1. Электрические машины: Трансформаторы: Учеб. пособие для

электромех. спец. вузов / Б.Н. Сергеенков, В.М. Киселев, Н.А. Акимова;Под ред. И.П. Копылова. – М.: Высш. шк., 1989. 352 с.

2. Булгаков Н.И. Группы соединения трансформаторов. М., «Энер-гия», 1968. 86 с.

216

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВВ ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Сидоренко Г.И., Кузнецов И.М.Санкт-Петербургский государственный


Площадь Российской Федерации составляет 17,075 млн. км2, приэтом около 12 млн. км2 её территории (~70%) не охвачено централизован-ным электроснабжением. На этих территориях, расположенных, в основ-ном, в северных и горных, т.е. труднодоступных районах проживает при-близительно 25 млн. жителей, что составляет около 18% населения Рос-сии. В районах децентрализованного электроснабжения расположеномножество дизельных электрический станций (ДЭС) малой и среднеймощности, которые работают с низким КПД, неэкологичны и требуютбольших объемов дизельного топлива.

Построение, функционирование и развитие энергетического хозяй-ства севера имеет ряд особенностей. Эти особенности обусловлены, всвою очередь, несколькими характерными экономико-географическимиотличиями северных территорий [1]: 1) Суровые климатические условия;2) Удаленность и труднодоступность потребителей; 3) Низкая плотностьнаселения; 4) Небольшие по сравнению с территориями в умеренных июжных климатических зонах требуемые мощности энергетических уста-новок; 5) Высокая экологическая уязвимость территории.

Общим для всех видов возобновляемой энергии (ВВЭ) является низ-кая интенсивность и рассеянность в пространстве, что означает их пред-почтительное использование для электроснабжения децентрализованныхпотребителей [2], которые как раз и располагаются в труднодоступных се-верных районах на первых этапах их освоения.

При наличии в непосредственной близости или даже в границах но-вого промышленного района достаточных ресурсов возобновляемой энер-гии, если получено технико-экономическое обоснование целесообразностиих преобразования в электрическую и тепловую энергию, возможно ис-пользование этой энергии потребителями социальной инфраструктуры

217

района – новыми городами, поселками, базами отдыха, санаториями, атакже предприятиями агропромышленного комплекса.

Литература:1. Иванова И.Ю., Тугузова Т.Ф., Попов С.П., Петров Н.А. Малая

энергетика Севера: Проблемы и пути развития. – Новосибирск: Наука,2002. – 188 с.

2. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. М.:Энергоатомиздат. 1990. – 392 с.

МНОГОЦЕЛЕВОЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ

КРУПНОМАСШТАБНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХСИСТЕМ ПО ДЕТЕРМИНИРОВАННЫМ И

ВЕРОЯТНОСТНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Симаков И.П., Холодных П.В.Санкт-Петербургский государственный


Для количественной оценки при проектировании уровней безава-рийности, безопасности и системной надежности многоагрегатных авто-матизированных технических комплексов (АТК) с повышенным рискомэксплуатации создан многоцелевой программный комплекс (ПК). При соз-дании ПК использован математический аппарат [1], позволяющий кор-ректно описать имеющие место в АТК все причинно следственные, в томчисле обратные связи по потокам вещества, энергии и информации. ПКобеспечивает решение следующих задач.

1. Автоматическое формирование по вводимой с помощью графиче-ского редактора структурно-функциональной схеме АТК его математиче-скую модель в форме систем логических уравнений с выводом структур-ных функций в форме так называемых кратчайших путей успешного функ-ционирования (КПУФ) и минимальных сечений отказов (МСО).

218

2. Расчет детерминированных показателей оценки качества струк-турной организации АТК и его управляющей системы (УС): показателейd–отказоустойчивости (отказобезопасности) как максимального числа от-казов элементов, которые в любом сочетании не приведут к потере рабо-тоспособности АТК в целом; показателей V–отказоустойчивости как от-ношения числа работоспособных состояний системы к общему их числу;коэффициентов отказоустойчивости для отказов k-ой кратности; показате-лей весов, важности и значимости элементов в структуре АТК.

3. Формализованный вывод и графическое представление деревьевотказов (ДО) и полных графов деградации системы (ГД), учитывающихпорядок следования отказов в АТК с учетом действия или бездействияподсистем аварийной защиты и систем безопасности.

4. Расчет стандартного набора вероятностных показателей систем-ной надежности и безопасности АТК как функций времени, включая рас-чет среднего остаточного времени наработки АТК до отказа при условииего безотказной наработки АТК за некоторое время.

Литература:1. Симаков И.П., Холодных П.В. Математические модели, формали-

зованные методы и программные средства объективной оценки надежно-сти и безопасности структурно-сложных технических систем. – В сборни-ке научных трудов «Вычислительные, измерительные и управляющие сис-темы». – СПб.: Изд-во СПбГПУ. 2009. – с. 130-139.

ВЕРИФИКАЦИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТАТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ СЛОЖНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ

Смоловик С.В., Брилинский А.С.Санкт-Петербургский государственный


Проектирование объектов электроэнергетики включает в себя не-сколько взаимосвязанных между собой основных этапов, базирующихсяна расчетах нормальных и послеаварийных режимов работы электриче-ских сетей, расчетах статической и динамической устойчивости и токов

219

короткого замыкания (ТКЗ). Сложность данных расчетов во многом опре-деляется большим объемом исходной и получаемой информации. Резуль-таты проработки одного из указанных этапов могут потребовать пере-смотра проектных решений, полученных в ходе выполнения других эта-пов.

Необходимо подчеркнуть, что ввод новых генерирующих мощно-стей и сооружение дополнительных линий электропередачи для повыше-ния показателей надежности электроснабжения потребителей, статическойи динамической устойчивости, как правило, влечет за собой увеличениевеличин ТКЗ. В свою очередь, мероприятия по ограничению ТКЗ оказы-вают влияние на режимы работы энергосистемы и показатели устойчиво-сти. Поэтому анализ величин ТКЗ должен производиться совместно с ана-лизом установившихся режимов и динамической устойчивости рассматри-ваемой сети.

После определения структуры и основных характеристик расчетнойсхемы проектируемой электроэнергетической системы исходная инфор-мация для расчетов установившихся режимов и электромеханических пе-реходных процессов может быть представлена с помощью унифицирован-ного формата обмена данными, так называемого «формата ЦДУ». Однако,рассмотренная информация не позволяет проводить напрямую расчетытоков однофазных коротких замыканий, которые, как правило, являютсяопределяющими при выборе оборудования.

Получение расчетных схем для расчета ТКЗ для энергосистемысложной структуры с помощью современных программ традиционно вы-полняется вручную, что приводит к накоплению ошибок и трудоемкимпроцессам их поиска и устранения.

Ввиду этого представляет практический интерес частичная автома-тизация подготовки исходных данных для расчета несимметричных режи-мов сети в случае, когда исходная информация об электрических парамет-рах и топологии сети представлена в «формате ЦДУ».

220

Оперативная оценка величин ТКЗ позволит с большей обоснованно-стью рекомендовать проектные решения для перспективных схем элек-трических сетей с номинальным напряжением 110 кВ и выше.

ФАКТОРЫ РИСКА СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Смоловик С.В.Санкт-Петербургский государственный

политехнический университетКияткина С.Р.

ОАО «НИИПТ»

Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимое снижение напряже-ния сети не должно превышать 10%. Причина снижения напряжения – этонежелательно возникшая ситуация в энергосистеме (ЭС), повлекшая за со-бой снижение напряжения (СН), например:

1) недостаточно высокое возбуждение генераторов, 2) увеличениереактивных сопротивлений связи, 3) короткое замыкание. Под терминомфактор риска снижения напряжения обозначим характерный признак иливоздействие присутствующих в ЭС элементов, из-за наличия которых:1) при номинальном напряжении сети - увеличивается вероятность СН;2) при заниженном напряжении сети – увеличивается вероятность про-грессирующего развития СН – лавины напряжения (ЛН).

Отметим, что фактор риска не всегда является причинным фактором.Под энергозоной с факторами риска будем понимать зону с высокой

вероятностью группового выбега асинхронных двигателей.Для предотвращения лавинообразного снижения напряжения необ-

ходимо избежать опасного влияния факторов риска: необходимо проана-лизировать для каждой зоны факторы риска СН – проанализировать элек-тромеханические переходные процессы в рассматриваемой зоне.

Исследование влияния факторов риска осложняется непостоянствомслагающих МС эквивалентного генератора, принадлежащего конкретнойэнергозоне. Эта задача решается путём построения семейства характери-стик МС=f(n).

221

Мс – момент сопротивления на валу эквивалентного двигателя; n –частота вращения двигателя; nМММ С 0 , где:

М0 – постоянный механический момент (момент, не зависящий отскорости вращения двигателя); M – момент сопротивления вентиляторно-го типа;

Так, проварьировав обе составляющие МС и α, и получив тем самымсемейство характеристик, могут быть определены две предельные из них(минимальная и максимальная границы семейства), которые далее следуетпринять за опорные.

Проводить факторный анализ гораздо сложнее, чем какой-либоиной, так как одни и те же факторы оказывают в различных схемно-режимных условиях неодинаковое влияние на величину передаваемойэнергии и уровень отклонений напряжения. Однако, ценой пренебреженияфакторами риска является локальная лавина напряжения (лавина напря-жения в энергозоне), и, как следствие, ощутимые финансовые потери.

ВЫБОР МОДЕЛИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ

СНИЖЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ

Смоловик С.В., Севастьянова А.В.Санкт-Петербургский государственный


Модель асинхронного двигателя (АД) может быть реализована вдвух видах: с учетом электромагнитных переходных процессов (полнаямодель) и без учета электромагнитных переходных процессов (упрощен-ная модель на основе схемы замещения). С одной стороны, для упрощен-ной модели требуется меньше исходных данных (что очень важно, по-скольку в каталогах представлены только основные параметры), она про-ще реализуется. С другой стороны, полная модель дает более реалистич-ные результаты. Таким образом, требуется решить, какую модель можноиспользовать для решения определенной задачи. Разница между полной и

222

упрощенной моделями проявляется только при большой скорости сниже-ния напряжения. При быстрых изменениях напряжения (например, приКЗ), необходимо использовать полную модель АД. Однако есть случаи,когда упрощенная модель дает удовлетворительные результаты и при бы-стрых изменениях напряжения.

Как следует из уравнения движения ротора, скорость измененияскольжения зависит от инерционной постоянной T J и от механическоймощности PMEX. Следовательно, при выборе модели можно ориентиро-ваться и на эти величины.

Если инерционная постоянная агрегата мала, скольжение изменятсяинтенсивно, и использование упрощенной модели дает результаты, близ-кие к результатам, полученным с использованием полной модели.

При моделировании асинхронного двигателя, как правило, исполь-зуется аппроксимация зависимости PMEX(s). В аппроксимирующее выра-жение, кроме номинальных характеристик двигателя и скольжения, вхо-дит коэффициент загрузки kзаг. Численные эксперименты показали, чтодаже в случае быстрого изменения напряжения, при малых коэффициен-тах загрузки, скольжение может изменяться достаточно быстро и упро-щенная модель дает такие же результаты, как и полная. При коэффициен-тах загрузки, близких к единице, упрощенная модель не подходит для рас-четов таких процессов.

Таким образом, в случаях сниженных значений TJ или kзаг дажепри быстрых изменениях напряжения можно использовать упрощеннуюмодель.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕКЦИИ СТАТОРА КАК ПОДЗАДАЧА САПР

Солнышкин Н.П., Дмитриев С.И., Кузнецов А.В.Псковский государственный политехнический институт

По данным ГОСТ 22487—77 проектирование это - процесс созданияописаний нового или модернизируемого технического объекта (изделия,процесса), достаточных для изготовления или реализации этого объекта взаданных условиях. По степени участия ЭВМ в решении такой задачи раз-

223

личают, в т.ч. автоматическое проектирование – инженерное проектирова-ние происходит без участия человека в промежуточных этапах проектиро-вания.

На ОАО ПЭМЗ была внедрена технология автоматизированного 3Dмоделирования секции, которая позволила перейти на более высокий уро-вень в проектировании и изготовлении секции статора в производстве засчет исключения доделки или изготовление заново сложной и дорого-стоящей оснастки; Однако в процессе внедрения был выделен ряд недос-татков, поэтому выполнена работа по проектированию мастер-модели сек-ции, способной к полному пересчету и перестроению сложной геометриибез участия человека.

Для этого были решены задачи: максимально упрощена модель присохранении её смысловой нагрузки – проверке положения в пакете статораи электродвигателе в целом; разработан ряд специальных правил модели-рования 3D модели для её дальнейшего корректного перестроения прилюбых размерах; разработаны системы управляющих и управляемых дан-ных для получения корректной перестраиваемой геометрии; разработанасистема компенсации ошибок на уровне геометрических построений приперестройке модели; создана система управления исходными данными;выполнена коррекция получаемой геометрии с учетом свойств материаласекции.

Эти задачи были решены на базе САПР Solid Edge. В результате бы-ли созданы автоматизированные мастер-модели секции и её технологиче-ской оснастки, что позволило получить проектную документацию в авто-матическом режиме по мастер-моделям: секции; шаблона по формовке ло-бовых частей секции; шаблона по намотке заготовки секции. Применениеавтоматизированных мастер-моделей в производстве позволило получитьвизуальную картину положения секции в обмотке статора, тем самым из-бежать ошибок расчетов и позиционирования деталей в системе двигате-ля; сократить сроки подготовки конструкторской документации; изготав-ливать дорогостоящую оснастку с одного раза, тем самым сократить рас-ходы на производство оснастки в несколько раз; создать условия макси-

224

мальной гибкости в проектировании и изготовлении секции и её техноло-гической оснастки.

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОЕНИИ

Солнышкин Н.П., Самаркин А.И., Кузнецов А.В.Псковский государственный политехнический институт

В настоящее время основной методикой моделирования в машино-строении является трехмерное параметрическое твердотельное моделиро-вание. Вместе с тем, 3D моделирование является ресурсоемким, обычныйметод проектирования на основе дерева конструирования – ограничиваю-щий пользователя, существует также ряд проблем в формировании сборок.При многопользовательской работе имеются трудности с организациейвзаимодействия разработчиков в группе. Отдельной проблемой являетсяиспользование в одном проекте данных различных САПР. Моделированиесложных систем (таких как электромашины) в 3D, таким образом, встре-чается со значительными трудностями. В связи со сказанным, и по сейдень существует ряд разработок, ориентированных на двумерное пред-ставление проектной информации, лишенных отмеченных недостатков.

В связи с этим необходимо выделить следующие отрицательные осо-бенности развития САПР АД без применения 3D моделирования –2D геометрия не однозначно решает задачи позиционирования в такихсложных геометрических системах как двигатель на различных этапахпроизводства; 2D геометрия не позволяет использовать современные сред-ства САЕ систем. Только 3D геометрия дает наиболее полные данные офизических свойствах проектируемого объекта – массе, центре тяжести,геометрическом центре и т.д.

Можно выделить следующие области применения 3D САПР: Проектирование сложных приспособлений со сложным гео-

метрическим движением составляющих компонентов, включаяизмерительные приспособления и технологическую оснастку; -проектирование пресс-форм с помощью булевых операций и

225

получение реальной картины полости форм; проектированиесложных отливок и отработка их технологичности;

Быстрое внедрение новых технологий и необходимых измене-ний конструкции согласно требованию заказчиков и совре-менным условиям двигателестроения; проектирование серийЭД на базе понятия «семейств» изделий и сборок с получениеми анализом строения каждого двигателя одной серии в 3D гео-метрии.

На ОАО ПЭМЗ был осуществлено внедрение 3D CAD систем сред-него уровня Solid Edge с целью определение наиболее эффективной мето-дики внедрения 3D проектирования, максимальный учет особенностейэлектромашиностроительного производства. ПрименяемаяСАПР Solid Edge обладает рядом уникальных преимуществ, таких как тех-нология прямого проектирования (синхронная технология), что позволилопосле разработки специальных правил проектирования в кратчайшие сро-ки конструировать электродвигатели одной серии.

О ВЛИЯНИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ВАНТЕННО-СОГЛАСУЮЩЕМ ТРАКТЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ

УСТРОЙСТВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРОИГРЫШ ПРИПРИЕМЕ СЛОЖНЫХ ДЧМ СИГНАЛОВ

Сороцкий В.А.Санкт-Петербургский государственный


Электромагнитные волны (ЭМВ) в диапазоне от нескольких десят-ков килогерц (диапазон ОНЧ) и ниже благодаря своим уникальным свой-ствам проникать в толщу воды и земли нашли применение в геофизикепри проведении электроразведки и сейсмических измерений [1]. Учиты-вая, что величина скин-слоя, определяющего глубину проникновенияволн, при типичных значениях проводимости среды в диапазонах СНЧ иКНЧ, например, может достигать нескольких сотен метров в воде и не-

226

скольких тысяч метров в земле, применение ЭМВ указанных диапазоновпри проведении геофизических исследований позволяет получить замет-ные преимущества по сравнению с другими используемыми методами из-мерений.

Одним из наиболее перспективных путей повышения точности из-мерений, как известно, является использование сложных дискретно-частотноманипулированных (ДЧМ) сигналов. Однако в радиосистемах,работающих в диапазоне пониженных частот, основным фактором, пре-пятствующим использованию сигналов данного типа, как правило, являет-ся относительно узкая полоса пропускания антенно-согласующего тракта(АСТ) радиопередающих устройств (РПдУ). К числу возможных способоврасширения полосы пропускания АСТ можно отнести реализацию работыРПдУ на систему взаиморастроенных антенн, а также использование элек-тронного корректора нагрузки (ЭКН), осуществляющего синхронную пе-рестройку параметров согласующего тракта при изменении частоты гене-рируемых колебаний.

В докладе рассмотрен метод определения энергетического проиг-рыша (ЭП) при приеме сложных ДЧМ сигналов, обусловленного переход-ными процессами в АСТ РПдУ. Приведены результаты расчетов ЭП и иханализ.

Литература:1. Опыт частотного электромагнитного зондирования земной коры с

применением мощной антенны СНЧ–диапазона / Велихов Е.П., Жамалет-динов А.А, Собчаков Л.А. и др. // Доклады Академии Наук. Т. 338, № 1,1994, с. 106-109.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ОТБОРОВ ТУРБИНЫ

Стрельников А.С., Сафронов П. Г.Читинский государственный университет

Рост тепловых и электрических нагрузок обуславливает необходи-мость изыскания внутренних резервов станции, а низкая рентабельность

227

вынуждает искать пути наиболее эффективного повышения мощности, безувеличения себестоимости ее производства. При этом можно рассматри-вать несколько способов повышения конкурентоспособности: оптимиза-ция режимов работы энергетического оборудования, изменения тепловойсхемы станции и изменение начальных параметров станции. Оптимизациюраспределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ можно отнести к малоза-тратным методам энергосбережения. Кроме оптимизации режимов работыТЭЦ к перспективному направлению энергосбережения можно отнестисовершенствование распределения потоков теплоты в пределах станции.

Регулирование тепловой нагрузки на подавляющем большинствеТЭЦ осуществляется качественное, со сменой температуры сетевой воды вподающем трубопроводе один, два раза в сутки по средней температуре заинтервал времени. Транспортное запаздывание теплоносителя, разнород-ность тепловой нагрузки, различная ветровая нагрузка и интенсивностьсолнечной радиации по районам населенного пункта не позволяют осуще-ствлять плавное изменение температуры сетевой воды в подающем трубо-проводе. Вследствие чего происходит увеличение температуры сетевойводы возвращаемой на ТЭЦ. Температуру сетевой воды можно снизитьпутем передачи части тепла через теплообменник питательной воде илихимически очищенной. Многие турбины имеют охладители эжекторов,сальниковые подогреватели, включенные в низкопотенциальную часть.Однако при низком пропуске пара в конденсатор включается линия ре-циркуляции и часть подогретой питательной воды с высокой температу-рой порядка 90 градусов сбрасывается в холодный источник. Экономиятепла при утилизации в сетевой воде сбросного тепла в отопительный пе-риод может достигать 4 МВт, а в неотопительный 14 МВт. В пользу вклю-чения теплообменника для подогрева сетевой воды питательной являютсябольшие недогревы достигающие 40 градусов в отопительный период всетевых подогревателях Читинской ТЭЦ 1, что при уменьшении расходапара на подогреватель позволит снизить недогрев в подогревателе. Крометого вытеснение пара теплофикационного отбора может повысить мощ-ность развиваемую турбиной, за счет конденсационного потока при такой

228

же высокой экономичности ее производства. Пластинчатые водоводяныетеплообменники имеют незначительные габариты.

RAB-РЕГУЛИРОВАНИЕ ТАРИФОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Фарисова Ч.А., Шарафутдинова Л.И.Казанский государственный энергетический университет

С 2008 года в России началось внедрение новой системы тарифооб-разования в электроэнергетики, основанной на возврате инвестированногокапитала (RAB- регулирование). Полный переход на нее планируетсяс 1 января 2011 года.

Regulated Asset Base (в переводе с английского «регулируемая базакапитала») – метод расчета тарифов, гарантирующий возврат инвесторамвложенных средств через тарифную выручку с определенным процентовприбыли, величина которой определяется государством.

Действующий в настоящее время метод расчета тарифов «затраты +»не стимулирует распределительные сетевые компании снижать издержки.Также приближение износа оборудования к критическим значениям(60-70%) указывает на необходимость привлечения масштабных инвести-ций в энергетическую отрасль. Внедряемый метод крайне привлекателендля инвесторов, так как предполагает формирование тарифов таким обра-зом, что их средства вернутся к ним с процентом на вложенный капитал.Основными преимуществами RAB-регулирования являются долгосроч-ность (тарифы остаются неизменными в течение 3-5- лет, в то время, кактарифы методом «затраты +» устанавливаются ежегодно) и прогнозируе-мость вводимых тарифов. Тарифы на основе данного метода выгодны ипотребителям: тарифы будут уменьшаться с течением времени.

Тариф, образованный по методу RAB, состоит из следующих со-ставных частей:

- операционные затраты, которые компании будут стремиться сни-жать, так как сэкономленные средства останутся у них;

- проценты на инвестированный капитал, которые при долгосрочнойперспективе снизятся в связи с уменьшением инвестиционных рисков;

229

- инвестированный капитал.В отличие от метода «затраты +» в системе RAB-регулирования ин-

вестиционные расходы включаются в базу инвестированного капитала, ко-торые будут возвращаться в течение 35 лет. Эта система схожа с ипотекой,то есть потребитель платит за инвестиции в течение длительного периодавремени. С середины 1990-х годов на метод возврата вложенного капиталаперешли распределительные сетевые компании многих стран ЗападнойЕвропы, США, Австралия, Канада, но со своими особенностями. Опыт пи-лотных филиалов МРСК (с 1 января 2010 года их число достигло 17) пока-зал жизнеспособность RAB-регулирования тарифов в российской электро-энергетике и выгоду от ее применения, которая выразилась в увеличенииинвестиционных программ и надежности в результате модернизации и ре-конструкции объектов.

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ ВРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Федотов Е.А., Чернова Н.В.Казанский государственный энергетический университет

Кузнецов Р.В.ОАО «Сетевая компания», г. Казань

Известен способ повышения напряжения на конце длинной электро-передачи в распределительной сети 6 – 10 кВ за счет установки последова-тельных вольтодобавочных автотрансформаторов (ВДТ). Он используется,когда не иной возможности для обеспечения нормативных показателейкачества электроэнергии в части отклонений напряжения. Обычно в рас-пределительных сетях способ повышения напряжения за счет вольтодоба-вочных трансформаторов рассматривается в отрыве от режима всей сис-темы электроснабжения. При этом не учитывается фактор увеличения токав электропередаче до места установки ВДТ, что приводит соответственнои к увеличению потерь напряжения на начальном участке электропереда-чи.

230

Эффект «лавины напряжения» хорошо известен в электроэнергетикеприменительно к электрическим сетям более высокого класса номиналь-ного напряжения, когда вследствие массового уменьшения коэффициентовтрансформации силовых трансформаторов для поднятия уровня напряже-ния у потребителей до требуемого уровня может произойти еще большеепадение напряжения в электрической сети. В распределительной электри-ческой сети при применении ВТД происходит обратное: коэффициенттрансформации у ВТД увеличивается при понижении напряжения у ко-нечных потребителей. Однако увеличение тока может снизить эффектприменения ВТД в единичных электропередачах. А при увеличении ихколичества возможно появление эффекта, аналогичного эффекту «лавинынапряжения» в сетях более высокого номинального напряжения.

Проведенные исследования показали, что граница для критическогокоэффициента трансформации у ВДТ, когда его увеличение приводит кеще большему снижению напряжения, при практически существующихнагрузках не достигается. Однако количество ВДТ и их расчетные коэф-фициенты трансформации не могут быть правильно рассчитаны без учетаэффекта увеличения тока на головном участке электропередачи при по-вышении уровня напряжения у потребителей. Математическая модельсистемы электроснабжения может быть составлена таким образом, чтобывходной величиной был уровень исходного напряжения у потребителя, авыходной – желаемый коэффициент трансформации у ВДТ.

МОДЕЛЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ТРАКТА ЛЭП

Хакимзянов Э.Ф., Завгороднев М.Ю.Казанский государственный энергетический университет

Задачи определения места повреждения линии электропередачи(ЛЭП) сводится к методу локационного зондирования импульсным сигна-лом. Для решения необходимо оценить условия распространения импульс-ного сигнала в ЛЭП. В связи с этим предлагается моделирование процес-сов, протекающих в ЛЭП при ее зондировании импульсами малой дли-тельности.

231

Предлагается представление ЛЭП и устройств высокочастотной (ВЧ)обработки в виде эквивалентных схем замещения. Для этого выполненыматематические расчеты электрических схем замещения по законам Кирх-гофа и Ома. По результатам расчетов построены графики изменения вы-ходного напряжения в зависимости от частоты входного сигнала.

Полученные результаты АЧХ схем замещения ЛЭП показывают, чтоЛЭП представляет собой фильтр низких частот (ФНЧ). Данный вид фильт-ра характеризуется тем, что ВЧ составляющие импульсного сигнала будутиспытывать большее затухание по сравнению с НЧ составляющими. Рас-чет коэффициента затухания в ЛЭП гармонических сигналов произведенпо методике, предложенным Ю.П. Шкариным.

По рассчитанной эквивалентной схеме замещения фильтра присое-динения построена АЧХ, которая совпадает с реальной АЧХ фильтра при-соединения. АЧХ фильтра присоединения определена при помощи измери-тельного комплекса «РЕТОМ-Вч».

По полученным частотным характеристикам устройств ВЧ обработ-ки ЛЭП, представлена форма импульсного сигнала, отраженного от неод-нородностей в виде обрыва или КЗ в любой точке линии.

Результаты данных расчетов представлены в программной средеBorland Delphi. Полученные результаты моделирования совпадают с реф-лектограммами, полученными при зондировании ЛЭП импульсным реф-лектометром РЕЙС.

ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИМИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ

АВТОМАТИКИ

Хузин П.И.Санкт-Петербургский государственный


Интенсивное развитие микропроцессорной техники позволило обес-печить ее широкое применение для построения средств противоаварийно-

232

го управления энергосистем, включая системы релейной защиты и автома-тики. Внедрение микропроцессорных средств релейной защиты и автома-тики (МПРЗА) позволяет улучшить контроль состояния энергетическогооборудования, улучшить технические характеристики, расширить функ-циональные возможности, например, обеспечить регистрацию нормаль-ных и аварийных процессов, а также включение в автоматизированныесистемы управления технологическим процессом (АСУТП) на базе раз-личных стандартизованных протоколов передачи данных.

Существующая нормативная документация предъявляет к микро-контроллерам (МК), МПРЗА следующие основные требования:

- МК должны обеспечивать связь с объектом, аналого-цифровое пре-образование, ввод-вывод дискретных сигналов, человеко-машинный ин-терфейс, интерфейс связи с верхнем уровнем;

- нижняя граница разрядности встроенных аналого-цифровых пре-образователей (АЦП) не должна быть менее 12. Быстродействие АЦП обу-славливается частотой дискретизации, количеством каналов преобразова-ния и техническими характеристиками процессорного устройства;

- МК должен содержать энергонезависимую внешнюю память дляхранения уставок, результатов самоконтроля функционирования защиты сучетом возможного отказа блока питания.

Большинство предлагаемых на рынке МК удовлетворяет указаннымтребованиям.

В работе была проанализирована номенклатура выпускаемых RISCмикроконтроллеров ведущих производителей, даны рекомендации по вы-бору конкретных моделей для реализации функций защиты и диагностикиэлектрооборудования на основании технических данных, а также скоростивыполнения основных операций и алгоритмов (умножение, цифро-аналоговое преобразование, свертка и др.). По мнению автора, из большо-го семейства различных МК, на сегодняшний день наибольший интересвызывают МК фирм Atmel, Analog Device и STMicroelectronics, имеющимивысокую производительность, а также развитую цифровую и аналоговуюпериферию. Применение МК указанных фирм позволит реализовать весь

233

спектр необходимых защит электрооборудования (генераторов, трансфор-маторов, электродвигателей).

АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙМОДЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБЪЕДЕНЕИЯ С

НЕОПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Чулин С.Л.Санкт-Петербургский государственный


В настоящей заметке рассматривается задача устойчивости решенийуравнения описывающего работу электроэнергетического объединения синтервально меняющимися параметрами. Пусть

0( ) ( ) ( ) ( )x t A x t Bu t B w t , (1)

Данное уравнение представляет собой математическую модель электро-энергообъединения в пространстве состояний. Матрица 0A [1] имеет вид:

13 13

12 2 21 1 1

23 23

22 2 22 2 2

32 2 2 23 3 3 3

1 1

1

1 1 1

01

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

y

a a a

y

a a a

y

a a a a

n n

c c c

u

TT T T

TT T T

TT T T T

T TkT T T

AT

2 2

2

2 2 2

2

3 3

3

3 3 3

3

1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

n n

c c c

u

n n

c c c

u

T TkT T T

T

T TkT T T

T

Предположим, что собственные значения матрицы 0A имеют отри-

цательные действительные части т.к. решения уравнения (1) устойчивы.Наряду с уравнением (1) рассмотрим уравнение:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )x t A x t Bu t B w t , (2)

где 20 1 2( )A A A A .

234

Нас интересует диапазон изменения параметра, при котором ре-шение уравнения (2) сохраняет устойчивость. За основу возьмем теориювозмущения линейных операторов Реллиха-Като [2,3]. Согласно [3] собст-венные значения оператора ( )A , могут быть представлены в виде

(0) (1) 2 (2)( ) , 1.k k k k

Здесь (0)k – собственные значения оператора (матрицы) 0A , значения (1)

k и(2)k задаются формулами [3, стр. 106], причем соответствующие формулы

были адоптированы для решения данной задачи. Пусть (0) 0k , тогда диа-

пазон изменения , при котором сохраняется устойчивость решений урав-нения (2) может быть получен из неравенства

(0) (1) 2 (2) 0 1,2, ,k k k k m .

Вычисления проводились в среде MatLab. Матрица 0A размерности

[14 x 14] имеет следующий вид:

0

0 0.031 0 0 0.031 0 0 0 0 0 0 0 0 041.619 0.1286 0 0 0 47.619 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0.04 0.04 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 25 0.125 0 0 0 0 25 0 0 0 0 0

50 0 50 0 0.125 0 0 0 0 0 0 50 0 00 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 00 0.017 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0.5 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 00 0 0 0.032 0 0

A

0 0 0 1 1 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 0 0.0163 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5

Значения элементов матрицы 0A взяты из [3]. Матрицы 1A и 2A выби-

рались таким образом, чтобы(1) (2) 2 (0)0.1 ,ij ij ija a a i j и [ 0,5; 0,5] .

Результаты расчетов представлены на следующем рисунке.

235

Из рисунка видно, что на участке 6 6[ 0,6 10 ; 0,6 10 ] ,

max Re 0j и, следовательно, система устойчива.

Литература:1. В.И. Козлов, В.Е. Куприянов, В.Н. Шашихин Управление энерге-

тическими системами. Ч. 1. Теория автоматического управления. Учеб.Пособие / Под ред. В.Н. Козлова. Спб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006.316 с.

2. Rellich F. Perturbation theory of eigenvalue problems. – New York:Gordon and Beach Science Publishers, inc, 1969, 127 p.

3. Като Т. Теория возмущений линейных операторов. – М.: Мир,1972, 740 с.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВАГАЭС В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМ РЕГИОНЕ

Шульгинов Р.Н.Санкт-Петербургский государственный


При оценке эффективности сооружения гидроаккумулирующихэлектростанций необходимо оценить их основные конкурентные преиму-щества по сравнению с другими типами электростанций. К таким преиму-ществам относятся:

- возможность выравнивания графика нагрузки энергосистемы засчет производства электроэнергии в часы пика нагрузки и потребления вчасы провала нагрузки;

- использование в часы провала нагрузки электроэнергии, вырабаты-ваемой на АЭС и базисных ТЭС;

- экономия топлива за счет уменьшения выработки электроэнергиина ТЭС;

236

- экологический эффект, который получается за счет снижения вы-бросов вредных веществ в окружающую среду при уменьшении выработ-ки электроэнергии на ТЭС за счет выработки ГАЭС в часы пика нагрузки.

Учитывая вышеперечисленные факторы, эффективность сооружениягидроаккумулирующих электростанций в значительной степени будет за-висеть от структуры установленных мощностей в энергосистеме. При на-личии в структуре мощностей значительной доли АЭС, эффективностьГАЭС повышается. Рассматривая структуру установленных мощностейСеверо-Западного региона, можно отметить, что доля АЭС здесь составля-ет около 30%, а в структуре мощностей Санкт-Петербурга и Ленинград-ской области доходит до 40%, поэтому сооружение ГАЭС в этом регионестановиться весьма актуальным.

В качестве возможного варианта сооружения ГАЭС был рассмотре-но строительство ГАЭС установленной мощностью 1560 МВт в режимевыдачи.

Предварительный анализ эффективности сооружения ГАЭС в Севе-ро-Западном регионе показывает, что даже без учета экономии топлива иуменьшения выбросов вредных веществ за счет снижения выработки наТЭС, сооружение ГАЭС эффективно: чистый дисконтированный доходположительный, срок окупаемости составляет 14-15 лет, внутренняя нормарентабельности 20-21 %.

Необходимо также отметить, что эффективность сооружения ГАЭСв значительной степени зависит от капитальных вложений в ГАЭС, удель-ная величина которых на кВт установленной мощности существенно пре-вышает значения этого показателя для традиционных КЭС и поэтому сни-жает их конкурентное преимущество по сравнению с ТЭС. Другим значи-мым показателем, определяющим эффективность сооружения ГАЭС, яв-ляется тариф на электроэнергию в часы дневного пика и ночного провалаграфика нагрузки, который определяется ситуацией, складывающейся наоптовом рынке электроэнергии. Постепенный переход к конкурентномурынку электроэнергии может существенно изменить ценовые пропорциина электроэнергию и повлиять на эффективность ГАЭС, что требует до-полнительных исследований.

237

ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОФИЛЯКУЛАЧКА С УМЕНЬШЕННЫМ ИНЕРЦИОННЫМ

НАГРУЖЕНИЕМ И ВЛИЯНИЕМ УПРУГОСТИ ЗВЕНЬЕВ

Ярунов А.М., Синеокова И.А.Псковский государственный политехнический институт

Современный ткацкий станок содержит станину, в которой разме-щается навой, (цилиндрический вал с навитой пряжей), нитки с навоя по-ступают на промежуточный валик - скало, от скало – к зевообразователь-ному механизму, поочередно передергивающему нитки вверх и вниз. Вконце зева нитей, осуществляемого этим механизмом, проходит проклад-чик утка по решетке направляющих, перемещающий уток - поперечнуюнитку ткани. Нитка ткани прибивается батанным механизмом к готовойчасти ткани, и готовая часть ткани наматывается на валик на выходе ткац-кого станка.

Предлагается вместо боевого механизма, накапливающего энергиюудара от торсиона из легированной стали боевой механизм с неудержи-вающими связями центробежного действия.

Предлагается комбинированный профиль кулачка без одного из вы-стоев с модифицированными трапециями закона аналога ускорения дляпяти пар участков опускания и подъема профиля кулачка с углами α1,…,5 иуглами ψ1,…,5 поворота коромыслового толкателя в целях снижения инер-ционного нагружения (рис. 1) батанного механизма прибоя нити к готовойчасти ткани ткацкого станка.

0

0.7

1.4

32

24 0 6 0a1 a2 a3 a4 a56 0

Yрад

Y’рад/ рад

Y"рад -1

16 0

Рис. 1

238

СЕКЦИЯ 4Химия. Биология. Экология

МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ АКТИВАЦИИ ХИМИЧЕСКИХПРОЦЕССОВ ЛАЗЕРНЫМ И МИКРОВОЛНОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Бальмаков М.Д.Санкт-Петербургский государственный университет

Блинов Л.Н.Санкт-Петербургский государственный


Электромагнитное излучение способно в десятки и сотни раз ускорятьхимические реакции [1-4]. Исследование микроскопического механизмаэлементарных структурных превращений, стимулированных электромаг-нитным излучением, является важной задачей современного материаловеде-ния. Изучение взаимодействия микроволнового и лазерного излучения сконденсированными средами необходимо для разработки теоретическихоснов воспроизводимого на микроскопическом уровне синтеза нанострук-турированных функциональных материалов.

Текстура нанокомпозита CuInSe2 (рис.), синтезированного микро-волновым полиольным методом [3], свидетельствует о независимом фор-мировании нанофрагментов вокруг каталитических центров. Возможныразличные механизмы их образование. Один из них таков.

Поглощенный фотон инициирует возбуждение электронной подсис-темы конденсированной среды. Затем происходит локальное изменениеструктуры. Во многих случаях последнее обусловливает появление лока-лизованных электронных состояний, энергии которых мало отличаются отэнергий делокализованных электронных состояний конденсированнойсреды.

Образовавшиеся в результате действия электромагнитного излуче-ния локализованные электронные состояния представляют собой катали-

239

тические центры, стимулирующие передачу электронов от восстановителяк окислителю. Данный процесс сопровождается структурными превраще-ниями, формирующими наночастицы, совокупность которых и определяеттекстуру синтезированного материала.

Рис. Нанокомпозит на основе селеноиндата меди CuInSe2

Изображение получено с помощью сканирующего электронногомикроскопа Zeiss-EVO-40EP с катодом LaB6.

Важную роль играют малые структурные превращения [5], которыереализуются за счет согласованной перегруппировки многих атомов, при-надлежащих некоторому нанофрагменту. При этом расстояния между лю-бой парой соседних атомов меняются мало по сравнению с межатомнымирасстояниями. В результате, сохраняется ближний порядок.

Малые структурные превращения характерны также для интерваластеклования, когда координационные числа практически не меняются. Не-согласованность малых структурных превращений, происходящих в раз-ных нанофрагментах синтезированного материала, приводит к внутреннимнапряжениям.

Разумеется, не все поглощенные фотоны непосредственно иниции-руют структурные превращения. Энергия ряда фотонов непосредственнопереходит в тепло. Это также может способствовать образованию катали-тических центров.

Пусть на m атомов приходится N таких фотонов. Тогда, пренебрегаятеплообменом, локальная температура фрагмента из m атомов возрастаетпропорционально N

240

T~kmNh

3 = 1,6 10-11

mN , (1)

здесь k=1,38 10-23 Дж/K - постоянная Больцмана.Значительное повышение локальной температуры также может из-

менить ход элементарных структурных превращений, а также способство-вать образованию каталитических центров.

Полезны следующие оценки. Для частоты ν = 2.5 109 микроволново-

го диапазона T ~ 0.04mN . Когда N= m, повышение температуры незначи-

тельно: T ~ 0.04 K. Существенный нагрев возможен лишь при условииN>> m.

Ситуация иная для больших частот. Так, для частоты ν = 4.8 1014 из-

лучения гелий-неонового лазера T ~ 7.6 103

mN . Когда N = m, скачок ло-

кальной температуры значителен T ~ 7.6 103 K. В данном случае тепло-вой фактор играет важную роль в формировании текстуры синтезирован-ного материала.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фондафундаментальных исследований (проект № 08-03-00452).

Литература:1. Шафеев Г.А. Лазерная активация и металлизация диэлектриков //

Квантовая электроника 1997. Т.24. № 12. С. 1137 - 1144.2. Бердоносов С.С. Микроволновая химия // Соровск. образоват.

журн. 2001. Т. 7, № 1. С. 32–38.3. Тверьянович А.С., Ким Д., Борисов Е.Н. и др., Лазерные и микро-

волновые методы получения и модификации халькогенидных полупро-водниковых материалов. СПб.: Изд-во БХВ, 2006. 99 с

4. Бальмаков М.Д., Мурадова Г.М. Управление синтезом нанострук-турированных материалов с помощью лазерного и микроволнового излу-чений // Физ. и хим. стекла. 2010. Т. 36. № 1. С. 140 - 144.

5. Бальмаков М.Д. Термодинамический аспект плавления и размяг-чения наночастиц // Физ. и хим. стекла. 2008. Т. 34. № 5. С. 727- 739.

241

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТАПЛАЗМЕННО-ЦИКЛОННОГО

ПРОЦЕССА СЖИГАНИЯ УГЛЯ

Басаргин А.П.Читинский государственный университет

Расчет плазменно-циклонного процесса горения топлива основыва-ется на существующих методиках расчета плазменно-энергетических ициклонных процессов термической переработки топлив. Особенности рас-чета определяются физической сущностью процесса. Сущность техноло-гии сжигания угля в плазменно-циклонной топливной системе заключает-ся в совмещении двух высокоэффективных процессов: электротермохими-ческая подготовка пылеугольного топлива (ЭТХПТ) и последующее еговихревое сжигание в циклонной камере, сопровождающееся удалениемминеральной части топлива.

Конструкторский расчет плазменно-циклонной топливной системыпредлагается производить используя алгоритм, состоящий из пяти блоков.Первый блок – исходные данные. Задается необходимая тепловая мощ-ность плазменно-циклонной камеры, расход топлива. Вводятся характери-стики угля, рассчитываются объемы продуктов сгорания и необходимоеколичество воздуха. Задается температура вторичного воздуха. Во второмблоке производится расчет ЭТХПТ. В основе расчета лежит определениеоптимальной температуры ЭТХПТ и геометрии камеры ЭТХПТ, при кото-рых происходит стабилизация выхода горючих компонентов. Определя-ются удельные энергозатраты на процесс, мощность плазмотрона и пара-метры на выходе из камеры. Третий блок предназначен для определениягеометрических характеристик циклонной камеры. На основе известныхзначений теплонапряжения сечения циклонных камер и данных первого ивторого блоков рассчитывается определяющий размер – диаметр циклон-ной камеры и остальные характерные размеры. В четвертом блоке осуще-ствляется расчет аэродинамических характеристик циклонной камеры.Конечным результатом расчета этого блока является коэффициент сопро-

242

тивления циклонной камеры. В пятом блоке производится расчет тепло-вых потоков по уравнению теплового баланса. Расчет производится итера-ционным методом при задаваемых температурах пленки жидкого шлака игаза на выходе. В итоге определяется истиное теплонапряжение сечениякамеры и возможна коррекция геометрии (диаметра циклонной камеры).Завершающим этапом расчета является оценка перепада давления в ци-клонной камере с учетом неизотермичности процесса.

Методика конструкторского расчета реализована на ЭВМ в системе«Mathcad». При необходимости элементы разработанной методики могутбыть использованы для поверочного расчета плазменно-циклонной топ-ливной системы.

ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРНЫХ

ИЗМЕНЕНИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН

Белоглазов В.И., Дьякова Е.В., Комаров В.И., Гурьев А.В.Архангельский государственный технический университет

Направление исследования фундаментальных свойств целлюлозныхволокон и само понятие «фундаментальные свойства целлюлозы» дли-тельное время рассматривались в качестве теоретических основ либовспомогательных лабораторных методик при совершенствовании техноло-гий получения и свойств целлюлозно-бумажных материалов. Попыткиввести в производственную практику оценку фундаментальных свойств иучет изменений структурно-морфологических характеристик целлюлоз-ных волокон под влиянием химических, гидродинамических, механиче-ских и тепловых воздействий были ограничены по причине крайней тру-доемкости и неоперативности анализов, а также недостаточной воспроиз-водимости получаемых результатов.

Между тем, такие характеристики целлюлозных волокон как длина,ширина, толщина клеточной стенки, фракционный состав, грубость, изви-тость (фактор формы), наличие и вид дефектов и т.д., оказывают сущест-венное влияние, как на основные процессы получения полуфабрикатов,

243

так и конечной продукции. Это особенно актуально с учетом постепенногоухудшения качества сырья, вовлечением в сырьевой баланс некондицион-ной древесины, т.е. пораженной гнилью, усыхающей и т.п. Компенсиро-вать снижение фундаментальных свойств волокон такого сырья за счетприменения химических вспомогательных веществ не всегда возможно поэкономическим причинам.

Отмеченные цели и задачи успешно решаются с применением высо-котехнологичных анализаторов структурно-морфологических характери-стик волокон, в частности системы FiberTester, использование которой по-зволяет проводить необходимые измерения, формирование массивов дан-ных и их обработку в течение 20 минут для шести проб волокон.

В результате реализации программы комплексных исследованийфундаментальных свойств волокон целлюлозы и полуцеллюлозы проана-лизированы изменения структурно-морфологических свойств волокон втехнологических потоках варки, рафинирования, сортирования, размола иустановлены их взаимосвязи с физико-механическими характеристикамиполуфабрикатов и готовой продукции. Исследовано влияние фракционно-го состава и добавки волокон мелкой фракции в композицию на совокуп-ность фундаментальных свойств волокон полуфабрикатов и физико-механические характеристики тарного картона.

ОСОБЕННОСТИКОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО

ПОВЕДЕНИЯ СПЛАВОВ Ti-Nb и In-Pb В КИСЛЫХ СРЕДАХ

Борщевский А.М, Батурова Л.П., Елизарова Е.П.Санкт-Петербургский государственный


Известно, что изменение коррозионной стойкости гомогенных би-нарных сплавов, представляющих твердые растворы, под действием агрес-сивной среды происходит дискретно при составах, кратных n/8 атомныхдолей более стойкого компонента [1-4]. Появление границ коррозионной

244

стойкости связано, согласно существующим представлениям, с обогаще-нием поверхности сплавов более стойким компонентом, тормозящим по-следующее растворение.

В работе проведено исследование коррозионного поведения сплавовсистем Ti-Nb и In-Pb, образующих непрерывный ряд твердых раство-ров [5]. Выбор коррозионной среды определялся ее способностью избира-тельно растворять один из компонентов сплава, другой более стойкий -переводить в пассивное состояние. По данным предварительных испыта-ний установлено, что титан и ниобий характеризуются значительным раз-личием в химической активности в 40%-ном растворе H2SO4, а индий исвинец – в 56%-ном растворе HNO3. Причем различие в скоростях раство-рения индивидуальных компонентов в исследуемых растворах для обеихсистем примерно одинаково: 208 – для сплавов Ti-Nb и 280 – для сплавовIn-Pb.

По характеру растворения в 40%-ном растворе H2SO4 сплавы Ti-Nbможно разделить на две группы. Первая группа – стойкие сплавы, содер-жащие 30 и более ат% Nb, растворяются с весьма малой скоростью, слабозависящей от состава сплава, их стойкость соответствует стойкости чисто-го ниобия. Вторая группа – нестойкие сплавы, содержащие менее 30 ат%ниобия. Увеличение содержания Nb в интервале 5-25 ат% приводит к ли-нейному уменьшению скорости коррозии сплавов. Однако резкого изме-нения коррозионной стойкости сплавов (появления границы химическойстойкости) при увеличении содержания более стойкого компонента в дан-ной системе не обнаружено.

Зависимость скорости коррозии сплавов системы In-Pb в 56%-номрастворе HNO3 от состава сплава является более сложной. Наиболее ус-тойчивыми в 56%-ном растворе HNO3 являются сплавы, содержащие 76 иболее ат% Pb. Их коррозионная стойкость соответствует стойкости чисто-го свинца. При добавке 6 ат% Pb наблюдали значительное увеличениескорости растворения сплава с 0.14 до 2.88 г∙см-2∙ ч-1. При дальнейшемувеличении содержания Pb в сплаве скорость коррозии сплавов снижаетсяи в интервале от 26 до 57 ат% соответствует примерно скорости коррозиичистого индия. Повышение содержания Рb в интервале от 58,5 до 76 ат%

245

приводит к линейному уменьшению скорости коррозии. Таким образом, ив данной системе наличия выраженной границы коррозионной стойкостисплавов не наблюдали.

Зная соотношение парциальных скоростей растворения компонентовk, можно количественно оценить изменение состава поверхностного слоясплавов в процессе коррозии [6]:

01

01

01121

0121 )1(1)( Nk

kNNVVV

NVN

,

где N01, N1 – содержание более стойкого компонента в сплаве и в поверх-ностном слое (ат. доли) соответственно; V1, V2 – парциальные скоростирастворения компонентов. Как показали результаты расчета, при доста-точно больших отношениях скоростей растворения компонентов сплавауже при небольших содержаниях стойкого компонента коррозия нестой-ких сплавов сопровождается значительным обогащением поверхностногослоя сплава стойким компонентом. Так, при содержании в сплаве 5 ат%Nb или 6 ат% Pb их содержание в поверхностном слое составляет 91,7 и94 ат% соответственно. Однако это не приводит к резкому торможениюскоростей растворения сплавов, а в случае системы In-Pb способствуетзначительной ее активации.

Проведение электрохимических исследований показало, что потен-циалы коррозии сплавов Ti-Nb в 40%-ном деаэрируемом растворе H2SO4

лежат в области пассивации, а на анодных потенциостатических поляри-зационных кривых отсутствует область активного растворения. Причемувеличение содержания Nb в сплаве до 20 ат% приводит к увеличениюскорости растворения сплавов в области пассивации.

Таким образом, как в условиях анодной поляризации, так и при кор-розии сплавов с малым содержанием стойкого компонента, накапливаю-щийся на поверхности сплава стойкий компонент не тормозит растворе-ние. Это позволяет заключить, что в данных условиях формирование по-верхностного слоя происходит в неравновесных условиях и на поверхно-сти сплава образуется достаточно дефектный слой, обогащенный атомамиболее стойкого компонента с искаженной кристаллической решеткой, ко-

246

торый как бы каталитически ускоряет растворение менее стойкого компо-нента. При дальнейшем увеличении содержания стойкого компонента всплаве степень дефектности поверхностного слоя снижается, и скоростькоррозии сплава замедляется.

Литература:1. Tamman G. // Z. anorg. allgem. Chem. 1919. Bd 107. Н. 1. S. 289-308.2. Скорчеллетти В.В., Шултин А.И. Химическое разрушение спла-

вов. Л.: ОНТИ, 1934. 236 с.3. Лепешинская В.Н., Скорчеллетти В.В., Монастырев В.П. // ЖПХ.

1965. Т. 38. № 7. 1556-1562.4. Кравцова И.А. Исследование природы химической стойкости и

коррозионной структуры поверхности сплавов системы медь-никель: Ав-тореф. канд. дис. Л., 1969. 20 с.

5. Диаграммы состояния двойных металлических систем. / Под ред.Лякишева Н.П. М.: Машиностроение. 1997. Т. 1, 2. 240 с.

6. Cкорчеллетти В.В., Степанов И.А., Куксенко Е.П. // ЖПХ. 1958.Т. 31. № 8, С. 1823-1831.

ПАССИВАЦИЯ БИНАРНЫХ СПЛАВОВTi-Nb В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ

Борщевский А.М., Батурова Л.П., Елизарова Е.П.Санкт-Петербургский государственный


Коррозионная стойкость Ti и Nb определяется стойкостью в агрес-сивных средах пассивных пленок. Серная кислота повышенной концен-трации разрушает защитную пленку диоксида титана, вызывая его раство-рение, а ниобий стоек в кислых средах. Если скорости коррозии компо-нентов сплава в данной среде существенно различаются, то, как правило,наблюдается резкое изменение коррозионной стойкости сплавов в узкоминтервале составов, иногда не превышающем 1-2 ат%. Эти составы спла-вов называют границами химической стойкости и согласно существую-

247

щим представлениям связаны с обогащением поверхности сплавов болеестойким компонентом.

Содержание Ti и Nb в изучаемых сплавах изменяли кратно5±0.1 ат%. В работе было испытано 19 сплавов и чистые металлы Ti и Nb.Выбор коррозионной среды определялся ее способностью избирательнорастворять один из компонентов сплава, другой более стойкий – перево-дить в пассивное состояние. Предварительно было установлено, что раз-личие в скоростях растворения Ti и Nb в 40%-ном растворе H2SO4 доста-точно велико и составляет 208. По характеру растворения сплавы Ti-Nbможно разделить на две группы. Стойкие сплавы, содержащие 30 и болееат% Nb, растворяющиеся с весьма малой скоростью, слабо зависящей отсостава сплава. Нестойкие сплавы, содержащие менее 30 ат% Nb. Увели-чение содержания Nb в интервале 5-25 ат% приводит к монотонномууменьшению скорости коррозии сплавов и появления границ химическойстойкости сплавов в исследуемой системе не обнаружено. Зная соотноше-ние парциальных скоростей растворения компонентов, можно количест-венно оценить изменение состава поверхностного слоя сплавов в процессекоррозии. Результаты расчета показали, что при содержании ниобия всплаве 5 ат%, его содержание в поверхностном слое составляет 91,7 ат%.Однако это не приводит к резкому торможению скорости растворениясплавов. Это позволяет заключить, что накапливающийся на поверхностисплава стойкий компонент не тормозит растворение т.к. формированиеповерхностного слоя происходит в неравновесных условиях и на поверх-ности сплавов образуется достаточно дефектный слой, обогащенный ато-мами более стойкого компонента с искаженной кристаллической решет-кой.

248

ПРОЯВЛЕНИЕ МИКРОНЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫСВИНЦОВОФОСФАТНЫХ СТЕКОЛ В СПЕКТРАХ

НАВЕДЕННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ

Бочарова Т.В., Власова А.Н.Санкт-Петербургский государственный


Объектами исследования являлись свинцовофосфатные стекла. Ис-следование влияния малых концентраций свинца на спектры наведенногооптического и ЭПР поглощения фосфатных стекол позволило установить,что отношение эффективностей действия иона Pb2+ в качестве ловушки пореакциям Pb2+ + е− → Pb(2+)−(I) и Pb2+ + h+ → Pb(2+)+(II) равно ~ 4. При этомв спектрах наведенного ЭПР и оптического поглощения фосфатных стеколсостава (30-х)R2O∙xAl2O3∙50P2O5∙20PbO (x = 2, 4, 8, 10; R = Na, K, Rb, Cs),в которых содержание PbО превышает 5 мол.%, были обнаружены сигналЭПР в виде одиночной симметричной линии с g-фактором ≈ 1.997 и ши-риной линии ΔН ≈ 2.6 мТл и полоса наведенного поглощения (ПНП) смаксимумом в области 13500 см-1.

Из спектров наведенного оптического поглощения были полученыкоэффициенты поглощения в максимуме ПНП в зависимости от содержа-ния восстановителя. Установлено, что с увеличением содержания восста-новителя при синтезе количество центров окраски возрастает. Если допус-тить, что в жестких восстановительных условиях возможно образованиетрехвалентного фосфора, приводящего при -облучении к образованиюцентра РО3

2- дырочного типа, то соответственно количество электронныхцентров РО3

2- должно уменьшиться, а центров окраски, созданных приучастии ионов Pb2+ и образующих полосу наведенного поглощения в об-ласти 13500 см-1 – возрасти, что и наблюдалось в эксперименте. Таким об-разом, при анализе зависимостей концентрации обнаруженных парамаг-нитных центров (ПМЦ) и центров окраски от содержания примесных ды-рочных Tb3+ и электронных Sn4+ центров в стекле состава20 К2O ∙ 10 Al2O3 ∙ 50 P2O5 ∙ 20 PbO, а также степени восстановления, было

249

доказано, что центры окраски, ответственные за указанную полосу, имеютэлектронную природу, тогда как ПМЦ являются центрами захвата дырок.

Параметры указанного сигнала ЭПР однозначно указывали на то,что ПМЦ являются центрами Pb(2+)+. Результаты изучения интенсивности,положения максимума ПНП, а также интенсивности ЭПР поглощения взависимости от щелочного состава, содержания Al2O3 и PbO однозначносвидетельствуют в пользу того, что в состав центра окраски входит Pb(2+)−.В предполагаемом механизме образования центров окраски в свинцово-фосфатных стеклах указанного состава учитывается, что в ансамбле цен-тров, связанных со свинцом, присутствуют ионы Pb2+, находящиеся в фи-зически неэквивалентных положениях.

ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГОСВИНЦОВО-СЕРЕБРЯНОГО СЫРЬЯ МЕТОДОМ

ХЛОРИДНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Гаршин А.П., Наторхин М.И.Санкт-Петербургский государственный


Постоянное обеднение серебром полиметаллического сырья приво-дит к необходимости разработки новых технологий, среди которых пред-лагается и метод хлоридного выщелачивания, основанный на том, что не-растворимые в воде соединения могут растворяться в избытке хлоридов засчёт комплексообразования. Нами была экспериментально показана воз-можность растворения солей серебра, свинца, висмута и меди в виде ме-талла в хлоридном растворе ZnCl2 и СaCl2 и установлено, что в раствореZnCl2 (концентрация 10 моль/дм3 и температура кипения 136С°) процессрастворения значительно интенсивнее и идёт с существенно большей ско-ростью, чем в растворе CaCl2 (концентрация 5 моль/дм3, температура ки-пения 108°С). При проведении испытаний переработки анодных шламов вхлоридных растворах было установлено, что суммарная растворимостьшлама Новгородского Металлургического Завода состава: Cu: 17,3-19,8%,

250

Ag: 2,19-2,2%, Au: 0,0074-0,0076%, Pt: 0,0010 – 0,0011%; Pd: 0,0043-0,0044%; Pb: 26,74 – 32,36%; Ni: 0,34-0,41%; Zn: 0,26-0,6% в 4,5 М CaCl2

составляет 3,5 г/дм3, в то время как в 1 дм3 10 М раствора ZnCl2 растворя-ется 7,0 г шлама. После растворения медеэлектролитного шлама выделе-ние из хлоридного раствора серебра, меди, висмута и свинца достигаетсяпри их осаждении на структурированной свинцовой губке, образующейсяпри введении в хлоридный раствор активированного порошкообразногоцинка. Затем при последовательном выщелачивании губки с осаждённымина ней металлами в растворах HCl удаётся получить эти металлы в чистомвиде. Возможна также переработка анодных шламов с получением товар-ных продуктов:

- твердого, кристаллического хлорида свинца (PbCl2), который мож-но использовать как самостоятельный товарный продукт, или металличе-ского свинца;

- металлического, порошкообразного серебра;- металлической меди;- металлического висмута;- концентрированного остатка металлов платиновой группы и золо-

та.Таким образом, открывается возможность создания замкнутой эко-

логически чистой безотходной технологии получения серебра и попутныхметаллов.

ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ДИФФУЗИОННОГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯКОМПОНЕНТОВ ПРИ НЕРАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

БИНАРНЫХ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ

Голод В.М.Санкт-Петербургский государственный


Дендритная ликвация, многократно исследованная эксперименталь-но и теоретически, связана с перераспределением компонентов расплавамежду фазами в процессе его неравновесной кристаллизации. В работе

251

средствами численного моделирования [1] исследовано развитие дендрит-ной ликвации при полном протекании диффузии в жидкой фазе и частич-ного диффузионного выравнивания состава твердой фазы при локальномравновесии на границе раздела фаз, что отвечает условиям реальной кри-сталлизации слитков и отливок.

Моделирование неравновесной кристаллизации бинарных сплавов,реализованное в работе, базируется на численном решении системы диф-ференциальных уравнений, описывающих изменение количества твердойфазы m, состава жидкой фазы CL и междуосных промежутков дендритов λпри изменении температуры t в локальной дендритной ячейке [1-2]:

mkkC

dmdC LL

)-(11)1(

;i

ii

212

;2

8

Si

iD (1)

mk

pCttkdmdt L

)1(1)1( 0

; (2)

1 nnkdd

, (3)

где значения параметров k (коэффициент распределения), p (наклон линииликвидуса) и σ являются переменными величинами, зависимыми отСL (k, p), а также от температуры и времени (σ). В выражениях (1) и (2) прирасчете σ учитывали температурную зависимость коэффициента диффузииDs

i в твердой фазе. Значение локальной продолжительности затвердеванияτ* задавали в соответствии с принятой интенсивностью теплоотвода. Эм-пирические коэффициенты kλ и n описывают коалесценцию дендритнойструктуры в процессе кристаллизации.

Для моделирования диффузионного перераспределения ликвирую-щего компонента по сечению изотермической дендритной ячейки CS(r,τ)численно решали уравнение диффузии в твердой фазе для цилиндриче-ской ветви (ствола) дендрита:

rC

rrCDC SSS 1

2

2

(4)в системе с подвижной межфазной границей раздела (r=ζ), движущейся соскоростью V, на которой выполняется условие локального равновесия:

252

)( Lr

SS CkV

rCD

,

где концентрация ликвирующего компонента на границе раздела фаз приполном протекании диффузии в жидкой фазе соответствует среднему со-ставу жидкой фазы согласно уравнению (1). Уравнение (4) решали мето-дом конечных разностей путем разбивки области интегрирования сеткойна N элементов Δr (N ≈ 103) и времени процесса на М элементовΔτ (М ≈ 105).

На примере кристаллизации сплава Al-6 % Mg показано (см. рис.),что по мере снижения скорости охлаждения V0 от 13.2 до 0.008 K/с (с уве-личением продолжительности затвердевания от 5 до 8·103 с и увеличениемразмеров междуосных промежутков с 25 до 220 мкм) в результате болееполного протекания диффузии в твердой фазе происходит существенноевыравнивание концентрации магния в пределах дендритной ячейки, наи-более сильно проявляющееся в приграничной зоне микрозерна (рис., а).При этом содержание магния на границе дендритного микрозерна в зави-симости от скорости охлаждения изменяется в пределах от 8 до 14 %, чтонамного отличается от его концентрации в точке предельной растворимо-сти при эвтектической температуре (≈17 %).

Рис. Конечное распределение концентрации магния вприграничной зоне дендритного микрозерна (а) и изменение

состава жидкой фазы в процессе неравновесной кристаллизации (б)сплава Al-6 % Mg при различных скоростях охлаждения V0, K/с:1- 13.2; 2 – 1.3; 3 – 0.66; 4- 0.33; 5 –6.6·10-2; 6 – 1.65·10-2; 7 – 8.25·10-3

253

В результате снижения интенсивности накопления примеси в жид-кой фазе непрерывно уменьшается количество неравновесной эвтектики,образующейся на заключительном этапе кристаллизации (рис., б), котораяпри τ*>103с перестает выделяться, поскольку состав жидкой фазы приэтом не достигает эвтектической концентрации (33 % Mg).

Полученные в работе результаты моделирования исследованных би-нарных сплавов алюминия находятся в удовлетворительном соответствиис известными экспериментальными данными [3], что указывает на адек-ватность применяемой модели. Дополнительного исследования требуетанализ характера зависимости степени дендритной ликвации от скоростиохлаждения, которая обнаруживает максимум при умеренных значенияхV0 (0.25-0.5 К/с), что связано с необходимостью более детального учетаморфологических особенностей дендритных кристаллитов.

Литература:1. Голод В.М., Денисов В.А. Теория, компьютерный анализ и техно-

логия стального литья. – СПб, ИПЦ СПГУТД, 2007.2. Ohnaka I. Mathematical analysis of solute redistribution during solidi-

fication with diffusion in solid phase // Trans. ISIJ, 1986, v. 26, № 12.3. Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алю-

миниевых сплавов. − М., МИСИС, 2005.

МЕТАСТАБИЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯАЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ С ПЕРЕХОДНЫМИ

МЕТАЛЛАМИ (Cr, Mn, Zr и Ni)

Голод В.М., Савельев К.Д., Ладнов П.В.Санкт-Петербургский государственный


Неравновесный характер кристаллизации промышленных алюми-ниевых сплавов [1] связан не только с возникновением дендритной ликва-ции и выделением неравновесных фаз вследствие подавления диффузии втвердой фазе, но также с образованием метастабильных фаз, условия воз-

254

никновения и роста которых связаны [2] с термодинамическими парамет-рами, которые определяются геометрией соответствующих диаграмм со-стояния и положением сплавов на ней.

Рис. Стабильные (сплошные линии) и метастабильные(пунктир) диаграммы состояния сплавов алюминия схромом (а), марганцем (б), цирконием (в) и никелем (г)

Использование аппарата термодинамического моделирования [3-4]позволяет выполнить построение метастабильных диаграмм состояния идать их сравнительную оценку для различных вариантов (рангов метаста-бильности), а также анализировать кинетические условия конкурентнойкристаллизации при совместном выделениии стабильных и метастабиль-ных фаз, что имеет важное значение для формирования литой структуры.

Расчетные метастабильные диаграммы (см. рис.) перитектическоготипа демонстрируют их возможную трансформацию в систему с восходя-щими непрерывными твердыми растворами (рис., а, в) в отличие от диа-грамм эвтектического типа (рис., б, г), где происходит смещение критиче-ских точек в область более низких температур и увеличение предельнойрастворимости при эвтектической температуре.

255

Полученные в результате расчетов параметры стабильных и мета-стабильных диаграмм, основанные на современных термодинамическиххарактеристиках элементов и образуемых ими фаз [5], позволяют оценитьвозможности расширения пределов твердорастворного легирования алю-миниевых сплавов переходными элементами и дать наиболее близкий креальным условиям количественный анализ развития дендритной ликва-ции при неравновесной кристаллизации с выделением метастабильныхфаз.

Литература:1. Золоторевский В.С., Белов Н.А. Металловедение литейных алю-

миниевых сплавов. − М., МИСИС, 2005.2. Голод В.М., Савельев К.Д. Компьютерный анализ конкурентной

кристаллизации стабильных и метастабильных фаз // Науч.-техн. ведомо-сти СПбГПУ, сер. Наука и образование, № 2(78), 2009.

3. Савельев К.Д., Голод В.М. Метастабильные диаграммы состояниясистемы Al-Fe // Сб. Высокие интеллектуальные технологии и инновациив образовании и науке. − Матер. XIV межд. науч.-техн. конф., СПбГПУ,2007.

4. Голод В.М., Савельев К.Д., Басин А.С. Моделирование и компью-терный анализ кристаллизации многокомпонентных сплавов на основежелеза − СПб, СПбГПУ, 2008.

5. SGTE bookcase. Thermodynamics at work // Materials Modeling Se-ries. – London: Inst. of Materials, 1996.

256

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВКРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА МОРФОЛОГИЮ

ФОРМИРУЮЩЕЙСЯ ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЫ

Добош Л.Ю., Голод В.М.Санкт-Петербургский государственный


Первичная дендритная морфология, формирующаяся в процессекристаллизации из переохлажденного расплава, наследуется при после-дующей коалесценции и фазовых превращениях, в связи с чем ее анализважен для управления структурой литого металла [1]. Используемый ма-тематический аппарат [1-4] прогноза условий формирования первичныхдендритных параметров (радиус кривизны вершины дендрита R, ширинаλ0 междуосных промежутков) нуждается в экспериментальной проверке и«калибровке» в связи с рядом допущений, принятых при его разработке, иограниченного круга сплавов (система Bi-Sn), для которых выполнено со-поставление результатов моделирования с опытом [4].

Для оценки точности результатов, получаемых с помощью исполь-зуемой модели [1] в работе был произведен сравнительный анализ экспе-риментальных данных для сплавов Al-5 % Cu-Mg (0,5 – 5 %) по дан-ным [5] (рис. 1) с расчетными значениями. При определении значений R иλ0 в зависимости от скорости роста дендрита при заданном термическомпереохлаждении ΔT использованы соотношения [1]:

,)()1(1

)1()()(21

0*

iCi

iiCiiT PIvk

kPCpPcLГR

RaPT2

.

На основе этих данных находили относительную ширину междуос-

ных промежутков

R

0 :

22

02 2

212

)())(1(

iL

iii

DCkp

ГR .

Здесь Г – коэффициент Гиббса-Томсона; σ* – коэффициент стабиль-ности (σ* ≈ 0,25); L, c – теплота кристаллизации и теплоемкость сплава;

257

LT a

RP2

,iL

iC DRP

)(2)( – термическое и диффузионное число Пекле; pi,

ki, (C0)i – тангенс угла наклона линии ликвидуса, коэффициент распреде-ления и концентрация i-го компонента; aL, (DL)i – температуропроводностьи коэффициент диффузии в расплаве; Iv(P) = Pexp(P)Ei(P) – функцияИванцова от числа Пекле P; - волновое число ( =4 для решетки с куби-

ческой симметрией).Предварительные расчеты, в которых были приняты постоянные

значения k и p (на основе данных для бинарных сплавов) и табличные ха-рактеристики сплавов [3, 6-7], показали значительное несоответствие сданными [5].

Рис. Влияние скорости роста дендритов на ширину начальныхмеждуосных промежутков в сплавах Al – 5 %Cu – Mg при

0.5 % Mg (сплошные линии) и 5 % Mg (пунктир)1 (■), 2 (▲) – эксперимент [5]; 3,4 - расчет

Уточненную оценку температурно-зависимых характеристик спла-вов (k, p, L, с и др.) производили на основе термодинамического модели-рования многокомпонентной системы Al-Cu-Mg [1]. Для определениякорректных значений коэффициента Гиббса-Томсона, который в зависи-мости от состава сплава изменяется в пределах от 2,0 до 2, 4·10-7 м·К, ис-

258

пользовали формулы 3/12mA

f

VN

TS и

ff T

LS , где σ – межфазное натя-

жение; NA – число Авогадро; α – структурный фактор, зависящий от типакристаллической решетки твердой фазы (α = 0.71 для ОЦК решетки); Тf –температура кристаллизации расплава, принимаемая равной температуреликвидуса сплава; Vm – молярный объем твердого металла, находимый по

соотношению iim xVV приi

ii

MV

; ρ – плотность.

В результате были получены расчетные зависимости (см. рис), кото-рые удовлетворительно согласуются с опытными данными [5] и свиде-тельствуют об уменьшении междуосных промежутков дендритов при уве-личении скорости роста (переохлаждения расплава) и повышении содер-жания магния, что связано с усиленным накоплением примесей (Cu и Mg)в расплаве ввиду малого значения их коэффициентов диффузии.

Литература:1. Голод В.М., Савельев К.Д., Басин А.С. Моделирование и компью-

терный анализ кристаллизации многокомпонентных сплавов на основежелеза. – СПб, СПбГТУ, 2008.

2. Rappaz M., Thevoz Ph.. Solute diffusion model for еquiaxed dendriticgrowth // Acta metal., 1987, v. 35, № 7.

3. Desnain P.et al. Prediction of equiaxed grain density in multicompo-nent alloys, stirred electromagnetically // Acta Мetal., 1990, v. 38, № 8.

4. Yoshioka H. et al. Crystal growth and its morphology in the mushyzone // Acta. Мater, 2004, v. 52,1515.

5. Berkdemir A., Gündüz M.. Effect of growth rate and Mg content ondendrite tip characteristics of Al–Cu–Mg ternary alloys // Appl. Phys., 2009,v. 96А, 873.

6. Qingyou H., Hanqi H., Xueyou Z. Models for the isothermal coarsen-ing of secondary dendrite arms in multicomponent alloys // Metall. Mater.Trans., 1997, v. 28B, № 6.

7. Magnin P., Trivedi R. Modeling of irregular eutectic growth // Acta.Мet. Мater, 1991, v. 39, № 4.

259

СОЗДАНИЕ БУМАГОПОДОБНЫХВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ НА

ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН

Дубовый В.К., Сысоева Н.В., Коваленко В.В.Архангельский государственный технический университет

Одним из направлений развития бумажной промышленности являет-ся создание новых высокотехнолологичных композитов, особенно востре-бованных в условиях развития нанотехнологий. Дальнейшее расширениеобласти использования традиционных целлюлозно-бумажных материаловна основе растительного сырья невозможно по причине их недостаточнойтермо-, био- и химической стойкости. Впервые о возможности использо-вания минеральных волокон для получения бумагоподобных композитовзаговорили в 30-е, 40-е годы двадцатого столетия, одноко в тот период этитехнологии не получили должного распространения. Современный уро-вень развития техники и технологии определили не только возможность,но и необходимость создания новых высокотехнологичных композитов.Неограниченная сырьевая база и уникальность свойств сделали минераль-ные волокна и материалы на их основе неотъемлемой частью современнойжизни. Привлечение бумагоподобных технологий в создании листовыхминеральных композитов обусловленно экономической целесообразно-стью.

Получение комплекса потребительских свойств минеральных ком-позитов достигается за счет сочетания разных видов минеральных волокони связующих. В мировой практике в качестве связующих используют раз-личные смолы, волокна растительного происходжения и неорганическиеклеи. Использование неорганических связующих на основе поливалент-ных металлов показало возможность сохраняя минеральную природу ма-териала решить один из главных недостатков минеральноволокнистыхлистовых композитов – ее невысокую прочность.

Создание конкурентноспособных высокотехнологичных минераль-ных композитов, вопросы выбора и сочетания отдельных компонентов и

260

особенности перехода на бумажные технологии производства этих мате-риалов нуждаются в масштабных исследованиях.

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИИ АТОМОВ ЛИТИЯ НА

БОРНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Елисеева Н.С.Сибирский федеральный университет,

Институт цветных металлов и материаловедения

Развитие литий-ионных аккумуляторов в настоящее время являетсяодной из самых актуальных задач в области источников тока ввиду их пер-спективности.

В работе проводилась оценка с помощью квантово-химических рас-четов возможности использования α–плоскости бора и полученной из неенанотрубки (6.6), в качестве потенциального материала для анодов в ли-тий-ионных батареях. Вычисления были проведены с помощью квантово-химического пакета VASP в рамках формализма функционала локальнойплотности (DFT), с использованием ультрамягких псевдопотенциалов Ван-дербильта.

На начальном этапе исследования проводилась предварительная оп-тимизация α–плоскости и нанотрубки, заключавшаяся в поэтапной опти-мизации векторов трансляции элементарной ячейки и последующем поис-ке оптимального положения атомов бора. Далее определялось наиболеевыгодное геометрическое положение атома лития на исследуемых борныхповерхностях. Рассматривались положения лития над атомами бора, надсерединой связи В-В, над центром треугольника и пустого шестиугольни-ка, образованных атомами бора. Для нанотрубки эти же положения былирассмотрены внутри ее. Для каждого положения была рассчитана энергиясвязи Li-B. Для наиболее выгодного положение лития над центром пусто-го шестиугольника она равна 2,35 эВ (с внешней стороны нанотрубки 6.6)и 2,2 эВ (α–плоскость). Исходя из наиболее выгодного положения, былопроведено моделирование структур с большей степенью заполнения по-

261

верхности. Структуры по-прежнему остаются выгодными, что позволяетговорить о возможности эффективной сорбции лития на поверхность α–плоскости и нанотрубки. При этом максимальная массовая доля лития со-ставляет на α–плоскости 32% (в соединении Li3B4 с энергией связи Li-Bравной 1,6 эВ), на нанотрубке 14% (в соединении LiB4 с энергией связи2,2 эВ).

В ходе исследования был рассмотрен различные процессы диффузииодиночного атома лития из одного стационарного состояния в другое, про-ходящие на поверхности α–плоскости и с внешней и внутренней стороннанотрубки. Полученные барьеры реакций (~0,5 эВ) свидетельствуют овозможности свободного перемещения атома лития по поверхности.

Согласно результатам исследования, α–плоскость и полученная изнее нанотрубка бора являются подходящим материалом для анодов в ли-тий-ионных батареях.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КЛАСТЕРОВ

УГЛЕРОДА НА ПРИПОВЕРХНОСТНУЮ ОБЛАСТЬКУБИЧЕСКОГО КАРБИДА КРЕМНИЯ

Журкин Е.Е., Бакаев А.В., Бердников А.Я.,Головин А.В., Кочура Н.О.


Имплантация кластерными ионами с энергией в диапазоне до не-скольких кэВ/атом в настоящее время рассматривается как перспективныйметод ионного легирования, прецизионной обработки поверхности, а также как новый инструмент для анализа поверхности на субмикронном мас-штабе расстояний. В настоящее время накоплено очень мало данных о ха-рактере взаимодействия многоатомных кластеров с поверхностью, что непозволяет проводить надёжные количественные оценки подобных эффек-тов. В данной работе изучены особенностей легирования и первичного ра-

262

диационного повреждения c-SiC при бомбардировке одноатомными иона-ми C1, кластерами C5 и фуллеренами C60 при одинаковой энергии на одинатом бомбардирующей частицы (E/N=200 эВ/атом) с помощью компью-терного моделирования на атомарном масштабе расстояний в рамках ме-тода классической молекулярной динамики (МД). Для вычисления меж-атомных сил взаимодействия использовался потенциал Терсова, специаль-но адаптированный для описания свойств кубического карбида кремния c-SiC. Были выполнены тестовые расчеты имплантации ионов и кластеров вмодельный кристалл SiС(111), содержащий от 30000 до 130000 атомов ипроведен анализ характера радиационного повреждения кристалла, в ре-зультате которого был выявлен ряд закономерностей:

распределение пробегов внедрённых атомов в карбид кремнияслабо зависит от размера внедрённого кластера;

при имплантации фуллерена в мишени формируется аморфнаязона, а также происходит неаддитивное (по сравнению с им-плантацией одноатомного иона) накопление структурных на-рушений в приповерхностной области мишени.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства обра-зования и науки РФ в рамках ФЦП “Научные и научно-педагогическиекадры инновационной России” на 2009-2013 г. Госконтракт№ 02.740.11.0572.

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИЙ НАОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА С ДРЕВЕСНЫМ

НАПОЛНИТЕЛЕМ

Зайнетдинова А.Г., Архиреев В.П.Казанский государственный технологический университет

В последнее время весьма актуальными стали технологии, позво-ляющие максимально полно использовать отходы деревообработки, заме-нить натуральную древесину не уступающими ей по качеству искусствен-ными заменителями.

263

Целью нашей работы являлось изучение подхода к разработке тех-нологии производства древесно – полимерной композиции, на основе по-липропилена и древесной муки, с использованием в качестве компатиби-лизирующей добавки малеинезированного полипропилена и небольшоеколичество слоистого силиката – монтмориллонита. При этом в задачи ис-следования входил подбор оптимальных параметров, изучение влияниянаполнителей на физико - механические свойства получаемых компози-ций.

В ходе экспериментов обнаружено, что производство древесно-полимерных композитов должно происходить в одну стадию.

В древесно-полимерных композициях без малеинезированного по-липропилена при увеличении содержания древесной муки от 20% до 50%напряжение при растяжении падает почти вдвое от 19,12 МПа до 9,04. Входе испытаний было выявлено негативное влияние малеинизированногополипропилена в интервале концентраций от 0,5% до 1,5%, который, какизвестно, широко используется для улучшения диспергируемости и со-вместимости полипропилена с различными полярными добавками, на ве-личину прочности при растяжении.

При использовании до 3% модифицированного монтмориллонита вкомпозициях содержащих 1% малеинизированного полипропилена на-блюдалось увеличение прочности при растяжении почти в 3 разаот 7,99 МПа в композициях содержащих 1% малеинизированного поли-пропилена, но не содержащих модифицированного монтмориллонита, до23,54 МПа в композициях с модифицированным монтмориллонитом. Этосвязано с тем, что модифицированный монтмориллонит является нано-диспергируемым наполнителем, улучшающим свойства за счет увеличенияплощади контакта по межфазным поверхностям полимера и наполнителя.В данном случае как показывает рентгенофазовый анализ, имеет местоэксфолиации и интеркаляции макромолекулярных фрагментов полипро-пилена в межслоевое пространство слоистого силиката, что обуславливаетсущественное увеличение диформационно прочностных свойств.

264

НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ В МИКРО- И НАНОТРИБОЛОГИИ.ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ

ТЕОРИИ ТРЕНИЯ И СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ

Ивасышин Г.С.Псковский государственный политехнический институт

И н н о в а ц и о н н о - о р и е н т и р о в а н н о е развитие российской эко-номики возможно только на основе превращения науки в реальную произ-водительную силу путем создания и эффективного использования н а у ч -н ы х о т к р ы т и й , патентов.

Использование пар трения с г е л и е в ы м и з н а ш и в а н и е мдаст возможность управлять трением (за счет сверхтекучести гелия) в м ик р о т р и б о с и с т е м а х [1].

Цель настоящей работы – обеспечение условий управления трени-ем (внутренним и внешним) на основе синтеза гелия в объемных и по-верхностных слоях пар трения, а также на основе квантовой теории тренияи сверхпластичности.

Постановка задач- Создание трибофизических моделей на основе реализации угле-

родно-азотного и протон-протонного циклов холодного ядерного синтеза,в результате которых в зоне трения (внутреннего и внешнего) водородпревращается в гелий;

- Создание феноменологических основ квантовой теории трения исверхпластичности.

«Закономерность аддитивности диффузионного магнитногопоследействия в объемных частях и поверхностных слоях

пар трения из ферромагнитных материалов и сплавов» [2].«Установлена неизвестная ранее закономерность аддитивности диф-

фузионного магнитного последействия в объемных частях и поверхност-ных слоях пар трения из ферромагнитных материалов и сплавов, заклю-чающаяся в том, что в упругой и пластической областях твердых тел в зо-не их фрикционного контакта происходит суммирование (аддитивность)диффузионных магнитных последействий, сопровождающих упругие и

265

пластические последействия, определяющая поведение внедренных ато-мов углерода и азота и обусловленная направленным перемещением дис-локаций, несущих внедренные атомы углерода и азота в зону фрикционно-го контакта из упругой и пластической областей пары трения и влияющихна структуру и подвижность доменных стенок».

1. 12С+1Н13N+ 4. 14N+1Н15О+2. 13N13С+++ 5. 15О15N +++3. 13С+1Н14N + 6. 15N +1Н12С+4НеУглерод играет роль катализатора процесса слияния протонов.Протон, сталкиваясь с ядром углерода, превращается в радиоактив-

ный изотоп 13N. При этой реакции излучается -квант (фотон). Изотоп 13N,претерпевая -распад с испусканием позитрона и нейтрино, превращаетсяв обычное ядро азота 14N. При этой реакции так же излучается -квант. Да-лее, ядро азота сталкивается с протоном, после чего образуется радиоак-тивный изотоп кислорода 15О и -квант. Затем этот изотоп путём -распадапревращается в изотоп азота 15N. Наконец, последний, присоединив к себево время столкновения протон, распадается на обычный углерод и гелий.Вся цепь реакций представляет собой последовательное «утяжеление» яд-ра углерода путём присоединения протонов с последующими +-распадами. Последним звеном этой цепи является восстановление перво-начального ядра углерода и образование нового ядра гелия за счёт четырёхпротонов, которые в разное время один за другим присоединились к 12С иобразующимся из него изотопам.

Создана трибофизическая модель на основе реализации углеродно-азотного цикла холодного ядерного синтеза, в результате которого в зонетрения (внутреннего и внешнего) водород превращается в гелий.

Использование водорода в качестве топлива в автомобильном двига-теле, а также развитие водородной энергетики актуализирует создание ма-териалов на основе указанного научного открытия (Диплом № 289) дляпар трения с гелиевым изнашиванием в трибосистемах с возможностью

266

подавления водородного изнашивания на основе реализации углеродно-азотного цикла (эффекта) в зоне трения.

Использование пар трения с гелиевым изнашиванием даст возмож-ность управлять трением (за счет сверхтекучести гелия) в микротрибоси-стемах [1,2,3,4].

Приложения квантовой теории трения и сверхпластичности в тойили иной форме могут быть использованы при изготовлении сложныхкрупногабаритных деталей авиационно-космической техники и т.п.

Представляют интерес результаты экспериментальных исследова-ний.

О.В. Клявин [5] считает, в частности, что «… гелий как среда можетоказывать влияние на механические характеристики и дислокационнуюструктуру кристаллических материалов».

И далее «… Благодаря полной химической инертности, весьма ма-лой массе и размеров атомов гелия можно предположить, что они могутпроникать в кристаллическую решетку, когда она находится в механиче-ски активированном состоянии по дефектам, возникающим в процессепластической деформации материала, например, по зарождающимся идвижущимся дислокациям».

О.В. Клявин [5] утверждает:«… эксперименты указывают на то, что в микротрещинах и непод-

вижных дислокациях гелий не содержится. Поэтому следует сделать за-ключение, что, так как он проникает в решетки только в процессе дефор-мации кристалла, то это явление обусловлено захватом атомов гелия с по-верхности и переносом их в глубь кристалла по зарождающимся и движу-щимся дислокациям».

И далее.«Специально поставленные эксперименты привели к заключению,

что гелий проникает в кристаллы только в процессе их деформации. Приэтом микротрещины не являются ответственными за проникновение гелияи сохранение его в деформированном материале. Отвечать за это могутдвижущиеся дислокации».

267

На основе научных открытий (Диплом № 277 [3], Диплом № 302 [4])анализируются также трибофизические модели на основе реализации про-тон-протонного циклов холодного ядерного синтеза, в результате которыхв зоне трения (внутреннего и внешнего) водород превращается в гелий.

Предлагаемые трибофизические модели составляют феноменологи-ческие основы квантовой теории трения и сверхпластичности.

Библиографический список:1. Ивасышин Г.С. Научные открытия в микро- и нанотрибологии //

Трение и смазка в машинах и механизмах. 2008. – № 4. – С. 24-27.2. Научное открытие (Диплом № 289) // Закономерность аддитивно-

сти диффузионного магнитного последействия в объемных частях и по-верхностных слоях пар трения из ферромагнитных материалов и сплавов /Г.С. Ивасышин. – М.: РАЕН. МААНОиИ, 2005.

3. Научное открытие (Диплом № 277) // Закономерность аддитивно-сти магнитного последействия в объемных частях и поверхностных слояхпар трения из ферромагнитных материалов / Г.С. Ивасышин. – М.: РАЕН.МААНОиИ, 2005.

4. Научное открытие (Диплом № 302) // Закономерность аддитивно-сти водородного магнитного последействия в объемных частях и поверх-ностных слоях пар трения из ферромагнитных материалов и сплавов /Г.С. Ивасышин. – М.: РАЕН. МААНОиИ, 2006.

5. Клявин О.В. Физика пластичности кристаллов при гелиевых тем-пературах. – М.: Наука, Главная редакция физико-механической литерату-ры, 1987. – 255 с.

ТРИБОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙНИЗКИХ ЭНЕРГИЙ. СООБЩЕНИЕ 1


Во Вселенной ядерные реакции протекают в грандиозных масшта-бах и, согласно современным представлениям, являются основными ис-

268

точниками энергии. Энергия звезд в первую очередь обусловлена синте-зом гелия. Синтез осуществляется в процессе протон-протонного и угле-родно-азотного циклов.

Ядерными реакциями называют процессы, в ходе которых атомныеядра под воздействием электрически заряженных частиц (протонов – ядерводорода, –частиц – ядер гелия и т.д.) нейтронов или –квантов пре-вращаются в ядра другого порядкового номера и (или) массового числа.

Ядерные реакции низких энергий, но с участием природного во-дорода, имеют место и в естественных процессах. К их числу можно от-нести: явление сорбции-десорбции водорода в металлах, окислительно-восстановительные воздействия на соединения водорода, механическоеразрушение и измельчение водородосодержащих пород, т р е н и е .

Профессор Д.Н. Гаркунов считает, что атом водорода магнитен, апротон электрически заряжен, что обуславливает связь электрических яв-лений при трении с накоплением и миграцией водорода под действиеммагнитных и электрических полей.

Природный водород состоит из двух стабильных изотопов: про-тия 1Н и дейтерия 2Н. Известен также радиоактивный изотоп – тритий 3Н.

Академик Б.В. Дерягин с сотрудниками в 1985 г. обнаружил явле-ние механоэмиссии нейтронов из содержащих дейтерий кристалличе-ских тел, которое интерпретировали как проявление реакций х о -л о д н о г о я д е р н о г о с и н т е з а .

В последние годы получены многочисленные экспериментальныесвидетельства ядерных реакций при низких энергиях (ядерных реакцийв конденсированных средах, холодном ядерном синтезе – ХЯС, ядерныхпроцессах, индуцированных кристаллической решеткой).

На наш взгляд и с п о л ь з о в а н и е п а р т р е н и я с г е л и е -в ы м и з н а ш и в а н и е м , созданных на основе реализации углеродно-азотного и протон-протонного циклов холодного ядерного синтеза, в ре-зультате которых в зоне трения водород превращается в гелий, д а с тв о з м о ж н о с т ь у п р а в л я т ь т р е н и е м (за счет с в е р х т е -к у ч е с т и г е л и я ) в м и к р о т р и б о с и с т е м а х [1, 2, 3, 4].

269

Наиболее перспективны так называемые «безнейтронные» ре-акции получения гелия, так как порождаемый термоядерным синтезомнейтронный поток (например, в реакции дейтерий - тритий) уносит зна-чительную часть мощности и порождает наведенную радиоактивность вконструкции реактора, а также зонах фрикционного контакта оригиналь-ных пар трения.

1. 2D+3Не4Не+1Н 3. 7Li+1Н24Не2. 6Li+2D24Не 4. 6Li +1Н4Не+3НеОсуществление синтеза ядер для получения энергии является не-

сравнимо более трудной задачей, чем осуществление деления тяжелыхядер. Одной из основных помех синтезу ядер служит кулоновское оттал-кивание одноименно заряженных частиц, препятствующее сближениюядер и появлению ядерного взаимодействия.

В процессе ядерного синтеза атомные ядра сливаются, однако, что-бы это стало возможным, столкновение ядер должно происходить с такойскоростью, при которой они способны преодолевать кулоновское отталки-вание из положительных зарядов.

Необходимо отметить уникальные свойства палладия для обеспече-ния «безнейтронных» реакций ХЯС.

Палладий обладает специфической способностью абсорбироватьбольшое количество водорода (а в равной степени и дейтерия), а внутрикристаллической решетки палладия ядра атомов дейтерия обладают ано-мально высокой подвижностью.

Предполагается, что именно высокая подвижность и делает возмож-ной реакцию синтеза на основе закономерности:

«Закономерность аддитивности водородного сорбционногопоследействия в объемных частях и поверхностных слоях

пар трения из сплавов палладия» [5].Закономерность аддитивности водородного сорбционного последей-

ствия в объемных частях и поверхностных слоях пар трения из сплавовпалладия заключающаяся в том, что в упругой и пластической областях в

270

зоне их фрикционного контакта происходит суммирование (аддитивность)водородных cорбционных (водородное сорбционное взаимодействие) по-следействий, сопровождающих упругие и пластические последействия,обусловленная направленным перемещением дислокаций, несущих водо-род и палладий в зону фрикционного контакта.

1. 1Н+1Н2D+++2. 2D+1Н3Не+3. 2D+3Не4Не+1ННа основе трибофизической модели [5] можно целенаправленно

управлять растворением водорода в материалах, физико-механическимихарактеристиками конструкционных материалов, ответственных, в част-ности, за повышение надежности и эффективности технологического обо-рудования, используемого в водородной энергетике.

Имея в виду то, что нейтроны лучше всего задерживаются вещест-вами, содержащими много водорода (нейтрон при одном столкновении спротоном теряет в среднем половину своей энергии), представляется воз-можным заключить, что трибофизическая модель [5] обуславливаетэффективную реализацию «безнейтронных» реакций ХЯС, а такжеобеспечивает создание технологий для замедления нейтронов.

Литература:1. Ивасышин Г.С. Научные открытия в микро- и нанотрибологии //

Межотраслевой альманах. Деловая слава России. Изд-во Славица. III вы-пуск, 2007, – С. 47-48.

2. Ивасышин Г.С. Создание инновационных технологий на основенаучных открытий в микро- и нанотрибологии // Межотраслевой альма-нах. Деловая слава России. Изд-во «Славица», 2008, IV выпуск. – С. 112-115.

3. Ивасышин Г.С. Холодный ядерный синтез и научные открытия вмикро- и нанотрибологии // Межотраслевой альманах. Деловая слава Рос-сии. Изд-во Славица. I выпуск, 2009, – С. 106-109.

271

4. Ивасышин Г.С. Прорыв в будущее. Научные открытия в микро- инанотрибологии. Физика трибоплазмы // Межотраслевой альманах. Дело-вая слава России. Изд-во Славица. IV выпуск, 2009, – С. 36-39.

5. Ивасышин Г.С. Нанотехнологии, перспективные в области водо-родной энергетики / Материалы XIV Междунанодной научно-методической конференции «Высокие интеллектуальные технологии иинновации в образовании и науке», 14-15 февраля 2007. – СПб: Изд-воПолитехнического университета, 2007. – С. 256-257

ТРИБОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЯДЕРНЫХРЕАКЦИЙ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ. СООБЩЕНИЕ 2


При попытке применения системного подхода к явлениям трения,смазки и износа, прежде всего, следует отметить вопрос о функциональ-ном техническом назначении рассматриваемой системы [1]. Трибомеха-ническая система представляется как целое, функциональное назначениекоторого связано с взаимодействующими поверхностями в относительномдвижении. Технические применения движущихся поверхностей охва-тывают широкий диапазон от аэрокосмических объектов до биомеха-нических суставов.

В абстрактном и сильно упрощенном описании функция различ-ных трибомеханических систем состоит главным образом в преобра-зовании в х о д о в , например движения, механической энергии и мате-риалов, в используемые для технических целей в ы х о д ы .

Функциональные причинно-следственные соотношения междув х о д а м и и в ы х о д а м и сопровождаются потерями механиче-ской энергии и материалов, определяемыми как потери на трение иизнос. С точки зрения внешнего окружения систему можно рассматри-вать как черный ящик с входами и выходами, показанный на рис. 1.

272

Рис. 1. Представление трибомеханическихсистем в виде черного ящика [1]

Техническая функция часто может быть выражена в виде соотноше-ния между входом и полезным выходом. Не все входы могут быть жела-тельны, некоторые из них рассматриваются как возмущения. Аналогичноне все выходы желательны, некоторые из них с практической точки зрениясчитаются потерями. Обычно часть функциональных входов, относящихсяк возмущениям, приводит к потерям. Однако потери не всегда принадле-жат к тому же типу величин, что и входы или полезные выходы.

Связывая систему с ее функцией, приходится иметь дело с рабочимипеременными, которые регулируются конструктором или оператором, т. е.переменными, которые можно изменять до начала работы системы и вовремя ее работы, не изменяя ее физического состава путем выбора другихматериалов и форм элементов.

И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, В.С. Комбалов [2], анализируякритические точки, характеризующие условия перехода от одного видафрикционного взаимодействия к другому утверждали: «Отдельные уча-стки тонкого поверхностного слоя металла вследствие развиваю-щихся на них при трении значительных напряжений и деформа-ций, а также высоких контактных температур переходят в особое

273

активизированное неустойчивое состояние. Это состояние позжеП.А. Тиссен назовет «магма-плазма» [3]. Вещество в таком состоя-нии способно вступать в реакции с материалом контрела и окружаю-щей средой, причем даже с нейтральными газами».

Взаимодействие микроконтактов происходит за очень короткоевремя (10-7 … 10-8 с), в течение которого к контакту подводится боль-шая энергия [4].

Для таких условий законы классической термодинамики не выпол-няются; материал тонкого поверхностного слоя преобразуется, в результа-те в зоне соударения неровностей образуется магма-плазма. Этот процесссопровождается эмиссией электронов.

Считается, что при трении нагруженные участки поверхностейполучают энергетические воздействия до 100 эВ/атом. с, т.е. на уровнеразрушения атомных связей [5].

Необходимо отметить, что величина порядка 1 эВ является харак-терной для атомных процессов [6].

Энергия связи является важнейшей энергетической величиной в фи-зике микромира.

Энергия связи равна работе, которую нужно затратить, чтобы разде-лить систему на невзаимодействующие между собой составляющие части-цы.

Из определения следует, что если система состоит более чем из двухчастиц, то у неё будет несколько энергий связи. Так, атом гелия состоит изядра гелия и двух электронов. Энергия связи этого атома по отношению котрыву одного электрона равна 24,5 эВ, а по отношению к отрыву обоихэлектронов – уже 54,2 эВ.

Этот процесс активизированного неустойчивого состояния(рис. 2) сопровождается, в частности, механоэмиссионными и механо-химическими процессами, химическими реакциями, газоразряднымипроцессами, синтезом некоторых веществ, а также возникновениемчастиц с большой энергией, возбужденных молекул, атомов, ионов,

274

быстрых электронов, фононов (звуковых квантов), фотонов (кван-тов электромагнитного излучения).

Рис. 2. Модель магмы-плазмы. 1 - исходная структура;2 - расплавленная структура; 3 - плазма;

4 - электроны трибоэмиссии, 5 – атомы, фотоны, фононы, ионы,возбужденные молекулы, быстрые электроны

Т р и б о л о г и ч е с к и е э ф ф е к т ы (трибоэмиссия, триболюми-нисценция, трибоэлектричество и др.), возникающие при взаимодействиинаноконтактов при трении, можно целенаправленно использовать не толь-ко для изучения х о л о д н о г о я д е р н о г о с и н т е з а , но и для полу-чения в перспективе неиссякаемого источника э к о л о г и ч е с к и ч и с -т о й э н е р г и и на основе синтеза из более легкого водорода более тя-желого г е л и я .

Литература:1. Чихос Х. Системный анализ в трибонике. Пер. с англ. С.А. Харла-

мова. – М.: Мир, 1982. – 352 с.2. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов

на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977, -526с.3. Thiessen Р.A., Meyer К., Heinicke G. Grundlagen der Tribochemie. -

Berlin: Academie-Verlag, 1967, 267 s.4. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность): Учебник. –

4-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МСХА, 2001. – 616 с.

275

5. И.И. Беркович, Д.Г. Громаковский. Трибология. Физические осно-вы, механика и технические приложения: Учебник для вузов. / Под ред.Д.Г. Громаковского. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2000. – 268 с.

6. Астахов А.В., Широков Ю.М. Курс физики: Учебное пособие.В 3-х томах. Т.Ш. Квантовая физика / Под ред. Ю.М. Широкова. – М.:Наука Главная ред. физ.-мат. лит., 1983. –240 с.

ТРИБОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЯДЕРНЫХРЕАКЦИЙ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙЮ. СООБЩЕНИЕ 3


На основе научных открытий (Диплом № 258 [1], Диплом № 277 [2],Диплом № 289 [3], Диплом № 302 [4]) изменяется, в частности, представ-ление о подходах к анализу и описанию структуры трибомеханической

(триботехнической) системы (рис. 1).Изменение представлений о физических эффектах (диффузии, пьезо-

магнитном эффекте, тензорезистивном эффекте, магнитострикции, пинч-

Рис 1. Представление трибомеханических систем ввиде черного ящика на основе научных открытий в мик-

ро- инанотрибологии

276

эффекте, фотоэлектрическом эффекте, фотоупругом эффекте и т.д.), сопро-вождающих трение, может быть использовано при создании конкурентоспо-собных технологий в области водородной энергетики, криогенной и космиче-ской техники за счет учета дополнительного тренда выходных параметроввследствие аддитивности упругого последействия [1], аддитивности маг-нитного последействия [2], аддитивности диффузионного магнитного по-следействия [3], аддитивности водородного магнитного последействия вобъемных частях и поверхностных слоях пар трения [4].

На основе научных открытий [1, 2, 3, 4] изменяются, в частности,представления об известных фотоэлектрическом эффекте и фотоупругомэффекте.

Во многих ядерных реакциях существенную роль играет электро-магнитное поле. Ядра могут поглощать –кванты, испуская затем нуклоны(протоны и нейтроны) и другие частицы. Такие процессы называютсяф о т о я д е р н ы м и реакциями.

Фотоэлектрические явления заключаются в эмиссии (испускании)электронов веществом, в увеличении его проводимости и в возникновенииэ.д.с. под действием электромагнитного излучения. В основе этих явленийлежит фотоэффект.

Фотоэффект (явление взаимодействия между светом и веществом,которое выражается в освобождении электронов из вещества под действи-ем электромагнитного излучения) был открыт в 1887 г. Генрихом Гер-цем [5]. Вскоре на основе экспериментов было дано его описание русскимфизиком Александром Столетовым. Эти два ученых, по существу, наблю-дали так называемый внешний фотоэффект, при котором фотоны выбива-ют электроны из вещества. Наряду с этим существует еще и внутреннийфотоэффект (открытый в 1873 г. американским физиком У. Смитом), прикотором выбитые из атомов электроны остаются внутри вещества и реги-стрируются по повышению э л е к т р о п р о в о д н о с т и .

Представление Альберта Эйнштейна о свете как о потоке частиц по-зволило объяснить фотоэффект передачей энергии фотонов электронаматома. Альберту Эйнштейну за его заслуги в области математической фи-

277

зики и особо за открытие закона фотоэлектрического эффекта присужденаНобелевская премия по физике в 1921 г. Фотоэффект широко применяетсяв науке и технике. На явлении внешнего фотоэффекта основано действиеэмиссионных фотоэлементов. Большое распространение получили фото-электронные умножители (ФЭУ). Из-за высокой вероятности фотоиониза-ции на тяжелых атомах тяжелые металлы (обычно, свинец) применяютсядля изготовления защитных экранов от рентгеновского излучения.

Ф о т о п р о в о д и м о с т ь позволила создать фотосопротивления,проводимость которых зависит от освещения, возрастая с увеличением егоинтенсивности. На явлении возникновения фото-э.д.с. основано действиевсех электрических фотометров. Последовательное соединение многих ис-точников фото-э. д. с. образует солнечную батарею, которые широко ис-пользуются, например, в качестве бортовых источников электрическойэнергии на космических комплексах. Фотоупругость (пьезооптическийэффект) – возникновение оптической анизотропии в первоначально изо-тропных твердых телах (в т.ч. полимерах) под действием механическихнапряжений [5]. Фотоупругость открыта немецким ученым Т.И. Зеебеком(1813) и английским ученым Д. Брюстером (1816). Структурная схема фо-тоупругого эффекта представлена на рис. 2 [6].

Рис. 2. Структурная схема фотоупругого эффекта [6]Фотоупругость – следствие зависимости диэлектрической прони-

цаемости вещества от деформации и проявляется в виде двойного луче-преломления и дихроизма [6]. Физическую величину, описывающую воз-действие на данный элемент или систему, будет называть входной коор-динатой вхx элемента или системы, результат воздействия – выходной ко-

ординатой выхx . Вследствие аддитивности упругого последействия [1] воз-

можен т р е н д в ы х о д н о й к о о р д и н а т ы элемента или системы

278

(рис. 2), а также изменение оптико-механических характеристик материа-лов во времени.

Фотоупругость обусловлена деформацией электронных оболочекатомов и молекул и ориентацией оптически анизотропных молекул либоих частей, а в полимерах - раскручиванием и ориентацией полимерныхцепей. Фотоупругость используется при исследовании напряжений вмеханических конструкциях, расчет которых слишком сложен.

Фотоупругость лежит в основе взаимодействия света и ультра-звука в твердых телах. Особенности создания пар трения в фотоэлек-трических датчиках, основанных на использовании научных откры-тий [1,2,3,4], позволит повысить конкурентоспособность.

Литература:1. Научное открытие (Диплом № 258) // Закономерность аддитив-

ности упругого последействия в объемных частях и поверхностных слояхпар трения / Г.С. Ивасышин. - М: РАЕН., МААНОиИ, 2004.

2. Научное открытие (Диплом № 277) // Закономерность адди-тивности магнитного последействия в объемных частях и поверхност-ных слоях пар трения из ферромагнитных материалов / Г.С. Ивасышин. -М.: РАЕН., МААНОиИ, 2005.

3. Научное открытие (Диплом № 289) // Закономерность адди-тивности диффузионного магнитного последействия в объемных час-тях и поверхностных слоях пар трения из ферромагнитных материалови сплавов / Г.С. Ивасышин.- М.: РАЕН МААНОиИ, 2005.

4. Научное открытие (Диплом № 302) // Закономерность аддитив-ности водородного магнитного последействия в объемных частях и по-верхностных слоях пар трения из ферромагнитных материалов /Г.С. Ивасышин. – М.: РАЕН., МААНОиИ, 2006.

5. Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Про-хоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Советская энциклопедия, 1984. – 944 с.

6. Физические эффекты в машиностроении: Справочник /В.А. Лукьянец, З.И. Алмазова, Н.П. Бурмистрова и др.; Под общ. ред.В.А. Лукьянца. – М.: Машиностроение, 1993. – 224 с.

279

ВЕРОЯТНОСТНОЕ ОПИСАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН

Казаков Я.В.Архангельский государственный технический университет

Для математического описания геометрических характеристик цел-люлозных волокон стохастической волокнистой массы, в которой волокнаразличны по размерам, форме, морфологии и степени разработки при раз-моле, необходимо использование вероятностно-статистических методов.Количественная информация о стохастической волокнистой композициибумажной массы позволяет прогнозировать её влияние на механическиесвойства бумаги и картона. Наличие математической базы количественно-го описания геометрии волокон в бумажной массе открывает возможностьмоделирования структуры бумаги с адекватной вероятностно-статистической характеристикой по волокну.

В результате дополнительной математической обработки результа-тов измерений характеристик волокон, определяемых на автоматическоманализаторе волокна FiberTester, дана оценка параметров распределениядлины, ширины и кривизны отдельных волокон, что позволяет перейти отмассивов результатов из 10…100 значений к всего двум характеристикам –параметрам распределения каждой измеренной величины.

Проверка статистической гипотезы о принадлежности выборки дан-ных к тому или иному распределению по критерию 2 (Пирсона) показала,что экспериментальные данные для длины и ширины волокна не противо-речат гипотезе о принадлежности выборки к логарифмически нормально-му распределению с параметрами и x , а данные для кривизны волокна

– экспоненциальному распределению с параметром .

Вычисленные параметры распределения характеристик волокон нетолько для всей выборки волокон, но и для каждого класса волокон подлине, подтвердили существование зависимости параметров распределе-ния ширины и кривизны волокна в каждой фракции от длины волокна вэтой фракции.

280

На основании экспериментальных исследований подготовлена мате-матическая база для количественного описания состояния волокон в бу-мажной массе с применением вероятностно-статистических методов. Этодаёт возможность в дальнейшем провести работу по разработке компью-терной модели бумажного листа с учётом неоднородности волокон подлине, ширине, степени кривизны и формы траектории волокон.

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙСОРБЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДА НА

МОДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ h-BN

Калякин Д.С.Сибирский федеральный университет,

Институт цветных металлов и материаловедения,г. Красноярск

В настоящее время активно изучается возможность использованияуглеродных структур в качестве сорбентов водорода, что открывает широ-кие перспективы в водородной энергетике и применении водорода в каче-стве эффективного топлива. Однако хемосорбция на углеродных структу-рах не происходит при нормальных температурах, а физическая сорбциягораздо слабее, чем на поверхностях с неравномерно распределенным за-рядом. С этой точки зрения гораздо предпочтительнее является поверх-ность h-BN, в которой отрицательный заряд смещен в сторону атома азота.

В работе проводилось теоретическое исследование сорбции молеку-лы водорода на поверхности h-BN в различных положениях на двух мо-дельных участках: в центре одного из них расположена связь B-N; в цен-тре другого - шестиугольник, образованный атомами бора и азота.

В ходе исследования рассчитана энергия вандерваальсового взаимо-действия молекулы водорода на модельной поверхности h-BN над сле-дующими центрами: над атомом B; над атомом N; над связью B-N; надцентром шестиугольника, образованного атомами B и N. Были исследова-ны все возможные положения молекулы водорода над указанными цен-трами сорбции поверхности h-BN.

281

В результате проделанной работы установлено, что наиболее энерге-тически выгодным положением сорбированной молекулы водорода явля-ется ее вертикальное размещение над атомом азота с энергией вандерваль-совой связи, равной -0.0357 эВ. В остальных случаях, когда молекула во-дорода находится в других центрах сорбции (над атомом бора, над связью,над центром шестиугольника), наиболее выгодным так же является верти-кальное размещение молекулы. Кроме того, выявлено, что, так как разницав энергии вандервальсового взаимодействия среди различных вертикаль-ных положений молекулы водорода незначительна (не превышает0.0043 эВ), на поверхности h-BN может происходить миграция молекулыводорода от одного локального минимума к другому.

ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯТВЁРДЫХ ПОЛИМЕРОВ ТЕРПЕНОВ И ПРОДУКТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Киповский А.Я., Колужникова Е.В., Михайлова Н.В., Фомичёва Т.И.Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия

При изучении физико-химических свойств твёрдых полимеров тер-пенов установлено, что, являясь хорошими плёнкообразователями, ониобладают высокими адгезионными свойствами к поверхности некоторыхматериалов. Кроме того, для терпеновых полимеров характерна влаго-стойкость и стойкость по отношению к неорганическим кислотам и щело-чам (1). Одним из наиболее перспективных направлений использованиятвёрдых полимеров терпенов является производство лакокрасочных мате-риалов. С целью определения более широкого спектра применения этогоценного продукта была проведена серия исследований изучения антикор-розионных свойств терпеновых полимеров.

Для испытаний были использованы образцы немодифицированныхтвёрдых полимеров терпенов, а также продуктов, полученных на их осно-ве.

Антикоррозионные покрытия представляли собой лаковые компози-ции полимерных соединений в этилацетате (соотношение 1:2). Наиболее

282

качественные плёнки были получены при трёхслойном нанесении компо-зиции на поверхность металла. В табл. 1 приведены результаты испытанийзащитного покрытия в среде 3%-ного раствора хлористого натрия в тече-ние 624 часов.

Таблица 1Защитные свойства полимерной плёнки в среде

3%-ного раствора хлорида натрия и во влажной атмосфереСостояние поверхности металлаМеталл в растворе хлорида натрия во влажной атмосфере

Сталь-3 Сильная точечная коррозия Коррозии нетМедь Сильная коррозия Коррозии нетЛатунь Коррозии нет Коррозии нет

Образцы тех же металлов с нанесённым покрытием были испытанына атмосферную коррозию над 3%-ным раствором в течение 600 часов. Ре-зультаты испытаний: для всех металлов коррозии нет. Результаты испыта-ний в среде сильного электролита можно объяснить недостаточной адге-зией плёнки к поверхности металла в растворе. Для проверки такого объ-яснения был поставлен опыт: защитной плёнкой покрывались стальныепластины, на поверхности которых уже имелся слой продуктов коррозии.Продолжительность испытаний составляла 624 часа. Результаты исследо-ваний представлены в табл. 2

Таблица 2Влияние адгезии защитной плёнки на коррозию стальных

образцов в среде 3%-ного раствора хлорида натрияПоверхность металла Результаты эксперимента

Без защитного покрытия Сильная коррозияЗащитная плёнка на защитной поверхности Точечная коррозияЗащитная плёнка на окисленнойповерхности металла Коррозии нет

Установлено, что защитная плёнка, нанесённая на окисленную по-верхность стального образца, обладает высокими антикоррозионнымисвойствами, поскольку оксиды железа очень прочно связаны с самим ме-таллом и имеют пористую структуру, что повышает адгезию нанесённогопокрытия к поверхности металла.

283

На основании полученных результатов можно предположить, чтоантикоррозионные покрытия на основе твёрдых полимеров терпенов и ихсоединений могут быть использованы для защиты некоторых металлов,условия эксплуатации которых связаны с морским климатом, например,для защиты контактов и проводящего рисунка плат печатного монтажаразличных радио и электроприборов.

Литература:1. Войтович В.А. Новые противокоррозионные средства в строи-

тельстве – Горький: Волго-Вятское книжное изд-во, 1980.- 91 с.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛЕИНОТЕРПЕНОВОЙСМОЛЫ В ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

Киповский А.Я., Колужникова Е.В., Михайлова Н.В., Фомичева Т.И.Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия

Малеинотерпеновые смолы и твёрдые полимеры терпенов по своимфизико-химическим характеристикам могут быть использованы в различ-ных рецептурах производства алкидных лаков и олиф в качестве замени-телей ценных натуральных продуктов.

Экспериментальные образцы малеинотерпеновой смолы, получен-ной на основе твёрдых полимеров терпенов, были использованы при про-изводстве алкидного лака ГФ-046 и содержали в качестве пластификатораглицерин в количестве 10% от массы малеинотерпеновой смолы. В составеалкидного лака марки ПФ-020 использовали малеинотерпеновую смолубез дополнительных добавок. Малеинотерпеновая смола была использо-вана в качестве заменителя 18% пищевых растительных масел и 18% ка-нифоли. Результаты экспериментальных исследований представлены втабл.1

Сравнительная характеристика алкидных лаков марок ПФ-020 иГФ-046, полученных при использовании малеинотерпеновой смолы (заме-на 18% растительных масел и 18% канифоли) с требованиями техническихусловий на высший сорт.

284

Анализируя данные табл. 1, можно сделать вывод, что при синтезелака марки ПФ-020 малеиновая смола может быть использована в качествезаменителя 18% пищевых растительных масел и 18% канифоли. При этомкачество лака соответствует всем требованиям технических условий выс-шего сорта.

Следует отметить, что с применением малеинотерпеновой смолывремя синтеза лака сокращено на 3-4 часа. Аналогичные результаты дос-тигнуты при синтезе лака марки ГФ-046.

Таким образом, малеинотерпеновая смола может быть успешно ис-пользована в рецептурах алкидных лаков, при этом из производства ис-ключаются как минимум 18% пищевых растительных масел и 18% кани-фоли.

Таблица 1Требования

ТУ Фактические данные

Лак ПФ-020 Лак ГФ-046Наимено-

ваниепоказате-

лейПФ-020

ГФ-046 Стандарт-

ный лак

Модифи-цирован-ный лак

Стандарт-ный лак


Внешнийвид(чистота)

Прозрачный,без механиче-ских включе-ний «сыпи»

Соответст-вует тре-бованиямТУ

Соответ-ствуеттребова-ниям ТУ

Соответст-вует тре-бованиямТУ

Соответ-ствуеттребова-ниям ТУ

Условнаявязкостьпри 20ºСпо ВЗ-4,сек

40-60 40-60 45 48 46 43

Время вы-сыханияплёнки дост.3, час.,не более:при 20ºС 60ºС 80ºС

363-

--2

363-

363-

--2

--2

285

ТребованияТУ Фактические данные

Лак ПФ-020 Лак ГФ-046Наимено-

ваниепоказате-

лейПФ-020

ГФ-046 Стандарт-

ный лак


Стандарт-ный лак


Твёрдостьплёнки помаятнико-вому при-бору(усл.ед.)при темпе-ратуресушки, ºС

20

60

80

не ме-нее0,35

не ме-нее0,35

-

-

-не

менее0,25

0,35

0,33

-

0,35

0,36

-

-

-

0,25

-

-

0,25Массоваядоля неле-тучих ве-ществ, %

50±2 52±2 50,5 50,5 52,5 51,8

Кислотноечисло, мгКОН/г -

не бо-лее 20 - - 18,1 17,5

Стойкостьк воде при20ºС, час

не ме-нее 8 -

через 8 ч.без изме-

нений

через 8 ч.без изме-

нений- -

Литература:1. Сырьё и продукты для лакокрасочных материалов/

М.М. Гольдберг, Т.А. Ермолова, М.Л. Лившиц и др. – М.: Химия, 1978. –512 с.

286

ОПТИМИЗАЦИЯ СВОЙСТВ ХЛАДОНОСИТЕЛЯ

Кириллов В.В., Сивачёв А.Е.Санкт-Петербургский государственный университет

низкотемпературных и пищевых технологий

Практика и анализ литературных данных показывают, что для широ-кого использования промежуточного хладоносителя (ХН) в качестве по-ставщика холода в холодильных системах, температура замерзания хладо-носителя должна быть не выше C04030 , при этом нижний придел фак-тически не ограничен. По нашей оценке при Ct 020 ХН с наилучшимисвойствами должен иметь: динамическую вязкость не более смПа *2220 ,теплоёмкость не менее )*/(2850 КкгДж ; теплопроводность не менее

)*/(280,0 КмВт [1].

Сейчас в качестве хладоносителя используются, как правило, водныерастворы неорганических и органических солей и спиртов. Научно-техническую проблему по оптимизации свойств ХН во многих научно-производственных центрах как у нас в стране, так и за рубежом пытаютсярешить эмпирически – путём выбора рецептур, предположительно спо-собных обеспечить раствору хладоносителя комплекс наилучших свойствпо теплофизическим, физико-химическим и эксплуатационным парамет-рам.

Разработка теории оптимизации свойств ХН, основанная на учётевзаимодействия между компонентами раствора, на использовании матема-тико-аналитических методов, призвана решить важную для народного хо-зяйства научно-техническую проблему по повышению эффективности ра-боты систем хладоснабжения. Цель проведённой работы – обобщить ис-следования, проведённые по оптимизации свойств хладоносителя для кон-туров промежуточного охлаждения, по снижению энергетических затратна их экплуатацию.

Как известно, основные физико-химические свойства ХН – вязкость,температура замерзания, водородный показатель pH, способность оказы-вать корродирующее действие. Варьируя с помощью метода планирования

287

эксперимента качественный и количественный состав хладоносителя сучётом закономерностей комплексообразования и сольватации в раство-рах, можно получить композиции с улучшенными прогнозируемыми свой-ствами по вязкости и температуре замерзания, по способности оказыватькоррозионное действие [2].

Данные рецептуры помогут оптимизировать указанные выше свой-ства ХН и приведут к повышению эффективности работы систем хладо-снабжения.

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СТАДИЙ ПРОЦЕССАРОСТА КРЕМНИЕВЫХ НАНОУСОВ С ПОМОЩЬЮ

АЛЮМИНИЕВЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ

Кожевникова Т.А.Сибирский федеральный университет,

Институт цветных металлов и материаловедения, г. Красноярск

Нанонити (наноусы) кремния обладают уникальными термическими,механическими и электрическими свойствами, что обеспечивает хорошиеперспективы их использования в производстве электроники. Одним из ме-тодов получения кремниевых наноусов является их рост на кластерах ме-талла.

Для расчетов была взята реконструированная поверхность Si (001) ввиде пластины размерностью (443) и кластер алюминия в 51 атом. Вычис-ления были проведены в рамках формализма функционала локальнойплотности (DFT) с использованием пакета VASP.

Для начала на поверхность кремния помещался атом металла вразличных наиболее выгодных положениях. Было посчитано четыре по-верхностных состояния: у нижнего атома димера L, ассиметричное междудвумя димерами в одном димерном ряду Ра, симметричное Ps, траншейноеТ4 и ТЗ, и три «внутренних» положения: UPs, UH и UD.

288

В результате расчеты показали, что наиболее выгодные поверхно-стные положения Ра и ТЗ. «Внутренние» положения менее выгодны, чемповерхностное Ра.

Затем были оптимизирована поверхность кремния, полностью за-полненная атомами алюминия в наиболее выгодных положениях: Pa, L, ТЗи UD. В ходе оптимизации полного заполнения в положении Ра атомысместились в положении Ps. И при полном заполнении наиболее выгодныположения Ps и ТЗ. И можно сделать вывод, что атомы алюминия будутадсорбироваться только на поверхности Si (001). Там атомы будут вы-страиваться двумя рядами в положениях Ps и ТЗ. Что подтверждается рас-четами полного двойного заполнения.

Следующим этапом работы было помещение кластера А151 на по-верхность Si (001). Положение кластера выбиралось исходя из полу-ченных выше данных, то есть атомы кластера располагались так, чтобыоказаться в положениях Ps и ТЗ. Энергия связи между кластером и по-верхностью составила -3.69eV.

Затем на поверхность кластера алюминия помещался одиночныйатом кремния, как на поверхность, так и во внутренние положения. Послеэтого моделировался отжиг данных структур методом демпфированнойдинамики и молекулярной динамики. В результате получилось, что дляатома кремния нет существенной разницы в месте адсорбции на кла-стере. Кроме того, на одной из структур было показано, что атом крем-ния способен перемещаться по поверхности кластера, что может обеспе-чить возможность миграции атом кремния по поверхности кластера к мес-ту реакции.

289

РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МЕХАНИЗМАХРАЗРУШЕНИЯ БУМАГИ И КАРТОНА С ПОЗИЦИЙ НЕЛИНЕЙНОЙ

МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

Комаров В.И., Дьякова Е. В.Архангельский государственный технический университет

Бумага и картон относятся к материалам, получение и переработкакоторых сопряжены с появлением дефектов структуры. Они либо возни-кают случайным образом (надрывы, проколы, задиры, царапины и т.п.),либо являются следствием технологических операций (гофрирования, кре-пирования, рилевания, резки, высечки и др.). В связи с этим неизбежновозникают вопросы о трещиностойкости бумаги и картона, т.е. о допусти-мом уровне дефектности, о механизме разрушения структуры с дефектамии о возможности количественной оценки и прогнозирования этого меха-низма.

В классической механике разрушения применительно к металлам,стеклам, керамикам, полимерам используются двухпараметрические кри-терии разрушения, использование которых позволяет отразить проявляю-щиеся в структуре материалов два предельных механизма разрушения:хрупкий и вязкий.

Авторами с сотрудниками разработан графоаналитический метод по-лучения диаграмм механического поведения применительно к целлюлозно-бумажным материалам. Для математической обработки эксперименталь-ных данных создана программа для ЭВМ. Экспериментальные данные по-лучены при испытании на растяжение образцов бумаги и картона с нане-сенными трещиноподобными дефектами в виде центрального плоскогонадреза различной длины. В качестве основы для разработки методики ис-пользован критерий основанный на силовом подходе с применением по-нятия коэффициента интенсивности напряжений К:

σ πK l Y ,где σ – разрушающее напряжение, МПа; l – длина трещины, мм; Y –

поправочный коэффициент, учитывающий фактор формы дефекта.

290

Проведен анализ механизмов разрушения и трещиностойкости бума-ги и картона в условиях одноосного статического растяжения. Показано,что максимальная трещиностойкость материала достигается при условииснижения вкладов предельных механизмов разрушения (хрупкого и вязко-го) и увеличения вклада смешанного механизма. Установлено, что хруп-кий механизм разрушения обусловлен в большей степени собственнойпрочностью волокна, а вязкий механизм разрушения – межволоконнымисилами связи.

ОЦЕНКА ЖЕСТКОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ ВОЛОКНИСТЫХЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ

ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ,ВОЗНИКАЮЩИХ В ОБРАЗЦЕ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ

Комаров В.И., Ларина Е.Ю.Архангельский государственный технический университет

Существенным недостатком существующих методик определенияжесткости при изгибе волокнистых целлюлозно-бумажных материалов яв-ляется использование расчетных уравнений, предполагающих, что испы-туемый материал работает в упругой области. При этом получают расчет-ную величину, заведомо превышающую реальные значения, т.к. не учиты-вается пластическая деформация, возникающая в условиях эксплуатацииданного материала. Отсюда, использование предлагаемых уравнений длярасчета жесткости при изгибе возможно лишь с известным приближением.

Необходимо отметить, что пластические деформации, возникающиев структуре волокнистых целлюлозно-бумажных материалов (рис.) прииспытании на изгиб могут возникать во времени, по толщине листа и вплоскости листа.

При изгибе образца в зависимости от величины нагрузки и свойствструктуры волокнистого целлюлозно-бумажного материала, величина пла-стических деформаций, возникающих в данных случаях, как правило, раз-лична.

291

а б в

Рис. − Возникновение пластических деформаций вобразце при испытании на изгиб

а − во времени; б – по толщине слоя; в – в плоскости листаАвторам впервые удалось обосновать и подтвердить эксперимен-

тально возможность использования специальных уравнений для определе-ния пластических деформаций при испытании на изгиб во времени, потолщине и в плоскости листа применительно к волокнистым целлюлозно-бумажным материалам, позволяющих оценивать жесткость при изгибе сповышенной точностью.

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ВЯЗКОСТИЛИСТВЕННОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА

ДЕФОРМАЦИОННЫМИ И ПРОЧНОСТНЫМИХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Комаров В.И., Миловидова Л.А., Карманова Т.Е.Архангельский государственный


Использование показателя вязкости для контроля за прочностнымихарактеристиками полуфабриката позволяет существенно сократить времяанализа и получения данных о качестве продукции на промежуточных ста-диях производства. Однако количество данных, которые подтвердили бывзаимосвязь между вязкостью и характеристиками деформативности ипрочности целлюлозы недостаточно. Кроме того, необходимо имеет дан-ные об уровнях вязкости лиственной и хвойной целлюлозы, обеспечи-вающих требуемый уровень значений характеристик деформативности ипрочности.

292

Целью выполненной работы было получение таких данных.Нами были получены образцы лиственной целлюлозы с числом Кап-

па от 10 до 25.У полученных образцов целлюлозы были определены вязкость, меж-

волоконные силы связи, нулевая разрывная длина, сжатие короткого уча-стка, жесткость при изгибе, разрывная длина, растяжение, число двойныхперегибов, сопротивление продавливанию и раздиранию.

Установлено, что существует зависимость между величиной вязко-сти и такими стандартными характеристиками, как разрывная длина, со-противление продавливанию и сопротивление раздиранию. При этом от-сутствует зависимость между вязкостью и нулевой разрывной длиной, ноустановлено наличие взаимосвязи между вязкостью и величиной напряже-ния при нулевом расстоянии между зажимами.

Характер полученных графических зависимостей позволяет опреде-лить значения вязкости целлюлозы, необходимые для поддержания выше-перечисленных характеристик целлюлозы на требуемом уровне.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ ИТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

МНОГОСЛОЙНЫХ КРЕМНИЕВЫХ НАНОТРУБ

Кузик В.Р.Сибирский федеральный университет,


Основной метод получения многослойных кремниевых нанотруб измонооксида кремния – гидротермальный [1]. Однако в данном случаепрактически невозможно точно определить, какие именно по хиральностиполучаются нанотрубки. Поэтому, целью данной работы является иссле-дование возможности формирования кремниевых нанотруб и их энергети-ческой стабильности.

В работе рассматривались однослойные и многослойные кремние-вые нанотрубки (SiNTs) различной структуры. Первый тип структуры –

293

h-SiNTs подобны углеродным нанотрубкам. Второй тип структуры –g-SiNTs, это так называемые «gearlike» структуры [2].

Проводился квантово-химический расчет энергий данных систем врамках формализма функционала локальной плотности (DFT) с использо-ванием пакета VASP (Vienna Ab-Simulation Package). Первоначально про-водился расчет оптимального вектора трансляции вдоль оси трубы, кото-рый используется для окончательной оптимизации структуры и определе-ния ее энергии.

В ходе работы выяснилось, что наиболее стабильными являются такназываемые «gearlike» структуры. Присутствующая в g-структурах sp2 –sp3-гибридизация более характерна для кремниевых нанотрубок, чем sp2 –sp2-гибридизация h-систем. Среди двухслойных g-SiNTs наиболее вероят-но формирование структур с небольшим по толщине промежуточным сло-ем между внешней и внутренней трубками (~0,24 нм). Данные g-системыхарактеризуются более низкими энергиями, приходящимися на атом. При-чем, в зависимости от числа совпадающих шестиугольных ячеек происхо-дит определенное искажение структуры, что способствует увеличению еетермодинамической устойчивости.

Для многослойных (количество слоев превышает два) g – структурпри расстоянии между внешней и внутренней трубками 0,31 нм наблю-дается наибольшая энергетическая стабильность по сравнению с двух-слойными структурами. Также можно сказать, что при увеличении коли-чества слоев система стремится к так называемому пределу, становитсяпохожей по структуре на кремниевую пластинку.

Литература:1. Tang, Y. H. New Technology Reports, 11, 189 (2006).2. Fagan, S. B. Phys. Rev. B, 61, 9994 (2000).

294

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВАУДАРОПРОЧНОГО ПОЛИСТИРОЛА, СТОЙКОГО К

РАСТРЕСКИВАНИЮ В ЦИКЛОПЕНТАНЕ

Лифанов А.Д., Архиреев В.П., Халилова А.Ф., Зиангирова Р.Р.Казанский государственный технологический университет

Как известно, УПС, обладают наряду с комплексом ценных свойств,рядом существенных недостатков (низкая стойкость к агрессивным сре-дам, в частности фреону и циклопентану), ограничивающих их использо-вание в качестве конструкционных материалов[1]. Из фреоностойких УПСизготавливают внутреннюю часть холодильного шкафа. Пространство ме-жду внешней металлической и внутренней пластиковой частью заполняет-ся полиэфиром, теплоизолирующим элементом, который вспениваетсяфреоном (или циклопентаном). При недостаточной стойкости УПС к на-званным соединениям, внутренняя часть холодильного короба размягчает-ся и деформируется[2]. С этой точки зрения, разработка способов улучше-ния фреоностойкости УПС является актуальной.

В данной исследовании осуществлен синтез фреоностойких ударо-прочных полистирольных пластиков на основе бутадиен-нитрильного ихлоропренового каучуков, а также на основе их смеси с бутадиеновым кау-чуком методом термической привитой сополимеризации при 170 ºC. Ме-тодами ИК и ЯМР спектроскопии охарактеризована структура этих соеди-нений.

Наиболее оптимальным по свойствам каучуком при получении УПСявляется СКН-26. При этом, было установлено, что замена неполярногокаучука полярным, приводит к увеличению стойкости к циклопентану дотребуемого уровня этого показателя, но с одновременным падением проч-ностных показателей. Поэтому в дальнейшем было проведено исследова-ние по частичной замене неполярной каучуковой матрицы на полярную.Было найдено оптимальное соотношение каучуковой матрицы, состоящейиз полярного и неполярного каучука, удовлетворяющей по физико-механическим свойствам и стойкости к циклопентану, предъявляемымтребованиям.

295

Литература:1. И.А. Новаков, Особенности образования гомо полимеров, приви-

тых сополимеров и гель – фракции в процессах полимеризации мономер –полимерных систем / И.А. Новаков, Я.С. Выгодский, М.А. Ваниев,Т.А. Волкова, В.В. Лукьяничев, Н.В. Сидоренко // Высокомолекулярныесоединения, Серия А, т. 49, № 4, 2007, с. 610-617

2. Donald Robert Hailenbeck, Stabilizer blend for organic polymer com-positions: stabilized polymer compositions and method for stabilizing polymers/ Donald Robert Hailenbeck, Cindi Navcy Dcumen, Anne – Marie Prins // Па-тент США № 6225387, 2001.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОСТОЙКОГО КРЕМНЕЗОЛЬНОГОСВЯЗУЮЩЕГО ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КЕРАМИЧЕСКИХ

ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ В ТОЧНОМ ЛИТЬЕ ПОВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ДЛЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Мочалова Е.Н., Мочалов А.Н.Казанский государственный технологический университет

Общая тенденция развития литейного производства идет в направ-лении увеличения объемов изготовления отливок способами, обеспечи-вающими более качественные и точные отливки. Одним из этих способовявляется метод литья по выплавляемым моделям.

Российской промышленностью выпускается кремнезольное связую-щее Сиалит-20 (ЗАО "Силикат", г. Елабуга), которое может удовлетворятьпотребности большинства литейных производств в технологиях формиро-вания огнеупорных оболочковых форм при литье по выплавляемым моде-лям; а также при изготовлении форм и стержней для отливок из чугуна,стали и цветных сплавов; противопригарных красок и покрытий.

Суспензии на основе Сиалит-20 обладают высокой живучестью.Прочность форм, изготовленных с использованием Сиалит-20, в 1,5-2 разапревосходит аналогичные показатели форм на этилсиликате. ПрименениеСиалит-20 в качестве термостойкого связующего для изготовления обо-

296

лочковых форм методом литья по выплавляемым моделям позволяет за-менить этилсиликатные связующие в суспензиях без значительного изме-нения существующей технологии приготовления суспензий и нанесенияслоев на модельную массу. Некоторые изменения необходимо внести в ус-ловия сушки. Промышленные испытания Сиалит-20 в условиях цеха точ-ного стального литья «Камского литейного завода» показали, что наиболеепрочные оболочки получаются при вытопке модельной массы в сушиль-ной камере при температуре 120-150оС и в автоклаве с быстрым прогревомпаром при температуре 150оС и давлении 0,6 Мпа, с последующим равно-мерным выпуском пара.

В настоящее время Сиалит-20 успешно применяют многие метал-лургические предприятия машиностроительного комплекса, среди кото-рых можно особо выделить такие, как ОАО «Камский литейный завод»(г. Набережные Челны), ОАО «Горьковский автомобильный завод»(г. Нижний Новгород), ОАО «Чебоксарский агрегатный завод»(г. Чебоксары), ОАО «Воронежский механический завод» (г. Воронеж),ОАО «Мотовело» (г. Минск, Республика Беларусь).

ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ СМЕСЕВЫХПОЛИОЛЕФИНОВЫХ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ

ЭЛАСТОМЕРОВ ОТ ХАРАКТЕРИСТИК ИСХОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ1

Мусин И.Н., Новокшонов В.В., Кимельблат В.И.Казанский государственный технологический университет

Объем мирового производства смесей полиолефинов составляет не-сколько миллионов тонн в год и продолжает расти. В условиях развитойконкуренции и растущих требований техники актуальной задачей являетсядальнейшее улучшение комплекса свойств композиций полиолефинов.

В основе данной работы лежит подход к повышению уровня дефор-мационно-прочностных свойств полиолефиновых термопластичных эла-

1 Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской ФедерацииМК-519.2009.3.

297

стомеров, на основе смесей полиэтилена низкого давления (ПЭНД) и го-мополимера полипропилена (ПП), с этиленпропиленовыми каучуками(ЭПК), путем целенаправленного выбора исходных полимеров с опти-мальными макромолекулярными характеристиками и мономерным соста-вом. Поскольку смеси полиолефинов находятся вблизи границы взаимо-растворимости, зависящей от химической архитектуры полимерных це-пей [1], становится очевидной первостепенная значимость исследуемыххарактеристик исходных полимеров в формировании комплекса свойствкомпозиций на основе полиолефинов.

В ходе исследований методом шагового регрессионного анализа по-лучены математические модели, отражающие зависимость свойств смесейот характеристик исходных полимеров. Установлено, что повышенныйсверхаддитивный (синергический) уровень деформационно-прочностныхсвойств композиций состава ПЭНД/ЭПК = 50/50 мас. % достигается прииспользовании ЭПК со среднечисловой молекулярной массой (ММ) неменее 80×103, относительно узким молекулярно-массовым распределени-ем и высоким содержанием этиленовых звеньев в каучуке 67-70 мас. %.Требования к структуре ПЭНД – среднемассовая ММ не более 220×103.Для получения термопластичных эластомеров составаПП/ЭПК = 50/50 мас. % с повышенным сверхаддитивным уровнем дефор-мационно-прочностных свойств требуется ПП с высокой среднечисловойММ более 100×103. Требования к ЭПК - высокое содержание этиленовыхзвеньев в каучуке 67-70 мас. % и низкая среднемассовая ММ порядка160×103.

Литература:1. Полимерные смеси. Том 1: Систематика / под ред. Д.Р. Пола и

К.Б. Бакнелла / пер. с англ. под ред. В.Н. Кулезнева. – С.-Пб.: Научные ос-новы и технологии, 2009. – 618 с.

298

ФУНКЦИЯ КИСЛОТНОСТИ ВОДНО-ПРОПИЛЕНГЛИКОЛИЕВЫХРАСТВОРОВ ЙОДИДА КАЛИЯ

Нечипоренко А.П., Кириллов В.В., Чуглова К.П., Сивачёв А.Е.Санкт-Петербургский государственный университет


Водные растворы спиртов и солей широко и достаточно давно ис-пользуются в качестве хладоносителей в технике низких температур. Од-нако они имеют существенные недостатки – горючи, обладают высокойвязкостью при низких температурах, сильным корродирующим действием.Поэтому на основе научной методологии разработаны новые электролит-содержащие пропиленгликолиевые хладоносители, которые по совокуп-ности свойств превосходят водно-пропиленгликолиевые и водносолевыехладоносители. Однако информации по их физико-химическим свойствамявно недостаточно. Отсутствуют и общепринятые экспериментальныекритерии, позволяющие устанавливать корреляцию микрохимическихсвойств системы, обусловленных природой компонентов, с такими ее мак-ропараметрами, как стабильность, вязкость, температура замерзания, кор-родирующая способность, теми, которые предопределяют эффективностьих использования в системах хладоснабжения.

В данной работе методами спектрофотометрии (определение функ-ции кислотности Но с использованием в качестве сольватохромного инди-катора бромкрезолового пурпурного (рКа = 6,0), и рН-метрии исследова-лось состояние кислотно-основного равновесия в водных и водно-пропиленгликолиевых (30 % ПГ) растворах йодида калия (Сm = 0,2 – 2,4моль/кг), поскольку водно-пропиленгликолиевые системы с массовой до-лей ПГ 30 % и выше обладают высокой вязкостью, а введение электроли-та, в частности КI, приводит к ее уменьшению. Вязкость такого типа хла-доносителей зависит от природы электролита, его концентрации и массо-вой доли пропиленгликоля.

Синхронная полиэкстремальность зависимостей рН = f(СКI) и Но =f(CKI) для водных растворов в области моляльных концентраций электро-лита до СKI 1,6 m говорит о закономерной периодичности в изменении

299

обоих параметров кислотности среды. Это связано с периодичностью пре-имущественной гидратации катиона и аниона, протекающих по разныммеханизмам. Преобладание же того или иного механизма гидратации оп-ределяется оптимальным значением рН, формирующимся в конкретнойсистеме при данной концентрации электролита, как для катиона, так и дляаниона. Наиболее резкие изменения рН и Но наблюдаются в области ма-лых содержаний йодида калия.

Начиная с Сm 1,6 моль/кг (мольное отношение электролита и воды1 : 25) зависимость Но от концентрации электролита приобретает практи-чески линейный характер, что свидетельствует о стабилизации форми-рующейся новой структуры раствора, в которой процессы гидратации неиграют доминирующую роль. Моляльная концентрация йодида калия 1,6моль/кг является концентрационной границей перехода от индивидуаль-ной гидратации ионов к формированию ими ассоциатов.

Для водно-пропиленгликолиевых систем йодида калия, также как и вслучае водных растворов, в области низких концентраций на зависимостяхрН = f(СКI) и Но = f(СКI) проявляется «зубчатая» структура. Кроме того,кривые Но = f(СКI) по шкале кислотности расположены ниже, чем анало-гичные зависимость для водной среды. Это говорит о том, что, во-первых,добавление 30 % ПГ к воде существенно повышает кислотность среды. И,во-вторых, наличие «зубчатости» на обеих кривых кислотности указываетна то, что при данном соотношении растворителей ионы не только гидра-тируются, но и имеет место последовательность и периодичность гидрата-ции, характерная для чисто водных растворов.

Низкие концентрации электролита производят наибольшие измене-ния и в смешанной системе растворителей при заданной массовой долеПГ. Это проявляется и в более заметном снижении вязкости системы Н2О-ПГ в области низких содержаний КI. Однако периодическая смена меха-низмов гидратации в данном случае заканчивается при более низких кон-центрациях электролита ( 1,0 моль/кг). Интересно то, что и в этом случаемольное отношение электролита и воды в смешанной системе растворите-лей составляет 1 : 25. То есть, концентрационная граница начала образо-

300

вания ассоциатов гидратированных ионов определяется мольным соотно-шением электролита и воды в системе смешанных растворителей.

В области линейности тоже проявляется приоритетность в образова-нии ассоциатом комплекса с ПГ с участием преимущественно одного изего полярных концов. Приоритетное участие в реакции комплексообразо-вания того или иного полярного конца ассоциата предопределяется рН во-ды, вводимой изначально при создании смешанного растворителя. Пока-зано, что в области низких концентраций КI вязкость водно-пропиленгликолиевой системы не проявляет ярко выраженной зависимо-сти от механизма гидратации ионов калия и йодид-ионов, относящихся кгруппе ионов с отрицательной гидратацией. Линейная зависимость междукинематической вязкостью и функцией кислотности отмечена только в об-ласти высоких содержаний электролита, где доминируют процессы ассо-циации и комплексообразования гидратированных ионов с молекуламипропиленгликоля.

Различие механизмов гидратации ионов электролита и их периодич-ность, регистрируемые через изменение Но системы, не особенно заметновлияют на характер изменения ее вязкости, поскольку оба гидратирован-ных иона участвуют в разрушении межмолекулярных связей ПГ и нейтра-лизации зарядов его функциональных группировок.

ЭЛЕКТРОННЫЙ СПЕКТР ПОВЕРХНОСТИ БЕЛОГО РИСА –ГЕТЕРОФАЗНОЙ СИСТЕМЫ РАСТИТЕЛЬНОГО

ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Нечипоренко А.П., Чуглова К.П., Сабирова Э.И.Санкт-Петербургский государственный университет


Целью данной работы явилось исследование поверхности дробле-ных семян белых рисов (круглозернистого и длиннозернистого) методомЭСДО (электронная спектроскопия диффузного отражения) в зависимостиот дисперсности образцов, водно-паровой обработки и срока их хранения.Являясь лидером по содержанию усвояемых углеводов, рис – наиболее

301

подходящая культура для исследования функциональных группировок(ФГ) полисахаридного комплекса (амилопектина, амилозы, целлюлозы,гемицеллюлоз).

Исследование дробленых семян белых рисов позволило отметить,что структурно-химические свойства их поверхности зависят от дисперс-ности образца и определяются морфолого-анатомическим строением иразмером зерновки, так как являются функцией соотношения масс и хими-ческого состава анатомических частей зерна: зародыша, эндосперма, алей-ронового слоя, семенных оболочек. В связи с этим фактор времени неод-нозначно влияет на характер изменения состава функциональных группи-ровок поверхности в зависимости от размера частиц.

Увеличение содержания ФГ, принадлежащих белковым структурам(240-300 нм) с уменьшением размера частиц говорит о разрушении белко-вых оболочек, оформляющих крахмальные гранулы. Изменение интенсив-ности полос 410–420 и 325 нм позволяет судить о немонотонном умень-шении количества гемицеллюлоз и увеличении количества амилопектина.

Эффект «старения» при хранении дробленых семян проявляется визменении структуры белков и гемицеллюлоз, что указывает на трансфор-мацию структурно-химических свойств поверхности образцов во времении взаимосвязь механизмов деструкции полисахаридно-белкового комплек-са. Максимальное различие в спектрах интактных белых рисов наблюдает-ся в области 220 и 250-320 нм. Это обусловлено различием в размерах зер-новки исследуемых образцов риса и служит иллюстрацией эффективностиметода ЭСДО в исследовании видовых и сортовых различий семян зерно-вых культур.

В оптических спектрах всех образцов, подвергнутых водной экс-тракции, отсутствует полоса поглощения водорастворимой фракции крах-мала (275 нм). Однако обработка паром, предшествующая шлифовке впроцессе промышленной выработки крупы, стабилизирует структуру по-лисахаридно-белкового комплекса в поверхностном слое зерновки.

302

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ СВЯЗИ Со2+ – АНИОН (Ан) ВОСНОВНЫХ СОЛЯХ Со(ОН)1,80(Ан)0,20.

Орлов Ю.Ф., Белкина Е.И.Санкт-Петербургский государственный университет


При частичном осаждении из разбавленных растворов хлорида, нит-рата и ацетата кобальта (II) гидроксидом щелочного металла образуютсяосновные соли состава Со(ОН)1,80(Ан)0,20, обладающие зеленой окраской,различающиеся по свойствам в зависимости от вида аниона (Ан). Для объ-яснения различий в свойствах представляет интерес оценка прочности свя-зи Со2+ – анион в этих солях.

В качестве теста на прочность связи была выбрана устойчивость гид-роксосолей к гидролизу по реакции

22ОН

0,201,80 0,1Со(Ан)0,9Со(ОН)(АН)Cо(ОН) 2

В качестве критериев устойчивости принималось время, через кото-рое начинается значительное обесцвечивание осадка соли. Для проведенияэтой реакции зеленые осадки солей отмывались от избытка растворимыхсредних солей и затем прогревались при 1000С в контакте с водой в тече-ние 1 часа. Результаты опытов показали, что нагревание солиСо(ОН)1,80Cl0,20 в указанных условиях не приводит к изменению цветаосадка. В случае соли Со(ОН)1,80(СН3СОО)0,20 обесцвечивание наблюдает-ся через 15 минут, в случае соли Со(ОН)1,80(NO3)0,20 – через 1-2 минуты. Изэтого можно заключить, что прочность связи Со2+ – анион уменьшается вряду хлорид > ацетат > нитрат.

Различие в прочности связи можно объяснить размерами анионов иэффективными зарядами атомов кислорода в анионах. Ионы хлора имеютсравнительно малый радиус 0,181 нм и заряд –1 и поэтому могут замещатьв структуре гидроксида близкий по размеру ион ОН–. Ионы

3NO имеют

значительно больший радиус 0,257 нм и заряд атома кислорода в немменьше –1, так как он распределяется между тремя атомами кислорода,между которыми существует делокализованная система π – связей. При

303

замещении ионов ОН– в структуру гидроксида входит один атом кислоро-да, а два других находятся вне слоя гидроксид–ионов в межплоскостномпространстве. Исходя из размеров длин связи в группах С–Н 0,11 нм,С=О 0,12 нм и Н–О 0,13 нм можно оценить, что радиус иона СН3СОО – недолжен превышать 0,2 нм, а заряд атома кислорода, связанный σ – связьюс атомом углерода в ацетат–ионе близок – 1. По этим причинам он и дол-жен занимать по прочности связи промежуточное положение между иона-ми Cl– и

3NO .

ХЛОРИД ГИДРОКСОКОБАЛЬТА (II) – КЛАССИЧЕСКИЙ ПРИМЕРОСНОВНОЙ СОЛИ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ПРАКТИКУМОВ

Орлов Ю.Ф., Белкина Е.И.Санкт-Петербургский государственный университет


Основные соли незаслуженно редко попадают в студенческие лабо-раторные практикумы по общей химии и синтезу неорганических веществ.

Химические реакции, используемые в лабораторных практикумах,должны удовлетворять ряду требований: умеренная стоимость реактивов,доступность, что, как правило, связано с наличием ГОСТа на реактив, вос-производимость реакции и малая ее чувствительность к изменениям кон-центраций реагентов, устойчивость во времени исходных реагентов, а так-же желательно для наглядности образование окрашенных продуктов реак-ции. Для основных солей желательно, чтобы их окраска отличалась от ок-раски гидроксида. С учетом этих требований очевидно следует выбиратьметалл с частично заполненным электронами d – подуровнем. Перечис-ленным требованиям удовлетворяет кобальт.

Следует отметить, что во многих литературных источниках ошибоч-но указывается, что основная соль кобальта (II) имеет синий цвет. В дейст-вительности основные соли кобальта – зеленого цвета. Гидроксид кобаль-та (II) при осаждении раствором щелочи выпадает в виде синего осадка,

304

который довольно быстро переходит в устойчивую модификацию розово-го цвета.

Для синтеза основной соли кобальта (II) лучше всего использоватьраствор СоCl2. Основные соли кобальта образуются при частичном осаж-дении ионов Со2+ ионами ОН- при мольном отношении ионовОН-: Со2+ < 2. В качестве осадителя можно использовать растворы какNaOH, так и NH4OH. Однако в первом случае следует строго следить, что-бы указанное мольное отношение не превышало 2. Недостатком осажде-ния раствором NaOH является то, что наряду с основной солью зеленогоцвета образуется гидроксид синего цвета, который со временем переходитв основную соль.

Получение основной соли осаждением раствором NH4OH имеет пре-имущество, обусловленное слабой диссоциацией NH4OH. По крайней ме-ре, при мольных соотношениях NH4OH: СоCl2 от 0,1 до 100 образуетсяосадок основной соли зеленого цвета. Быстрое образование осадка проис-ходит при концентрации СоCl2 0,1 моль/л. Для контраста целесообразнопроводить опыт по образованию Со(ОН)2 избытком NaOH.

Основные соли имеют состав Со(ОН)xCl2-x (1,5 < x < 1,8). При кон-центрации СоCl2 0,1 моль/л образуется состав Со(ОН)1,8Сl0,2. Если в лабо-раторной работе преследуется цель только демонстрации образования ос-новной соли, можно условно считать, что этой соли соответствует форму-ла СоОНСl.

ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ДИСПЕРСНОГО ОСАДКАЦИНКА ИЗ ЦИНКАТНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА

Патрушев А.В., Мурашова И.Б., Даринцева А.Б.Уральский государственный технический университет –

УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Электролиз водных растворов позволяет получать дендритные осад-ки с развитой удельной поверхностью. Варьируя режим электролиза и со-став раствора, получают порошки с разными структурными характеристи-

305

ками. В ходе гальваностатического электролиза структура осадка изменя-ется во время всего периода роста осадка.

Для проведения экспериментальных наблюдений за развитием дис-персного осадка цинка была использована установка, которая позволяетодновременно проводить электрометрические измерения и видеонаблюде-ния за развитием осадка. Исследования проводились в цинкатном раствореэлектролита, содержащем 50 г/л ZnO и 200 г/л NaOH при разных коэффи-циентах истощения Ки 3, 6, 9. Коэффициент истощения Ки - отношениезаданного тока к предельному на гладком электроде. При электролизе ра-диально поверхности катода распространяется дендритный осадок. Ис-пользуя модельные представления развития дендритного осадка [1], про-водится оценка изменения структурного параметра Nrв

2, зависящего отплотности тока на вершине iв. Плотность тока на вершине оценивали, из-меряя высоту слоя дендритного осадка во время электролиза. Далее в ра-боте предполагается разделить структурные параметры, определяющиесвойства готового порошка.

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0 500 1000 1500 2000

время,с

N·r B

2 1

2

3

Рис. Зависимость структурного параметра Nrв2 во

времени при разных Ки: 1 – 3; 2 – 6; 3 – 9Литература:1. Останина Т.Н., Мурашова И.Б., Кузьмина Е.Е. // Электрохимия.

Т. 32. № 11, С. 1329.

306

ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ ПОКОНСТАНТАМ УСТОЙЧИВОСТИ

Попов К.И.Московский государственный университет пищевых производств

Константы устойчивости являются фундаментальными характери-стиками большого количества технологических, экологических, геологи-ческих, биологических и многих других систем.

Константы устойчивости, определявшиеся разными группами иссле-дователей в разное время и разными методами часто различаются междусобой на несколько порядков. Перед каждым исследователем всегда стоитпроблема правильного выбора значений констант устойчивости для инже-нерных расчетов. Важную роль в решении подобных проблем играет дея-тельность международного союза теоретической и прикладной химии(IUPAС). Этой организацией совместно с Acadimic Software (Великобри-тания) создана самая обширная база данных по константам устойчивости(400000 констант) Stability Constants Database and Mini-ScDatabase; Sedbase@ acadsoft.co.ur. Результаты критического рассмотрения констант устой-чивости определенных типов публикуются в журнале IUPAС «Pure andApplied Chemistry», который практически полностью имеется в Интернете.Как правило, в критических обзорах находят отражение и смежные вопро-сы. Например, в обзорах по константам устойчивости гидроксокомплексовметаллов приводятся и произведения растворимости гидроксидов.

В любой базе данных могут быть ошибки и опечатки, поэтому в вы-боре достоверных значений констант целесообразно параллельно исполь-зовать экспертную систему JESS (Talanta, 1991, 38, 1419; Сhem.. Eng. Data,2001, 46, 1035, jessmurdoch.edu.au) и сборники критических констант ус-тойчивости в базе данных NIST (NIST Standard Reference Database 46.Critically Selected Stability Constants of Metal Complexes Database Version7.0 for Windows. 2003. US National Institute of Standards and TechnologyStandard Reference Data Program; Gaithersburg, MD 20899). Частично, ре-зультаты таких ошибок рассмотрены в [1].

307

К сожалению, содержание любых баз данных и справочников суще-ственно отстает от массива данных, публикуемых в оригинальных рабо-тах, которые могут оказаться более достоверными и точными.

Литература:1. K.I. Popov and H. Wanner “Stability constants data sources: critical

evaluation and application for environmental speciation”, p.p. 50-75;in Biogeochemistry of Chelating Agents (B. Nowack, J.M. VanBriesen, Eds.)ACS Symposium Series, Vol. 910, Washington DS, 2005

ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗВИТИЕДИЛАТАНСНОЙ ЗОНЫ В

СЛОИСТОЙ АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ

Ратнер С.В.Южный научный центр РАН

Зарецкая М.В.Кубанский государственный университет

При математическом моделировании геофизических структур часторассматривается класс фундаментальных задач, которые включают изуче-ние динамических процессов в сложно построенных анизотропных упру-гих средах, содержащих локальные неоднородности. В случае, когда не-однородное образование подвергается воздействию сосредоточенных илиобъемных сил, возникают процессы, связанные с развитием зон нелиней-ного разуплотнения (зон дилатансии), как очаговых, так и поверхностных.Поскольку с поверхностными зонами дилатансии естественно связыватьзоны аномальных значений различных геофизических полей, то для ис-следования источников этих аномалий требуется возможно более надежноучитывать положение дилатансных зон.

В настоящей работе рассмотрена задача о распределении напряже-ний в упругой слоистой анизотропной среде (пакет слоев), возникающихпод действием внутренних гармонических осесимметричных нагрузок,приложенных в ограниченных областях плоскостей раздела слоев. Для оп-

308

ределения границы дилатансной зоны используется критерий Шлейхера –Надаи разрушения материалов под действием скалывающих нагрузок. Припроведении численных экспериментов использованы знания о геологиче-ском строении и различных физико-механических параметрах реальныхгрязевулканических структур Таманского полуострова. Выявлено, что:1) разработанные численно-аналитические методы расчета напряженно-деформированного состояния упругой среды сложного строения при ихкомпьютерной реализации требуют обращения многомерных интеграловФурье, что является сложной вычислительной задачей. Полученные алго-ритмы обращения интегралов Фурье на основе анализа вкладов вещест-венных полюсов и ближайших к вещественной оси комплексных полюсовв результирующий интеграл являются эффективными для расчета полейнапряжений и перемещений в изотропном случае и частных случаях ани-зотропии (при наличии симметрии). В случае произвольной анизотропиисреды решение подобных задач требует слишком больших затрат машин-ного времени; 2) значительного сокращения времени решения задачи мож-но достичь за счет использования принципа суперпозиции, налагая друг надруга картины пространственного распределения полей перемещений инапряжений, возникающих под действием поверхностных нагрузок, моде-лирующих воздействие глобальных приливных явлений, и под действиемвнутренних нагрузок, моделирующих неоднородности геологической сре-ды.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проекты № 08-08-00447_аи № 08-08-00669_а.

309

КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ФИЗИЧЕСКИМИСВОЙСТВАМИ И НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ТОКСИЧНОСТЬЮ

АЛИФАТИЧЕСКИХ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВНАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Ромашов П.Г, Чистякова Н.Я., Вязанкина М.К., Захаров А.П.Санкт-Петербургская государственная

медицинская академия им. И.И. Мечникова

Сложные эфиры карбоновых кислот (СЭКК) являются при опреде-ленных условиях промежуточными продуктами окисления алканов и от-носятся к функциональным производным карбоновых кислот. К функцио-нальным производным относятся галогенангидриды, ангидриды, сложныеэфиры, амиды и другие замещенные карбонильные соединения, которыегидролизуются с образованием карбоновых кислот.

Сложные эфиры – это функциональные производные карбоновыхкислот, в которых водород замещен на алкильный, циклический, аромати-ческий или гетероциклический радикал.

Сложные эфиры карбоновых кислот гидролизуются в кислой и ще-лочной среде, при этом кислотный гидролиз – процесс, обратный реакциивзаимодействия кислот и соединений, содержащих гидроксильную группу.

Карбоксилатная группа сложного эфира в отличие от карбонильнойгруппы имеет более сложное строение, которое заключается в сопряженииp-орбитали атома кислорода спиртовой группы с π-орбиталью атома угле-рода карбонильной группы. За счет положительного мезомерного эффектадефицит электронной плотности на электрофильном атоме углерода слож-ноэфирной группы значительно меньше, чем в карбонильной группе аль-дегидов и кетонов. Все функциональные производные карбоновых кислот(КК) гидролизуются с образованием карбоновых кислот, токсичность ко-торых определяется константой кислотности (pKа). Кислотность КК зави-сит от строения углеводородного радикала (алифатического, алицикличе-ского, ароматического или гетероциклического) и числа карбоксильныхгрупп (моно-, ди- и многоосновные КК). Гидратация сильных КК может

310

проводить к образованию ортоформы кислот, которые этерифицируютсяспиртами с образованием ортоэфиров. В физико-химических процессах сучастием нуклеофилов (вода, аммиак, амины, спирты и другие реагенты)наиболее характерны реакции ацилирования. Летучие сложные эфиры на-ходят применение в качестве ароматизаторов, растворителей, экстраген-тов, менее летучие – используют как пластификаторы, инсектициды, гер-бициды, присадки к топливам или маслам. Сложные эфиры и полиэфирыявляются сырьем для производства синтетических смол, полимерных ма-териалов, продуктов фармацевтической и медицинской промышленности.Выраженные наркозные свойства сложных эфиров связаны с гидрофоб-ными частями молекулы, благодаря более низкому значению коэффициен-та гидрофобности метилэтаноата (lg P 0,18) по сравнению с гомоморфнымалканом (2,35) накопление СЭКК происходит медленнее, опасность ост-рых отравлений меньше, чем при ингаляции алканами. Скорость гидроли-за сложных эфиров под воздействием эстераз различна внутри гомологи-ческих рядов: наибольшая скорость гидролиза у СЭКК, содержащих 5-6 атомов углерода в ацильном фрагменте. Алгоритм гигиеническойя оцен-ки и регламентирования содержания сложного эфира в воде водных объ-ектов рассмотрен П.Г. Ромашовым с сотрудниками в статье журнала Ги-гиена и санитария .-1991.-N3.-С.20-22 на примере метилового эфира аце-тоуксусной кислоты.

Зависимость логарифма среднесмертельной концентрации (мыши,2час., ингаляция) от хроматографических параметров токсичности (ХПТ)описывается для алифатических насыщенных ациклических сложных эфи-ров одноосновных карбоновых кислот С1-С5 линейной зависимостьюlg LC50 = -0,7214 lgVb/Vc6 + 5,0585; с коэффициентом корреляции r, рав-ным 0,99. Значение вклада сложноэфирной группы в ингаляционную ток-сичность для алкилэтаноатов составило 4,0273; а С-Н связи в алкильныхрадикалах - -0,0727 л.е. В тоже время значение вклада гидроксильнойгруппы в ингаляционную токсичность спиртов несколько выше 4,8511 всвязи с большим вкладом в энтальпию испарения; а величина вклада С-Нсвязи в алкильном радикале существенно ниже и равна 0,0525 л.е., чтоможно объяснить наличием у сложных эфиров цис- транс изомерии вслед-

311

ствие сопряжения неподеленной пары электронов с карбонильной груп-пой. Предпочтительной конфигурацией алифатических насыщенныхациклических сложных эфиров является транс- форма, так как она имеетболее низкий дипольный момент. Как было показано для алифатическихспиртов, наркозоподобный эффект при ингаляции сложными эфирамивначале нарастает с увеличением молярной массы, а затем падает в связи суменьшением летучести. Однако ХПТ, характеризующий комплексообра-зующую способность сложных эфиров, монотонно уменьшается с ростомчисла С-Н связей в алкильном радикале алкокси-группы. Отклонения отлинейной зависимости ХПТ = -0,0842n + 1,2983; (r-0,95) проявляют пер-вые члены гомологического ряда, метилэтаноат и этилэтаноат. С их вклю-чением ХПТ = -0,0124n + 0,6264; (r-0,78). Продукты этерификации мета-нола и этанола с этановой кислотой обладают более высокой степеньюенолизации по сравнению с другими алкилэтаноатами, что приводит к по-вышенным значениям термодинамического параметра донорно-акцепторного взаимодействия тест-компонента бензена с метил- и этилэ-таноатом. Это явление обусловлено более сильным взаимодействиеменольной формы этих гомологов сложных эфиров вследствие образованиямежмолекулярной водородной связи. Поэтому зависимость комплексооб-разующей способности сложных эфиров типа алкил-этаноатов от числа С-Н связей превосходно описывается полиномом второй степени ХПТ =0,0086n2 -0,2562n + 2,09; При пероральном пути поступления алкилэтаноа-тов в организм наименее токсичным из исследованных является метилэта-ноат, который разрешен для использования в качестве ароматизирующеговещества для пищевых продуктов. Порог обонятельного ощущения (ПОО)в воздухе метилэтаноата составляет 0,5 мг/м3, порог по привкусу в воде –0,3 мг/дм3. В организме метилэтаноат гидролизуется с образованием мета-нола и уксусной кислоты, но наркозное действие обусловлено преимуще-ственно самим эфиром (lgP 0,18) и в меньшей степени продуктами гидро-лиза, которые имеют показатели гидрофобности для метанола и уксуснойкислоты, равные -0,72; -0,29; соответственно. Неспецифическая токсич-ность незамещенных сложных эфиров одноосновных насыщенных ацик-

312

лических алифатических карбоновых кислот и спиртов зависит от строе-ния радикалов в кислотном и спиртовом фрагментах сложных эфиров. Втаблице представлены данные о неспецифической токсичности алкилме-таноатов, из которых следует, что зависимость логарифма среднесмер-тельной концентрации (мыши, 2час., ингаляция) от числа С-Н связей опи-сывается линейной зависимостью lg LC50 = 0,0688 n + 3,9711; Значениевклада сложноэфирной группы в ингаляционную токсичность для алкил-метаноатов составило 3,9711 (4, 0273 для алкилэтаноатов), а С-Н связи вспиртовом радикале - 0,0688 (0,0727 для алкилэтаноатов) л.е. При перо-ральном пути поступления алкилметаноатов в организм логарифм средне-смертельной концентрации (мг/кг) от числа С-Н связей описывается ли-нейной зависимостью lg LD50 = 0,0569 n + 3,1164; В тоже время значениевклада сложноэфирной группы в пероральную токсичность для алкилэта-ноатов составило 3,0654, а С-Н связи в алкильных радикалах - 0,0684 л.е.Зависимость логарифма пероральной среднесмертельной концентрации отХПТ описывается для алифатических насыщенных ациклических сложныхэфиров одноосновных карбоновых кислот С1-С5 линейной зависимостьюlg LD50 = -0,7264 lgVb/Vc6 + 4,0695. Комплексообразующая способностьсложных эфиров зависит от значения заряда электрофильного центра мо-лекулы, величина которого определяется электронными эффектами алкок-си-группы. При пероральном поступлении сложных эфиров в организмпротекает кислотный гидролиз - процесс, обратный реакции этерифика-ции. Можно предположить, что токсичность сложных эфиров в сущест-венной степени зависит от показателя кислотности карбоновой кислоты(pKa), поскольку ферментативные процессы протекают в определенноминтервале pH, а в кислой области водородного показателя жизнедеятель-ность многих организмов невозможна. Зависимость pKa от lgP описывает-ся для одноосновных карбоновых кислот С1-С10 полиномомpKa = 0,0888 х5 – 0,667 х4 + 1,723 х3 – 1,734 х2 + 0,51x + 4.87; при этом зна-чительное снижение показателя кислотности наблюдается только для пер-вых трех членов гомологического ряда, для других карбоновых кислот на-блюдается увеличение поверхностной активности неионогенного ПАВ в

313

соответствии с правилом Дюкло-Траубе, которое сопровождается мицел-лообразованием для высших жирных карбоновых кислот С11-С20.

В отличие от других сложных эфиров алкилметаноаты являются дос-таточно сильными восстановителями, свойства которых представлены втабл.

ТаблицаТермодинамический и кинетический параметрынеспецифической токсичности алкилэтаноатов

НаименованиеlgP

Порогострого

действия,мг/м3

Летальнаядоза,мг/кг

Летальнаяконцентрация,

мг/м3

метилметаноат 0,03 - - 27000/

этилметаноат 0,30 300 2870/ 24200/

пропилметаноат 0,83 - - -бутилметаноат 1,36 70 - 43500/пентилметаноат 1,89 250 6300/ 14000/

Гомоморфным аналогом метилового эфира ацетоуксусной кислотыявляется метилбутаноат с показателями пероральной токсикометрии, рав-ной 1550мг/кг, ингаляционной токсикометрии (LC5018000мг/м3), мыши 2ч.и коэффициентом распределения октанол – вода, равным 17. В отличие отметилбутаноата МЭАУК существует в двух таутомерных формах: карбо-нильной и енольной, обладающей СН- кислотностью. При взаимодействиисо свободным хлором енольной формы (7,5%)в водной среде образуетсяметил-2-хлор-3-оксобутаноат, с более высокой гидрофобностью (lgР=1.13)и алкилирующим действием. Поэтому пероральная токсичность МЭАУКдля мышей выше (1250мг/кг), чем для метилбутаноата, что можно объяс-нить высокой комплексообразующей способностью к ионам биогенныхметаллов.

Таким образом, определение физических свойств сложных эфиров вводной среде позволяет более достоверно провести их санитарно-эпидемиологическое нормирование.

314

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ БОРА И АЗОТА НАЭЛЕКТРОННУЮ СТРУКТУРУ h-BN

Сержантова М.В.Сибирский федеральный университет

В данной работе проводился расчет вакансий в структуре h-BN, ихэнергий, а также изменениям в электронной структуре соединения, вы-званные присутствием вакансий. Кроме того, изучалось влияние внешнегодавления на стабильность указанных дефектов.

Все расчеты проводились в рамках формализма функционала плот-ности (DFT) с градиентными поправками (PBE) с использованием пакетаVASP. Электрон-ионное взаимодействие было учтено через ультрамягкийпсевдопотенциал Вандербильта с энергией ECUTOFF = 348,1 eV.

Исследование зависимости энергии вакансий от относительного из-менения объема показало, что при уменьшении объема пластины энергиявакансий уменьшается.

С помощью вышеперечисленных методов была проведена качест-венная оценка ширины запрещенной зоны в структурах h-BN, h-BN с де-фектом бора и h-BN с дефектом азота. Вакансии в атомной структуре h-BNприводит к изменению электронной структуры соединения. В интервалеот -3 до 1 eV, в случае дефекта бора, появляется внутреннее состояние(внедренный уровень) в области запрещенной зоны, заполненное электро-нами (т.е. электроны находятся на оборванных связях азота, окружающихдефект). В случае дефекта азота образуется вакантное состояние, образо-ванное вакантными орбиталями атома бора.

Для плоскости h-BN уровень Ферми равен – 2,25 eV, ширина запре-щенной зоны 4,94 eV. При этом данное соединение является непрямозон-ным полупроводником. Для плоскости h-BN с вакансией атома бора уро-вень Ферми равен – 3,07 eV, ширина запрещенной зоны 4,25 eV. Для плос-кости h-BN с дефектом азота уровень Ферми равен – 0,31 eV, ширина за-

315

прещенной зоны 4,58 eV. Расчет показывает, что в данном случае зоннаяструктура соответствует случаю прямозонного полупроводника.

При исследовании зависимостей плотностей состояния от относи-тельного изменения объема пластины было выявлено, что внедренныйуровень при сжатии перемещается к вакантному нижнему уровню или кзаполненному верхнему уровню. В случае дефекта бора внедренный уро-вень при сжатии приближается к заполненному верхнему уровню, а прирасширении – к вакантному нижнему уровню. В случае дефекта азота вне-дренный уровень при сжатии приближается к вакантному нижнему уров-ню, а при расширении – к заполненному верхнему уровню.

ОСОБЕННОСТИ ЛОКАЛЬНОЙ ДЕПАССИВАЦИИАЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 1953Т1 В

ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРАХ,СОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФИД-ИОНЫ

Чижиков В.В., Альхименко А.А., Колесов С.С.,Батурова Л.П., Швецов О.В.

НИОЦ «Везерфорд-Политехник»Санкт-Петербургский государственный


Исследование электрохимического поведения алюминиевого сплава1953Т1 в хлоридных растворах, содержащих сульфид-ионы, проводили сцелью расширения применения сплава как конструкционного материала всредах, характерных для нефтегазовой промышленности. Известно, чтохлорид-ионы при определенных условиях могут нарушать сплошностьпассивных оксидных пленок, вызывая питтинговую коррозию алюминия иалюминиевых сплавов, а сероводород повышать их защитные свойства.

Электрохимические критерии питтингостойкости сплава 1953Т1 оп-ределяли в 3%-ном растворе NaCl в присутствии и в отсутствие сульфид-ионов потенциодинамическим методом снятия анодных поляризационныхкривых со скоростью развертки потенциала 0,1 В∙мин-1. Установлено, что

316

потенциал коррозии Екор сплава 1953Т1 в 3%-ном растворе NaCl составля-ет - 0,5В. При потенциалах Е>Екор наблюдается рост анодного тока, свя-занный с нарушением пассивного состояния сплава и возникновениемпиттингов. Растворение сплава происходит в условиях анодного контроляи на поляризационной кривой появляется область предельного тока. Придобавке 0,1% Na2S потенциал коррозии сплава 1953Т1 смещается в отри-цательную сторону и составляет -0,71В, а на поляризационной кривой винтервале потенциалов -0,71 - -0,52В появляется область пассивации. Приболее положительных потенциалах скорость растворения сплава возраста-ет. Причем вследствие гидролиза Na2S происходит отклонение значениярН раствора от нейтральных значений и анодное растворение сплава при-обретает равномерный характер. Исследование микроструктуры поверх-ности образцов после анодной поляризации подтвердило различный меха-низм растворения сплава 1953Т1 в обоих растворах. В 3%-ном раствореNaCl наблюдаются глубокие питтинги, а добавка Na2S приводит к образо-ванию сглаженной, растравленной поверхности. Таким образом, в присут-ствии сульфид ионов происходит локальное модифицирование дефектовпассивной пленки сплава 1953Т1 и уменьшение степени локализации кор-розионных разрушений.

АКТИВНАЯ КИСЛОТНОСТЬМИНЕРАЛЬНО-ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ПРИ

ГИДРОЛИЗЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ

Школьников Е.В., Манилов А.В.Санкт-Петербургская государственная

лесотехническая академия

Для высокотемпературного гидролиза растительной биомассы с по-лучением этанола, ксилита и кормовых добавок применяют разбавленнуюсерную кислоту, а также фосфорную и уксусную кислоты, минерально-органические кислоты и кислотно-солевые реагенты. Скорость гидролизаполисахаридов значительно зависит от температуры и активной кислотно-сти а(Н+), определяющей водородный показатель рН.

317

Нами теоретически рассчитаны а(Н+) и рН водных растворов0.01М Н2SО4, 0.05М КНSО4, 0.1М Н3РО4, 1М СН3СООН и смешанных кис-лых растворов 0.01М Н2SO4 +1М СН3СООН (1), 0.05М КНSO4 + 1МСН3СООН (11) и 0.1М Н3РО4 +1М СН3СООН (111) при различных темпе-ратурах в интервале 25−1500С. Учитывали температурные зависимостиконстант диссоциации кислот Н2SО4 (К2), Н3РО4 (К1) и СН3СООН (К) поданным Н.М. Николаевой (Новосибирск, 1982), а также влияние темпера-туры и ионной силы электролита на коэффициент активности ионов.

Для расчета рН растворов Н2SО4 и смеси 1 решали уравненияf(SO4

2−)x2 + [Cf(SO42−) + K2]x ─ CK2 = 0, (1)

f2y2 + (f2x + C + K)y ─ KC1 = 0, (2)где x, y − вклад протолиза соответственно HSO4

− и СН3СООН в равновес-ную молярность [H+], С и С1 – молярность Н2SО4 и СН3СООН, f (SO4

2−) и f− коэффициенты активности SO4

2− и однозарядных ионов. Затем находилиактивную кислотность a (H+) = f(H+)∙(C +x +y) и рН = = − lg a (H+). РасчетрН растворов КНSО4 и смеси 11 проводили по уравнениям, аналогичным(1) и (2) при С(Н2SО4) = 0.

Для расчета рН растворов Н3РО4 и смеси 111 решали уравненияf 2x2 + K1x −K1C = 0 , (3)f2y2 + (f2x + K) y − KC1 = 0 , (4)

где x, y – вклад протолиза соответственно Н3РО4 (1 ступень) и СН3СООН ввеличину [H+], С и С1 −молярность соответственно Н3РО4 и СН3СООН.

Рассчитанные значения рН 0.01М Н2SO4, 1М СН3СООН и смеси 1монотонно возрастают соответственно от 1.85, 2.41 и 1.83 при 250С до2.05, 2.81 и 2.03 при 1500С. Водородный показатель рН 0.05М КНSО4,0.1М Н3РО4, смесей 11 и 111 увеличивается соответственно от 1.69, 1.65,1.67 и 1.63 при 250С до 2.44, 1.99, 2.38 и 1.96 при 1500С. Вклад1М СН3СООН в активную кислотность смешанных растворов 1, 11 и 111незначителен и равен соответственно 3 − 8, 4 − 18 и 2 − 4 %.

318

ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТЬ РАСТВОРОВ ХЛОРИДАКАЛИЯ В СИСТЕМЕ ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ-ВОДА

Юркинский В.П., Фирсова Е.Г., Цветова Е.В.Санкт-Петербургский государственный


В продолжение исследований электропроводимости систем спирт–вода в настоящей работе изучена электропроводимость растворов хлоридакалия в системе этиловый спирт – вода с содержанием воды от 10 до50 % об. Исследования проводили в интервале температур 291–323 К.Электропроводимость растворов определяли кондуктометрическим мето-дом. В работе использовалась U-образная электрохимическая ячейка ка-пиллярного типа. В качестве материала электродов применялся никель.Электрическое сопротивление растворов измерялось с помощью автома-тического моста переменного тока Е7-15 на частоте 1 кГц. Нагрев ячейкиосуществлялся со скоростью 15С/час.

С использованием экспериментальных данных была определенаудельная электропроводимость растворов (См/см). В качестве примера втаблице представлены значения удельной электропроводимости в зависи-мости от концентрации хлорида калия и содержания воды в растворе при305 К.

ТаблицаСН2О, % об. СКCl, моль/л

0,004 0,008 0,012 0,016 0,024 0,028104, См/см

10 1,798 3,213 4,372 – – –20 1,948 3,497 4,506 5,551 7,172 7,67630 2,603 4,545 6,347 7,526 10,923 12,03240 2,935 5,324 7,326 8,559 12,334 13,33550 4,132 7,310 10,198 12,990 17,324 19,731Как следует из табл., удельная электропроводимость возрастает как с

увеличением концентрации хлорида калия, так и с ростом содержания во-ды в растворе. При увеличении температуры удельная электропроводи-мость исследованных растворов также возрастала. Так при концентрации

319

хлорида калия 0,012 моль/л и содержании воды 20 % об. в растворе его

составила 0,00035, 0,00045, 0,00057 и 0,00063 См/см при 295, 305, 315 и320 К, соответственно. Установлено, что зависимости = f(T) описывают-ся полиномом второй степени: =А+В1·Т+В2·Т2, а изотермы = f(CKСl)при различных содержаниях воды в растворах линейны и выражаютсяуравнением: =А+В·СКCl.

Полученные результаты могут быть использованы для определениясодержания воды в водно-спиртовых растворах по величине их удельнойэлектропроводимости.

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУВНЕШНИМ ДАВЛЕНИЕМ И МИГРАЦИЕЙ ВАКАНСИЙ В

ГРАФЕНЕНОВЫХ СЛОЯХ

Ананьева Ю.Е.Сибирский федеральный университет,


Производство графена – трудоемкий процесс. Образующие структу-ры обладают дефектами, которые оказывают влияние на свойства мате-риала. Для уменьшения концентрации дефектов либо их локализациипредлагается рассмотрение приложения внешнего давления к структуре.Цель работы заключается в изучении влияния внешнего давления на дви-жение дефектов в графеновых слоях.

Вычисления выполнялись в рамках формализма функционала ло-кальной плотности (DFT) с использованием пакета VASP (Vienna Ab_initioSimulation Package).

Суперячейка имела размерность 4×3 прямоугольных ячейки графе-на, что соответствовало 12.272×12.754 Å. Расчеты проводились с учетомпериодических условий. Для нахождения переходного состояния и потен-циальных барьеров при перескоке вакансии в графене был применен ме-тод упругой ленты (nudged elastic band).

320

Для выявления влияния внешнего давления на движение дефектов вграфеновом слое проводилась расчеты с изменением векторов трансляцииячейки вдоль какого-либо из направлений. Рассматривались структуры суменьшенными и увеличенными векторами трансляции вдоль каждого изнаправлений. Было обнаружено, что энергия дефекта у структур без де-формации составляет 7,914 eV, у структур с деформацией энергия дефектаменьше (6,213-7,829 eV). В ходе работы рассматривались случаи прило-жения давления как параллельно пути движения вакансии так и перпенди-кулярно ему. Энергетический барьер в случае недеформированного графе-на составлял 1,069 eV. При приложении внешнего давления (166.39 кВ) внаправлении параллельном направлению миграции энергия барьерауменьшается (0,063 eV). В случае, когда давление приложено в перпенди-кулярном направлении наблюдается обратная ситуация, энергия барьерасоставляет 1,877 eV.

Попытка отжига дефектной структуры может привести к ее разру-шению либо хаотичному блужданию дефекта. Деформация оказываетвлияние на миграцию дефектов структуре графена. При этом должна на-блюдаться миграция вакансий в область локальной деформации. На осно-вании проведенных расчетов возможно создание метода, позволяющеголокализовать дефекты в структуре графена не прибегая к отжигу.

УРАВНЕНИЯ ИЗОБАРНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ,ЭНТАЛЬПИИ И ЭНТРОПИИ ВЕЩЕСТВ, КАК ФУНКЦИИ

ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ МЕЖДУ СОБОЙ,СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПОЛИНОМОВ

Фёдоров С.В.Санкт-Петербургский государственный


Развитие науки и техники в настоящее время сопровождается всеболее широким использованием методов термодинамического анализа.Успехи, достигнутые в этом направлении, определили пути развитияобычной и атомной энергетики, создание ракетных двигателей, конструк-

321

ционных материалов, нано технологий и совершенствование термодина-мического анализа, соответствующих процессов и накопление данных отермодинамических свойствах веществ. Выбор оптимальных путей ис-пользования сырьевых ресурсов, а так же переработка отходов промыш-ленности и решение многих других проблем не могут быть осуществленыбез предварительных термодинамических исследований. Необходимо, содной стороны дальнейшее изучение (экспериментальное и теоретиче-ское) термодинамических свойств веществ, а с другой – их критическийанализ и оценку достоверности, систематизацию этих данных.

В месте с тем быстрое расширение круга химических соединений,находящих применение в новых отраслях техники привело к тому, что экс-периментальное определение термодинамических параметров различныхвеществ реакций не успевает удовлетворять все возрастающую потреб-ность в новых данных. В этой связи все более широкое применение полу-чают статистические и метода сравнительного расчета, основанного на за-кономерной аналогии термодинамических свойств химических соедине-ний. В работе [1] рассмотрены основные принципы расчета термодинами-ческих функций образования газообразных фаз в их стандартном состоя-нии.

В основе расчета индивидуальных термодинамических свойств ве-ществ лежат термодинамические функции энтропии )(TS o , приведенной

энергии Гиббса )(To , энтальпии )0()( oo HTH , теплоемкости )(TC oP , энер-

гии Гиббса )(TG o , которые могут быть вычислены через статистические

суммы по состояниям молекул (атомов) составляющих изучаемую термо-динамическую систему, а именно [1]

;)(ln)(ln)(T

TQRTNTQRTS o

;)(ln)0()( 2

TTQRTHTH oo

;)(ln)(NTQRTo

322

TTQRT

TTQRTTC o

p

)(ln2)(ln)( 2

22 , (1)

где

kT

PTQ oii

exp)( - сумма по состояниям; Pi – статистический вес

i -го состояния.° - верхний индекс, характеризует функцию образования вещества в

его стандартном состоянии.Согласно статистике Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака энтропия

веществ не зависимо от агрегатного состояния, связана с суммой по со-стояниям функциями [3,4]

i

kTi

iЭБ zkTE

TNS

1ln1 ; (2)

i

kTi

iДФ zkTE

TNS

1ln , (3)

где inN постоянное число частиц системы;

iinE постоянная энергия системы; in числа заполнения соответ-

ствующих энергетических уровней; i энергия i – ой частицы; хими-

ческий потенциал;k – постоянная Больцмана;

i

kTi

iz

1ln1 сумма по состояниям.

Экспериментальное определение термодинамических функций газовпри температурах выше 1000К – задача в настоящее время практическиневыполнимая [1], поэтому вся информация о выше приведенных термо-динамических функциях:

)(TS o ; )(To ; )0()( oo HTH ; )(TC op ; )(TG o

в стандартном состоянии основывается на теоретических расчетах. Термо-динамические функции веществ в конденсированном состоянии, в отличиеот газов, не могут быть вычислены теоретически с достаточной точностью.Несмотря на то, что с развитием вычислительной техники были сняты ог-раничения, обусловленные трудностью расчетов статистических сумм и её

323

производных, возникли другие проблемы, ограничивающие точность вы-числения термодинамических функций, особенно при высоких температу-рах. Поэтому термодинамические свойства многих веществ, при этих тем-пературах изучены недостаточно полно, а для ряда веществ имеющиесяданные либо не надежные, либо совсем неизвестны. Другим недостатком виспользовании статистических принципов расчета термодинамическихсвойств веществ является проблема расходимости статистических сумм посостояниям атомов (молекул) веществ. Эта проблема рассматривалась вомногих работах [1,3,4], однако до настоящего времени не решена. Осново-полагающей термодинамической функцией при изучении процессов теп-лопередачи является энтропия. Важнейшей задачей равновесной термоди-намики является доказательство существования энтропии на основе по-стулатов, отражающих свойства равновесных термодинамических процес-сов, которых, как известно, в реальных условиях не существует, поэтомупроблема доказательства существования энтропии привела к возникнове-нию направления в термодинамике, которое отвергает необходимость до-казательства энтропии с помощью каких либо постулатов. Доказательст-вом существования энтропии предлагается рассматривать опыт, которыйподтверждает все выводы и уравнения, полученные на основе использова-ния аналитического выражения – принципа существования энтропии:

TdSQ (4)

Важным аргументом в пользу фундаментального характера иссле-дуемого уравнения служат вытекающие из него следствия, подтвержден-ные экспериментом. В этой связи в работе [6] рассматривался вопрос опринципиальной необходимости соответствия выведенного [2] уравненияэнтропии

21

232

21 )(

lnln2

Tc

TA

TTA

TA

soS (5)

(А1, А2, А3 – константы; )(Tс - параметр)

фундаментальному соотношению

324

TSTC

oop

, (6)

которое вытекает из феноменологической теории термодинамики, т.е. рас-сматривалось требование получения общего вида функции изобарной теп-лоемкости из (6) посредствам дифференцирования функции (5) по темпе-ратуре. Из результата дифференцирования (5) согласно (6) получили урав-нение изобарной теплоемкости

21

)(2ln3

ln22

211

)(5 2Tc

T

ATT

A

T

A

TcAopC

21

232

21

33

22

21

21

5)(

lnln2

lnlnln1

)(2Tc

TA

TTA

TA

TbT

ATT

TATA

TcA

Tb (7)

где )(Tс есть функция температуры

константыcbaTc

TbaTс

11121

1

11 ,,;)( , (8)

производная, которой по температуре Т выражается зависимостью

Tba

TcacbTb

dTcd

1131

111

2)(

, (9)

где при 1T правая часть равенства (9) с изменением температуры прак-тически остается величиной постоянной, поэтому её можно представить

константаTbdTcd

)( (10)

Преобразуем уравнение (5), т.е. приведем его к виду

21

1 soS , (11)

где

1;1)(lnln 2

3221 Tc

TA

TTA

TA (12)

Разлагая в (11) показатель степени в ряд, функцию энтропии приведем квиду

2

11 2

1

ssoS (13)

325

Представим правую часть функции (13) разложенной в ряд

2112

1

ssoS

1)(

lnln211 2

3221 Tc

TA

TTA

TA

s

)(lnln2

12

3221 Tc

TA

TTA

TA

s

, (14)

где ;

21

1A

A s

;

22

2A

A s

;

23

3A

A s

)(Tc

;2

)(Tcs (15)

Последнее равенство из системы равенств (15) можно рассматриватькак постоянную величину или как функцию температуры. Рассматриваяего как функцию температуры можно его преобразовать к виду

TTT

TTTT

TTTTc ss 1

21

ln

1ln0ln

2ln

21

lnln

2)( 2

T

TT

Ts ln

lnln

21

ln2

,

где ;

2

s

21

2s

4s величины постоянные.

Принимая в (14) ds 21 функцию энтропии в общем виде мож-

но представить в виде полинома

ss

sssso d

TT

Tc

TTb

Ta

S

lnln

lnln 22

(14)`

Продифференцировав равенство (14)` по температуре согласно со-отношению (6) для изобарной теплоемкости вещества вытекает зависи-мость в виде полинома

1212 lnln TTTbTaC ссop ссс dTcT 32 lnln ,(16)

Между коэффициентами полиномов (14)` и (16) имеется взаимозави-симость, которая на основании соотношения (6) находится из преобразо-ваний уравнения (14)`

326

ss

ssss

oop d

TT

Tc

TTb

Ta

TTSTC

lnln

lnln 22

sssss TcTTTTb

Ta

321212 ln2lnlnln

2 (17)

Сопоставляя коэффициенты полинома (17) с коэффициентами поли-нома (16) находим

scscscscsc dccbbaa ;2;;;2 (18)

Соотношения (18) между коэффициентами полиномов существеннооблегчает поиск значений изобарной теплоемкости и энтропии веществ.Однако между коэффициентами полинома для расчета энтальпии и коэф-фициентами полиномов для расчета теплоемкости или энтропии одно-значной связи, подобно (18), между ними нет. Учитывая, что энтальпиявеществ определяется, как сумма интегралов вида

221

2 lnlnln2)0()( TdTT

TTbTdTadTCHTH sssp

oo

TT

TTc

TTb

Ta

dTdTTc sSss

ss ln2lnlnlnln

1lnln2

ln2 3

dTTTcT ss 2

2

ln....ln , (19)

некоторые из которых, берутся бесконечным числом слагаемых, (см. сум-мы в квадратных скобках), что накладывает отпечаток на неоднозначностьсоответствия коэффициентов полинома энтропии (теплоемкости) и эн-тальпии, поэтому коэффициенты полинома энтальпии будем обозначать:

HHHHHH dcba ,,,,, (в расчетных таблицах для простоты написания ин-

дексы при коэффициентах, как правило опускаются). В связи с этим в ра-венстве (19) введем обозначения:

ddcccbbaa HsHsHssHsHsH ;;;;;2 (20)

С учетом (20) полином (19) примет вид

2lnln2lnln

lnln1lnln)0()( TTT

TT

TTb

Ta

HTH HHHoo

HHH dTTTc 2ln

(21)

327

Основные результаты расчетов коэффициентов полиномов энтро-пии, теплоемкости и энтальпии веществ, приведены в табл. 1, 2, 3.

Таблица 1Значение коэффициентов ssssss dcba ,,,,, полинома

мольКДжd

TT

Tc

TTb

Ta

TS ss

sssso

lnln

lnln)( 22

для расчета энтропии простых веществ их оксидов и диоксидов

Со-

еди-

не-

ния

Со-

стоя

ние as bs cs s s ds И

н-те

р-ва

лте

м-пе

ра-

тур

К

Be kp 698288,544 9663,671 -8975,563 43,449 1693,946 -204,543 500-1500

Sr kp -1614797,655 309785,304 -71870,707 -8,079 20577,78 1663,63 200-1000

Ca kp -2781345,136 331687,756 -19976,422 187,433 -3638,3 -2116,3956 200-1100

Mg kp -2218240,889 261051,535 -30411,5195 85,4854 4453,955 -480,752 300-900

Ba kp 3470657,358 -118544,9 -114258,32 -366,297 53069,472 7913,457 200-900

Si kp -156287,72 49118,913 -23853,818 -16,999 8584,832 914,758 500-1600

Ge kp -311968,278 47241,578 -10884,86 22,3 3020,505 48,18 200-1200

Ti kp -1206302,7 195258,08 -38648,56 29,503 9903,805 512,045 300-1000

Zr kp -380924,834 46716,173 3809,92 94,39 -4343,468 -1120,53 300-1000

Th kp -1502423,373 178203,489 -19002,767 77,478 2094,977 -519,285 200-1600

U kp -11269529,11 1255583,783 -134023,202 298,727 18382,14 -1913,223 200-900

Pu kp 23812479,5 -19983086,2 9512515,26 20699,37 -3579730,26 -464575,94 200-600

BeO kp -1346085,22 -12401,586 10358,893 88,432 -4664,812 -1010,753 500-2300

MgO kp -200442,3 193,313 -2020,643 61,396 97,936 -370,21 500-2800

CaO kp -218346,219 453,992 -2800,973 55,442 726,326 -238,92 500-2800

SrO kp 426408,02 7065,15 -6138,007 73,582 852,565 -394,8 500-2900

BaO kp 368630,112 5689,458 -3986,0355 78,06 74,651 -475,434 400-200

SiO2 (кварц) 8898,641 70051,396 -32670,338 86,425 8481,389 74,333 300-800

SiO2 (стекло) 77766,17 616,4629 21289,405 200,9228 -12385,78 -2615,459 400-1900

SiO2(кристобал.) 2359761,38 -165541,815 10012,0414 78,0325 -2214,9 -553,306 600-1900

SiO2 (тридимит) 11785033,828 -589383,226 38593,99 62,132 -7332,2674 -637,315 500-1900

TiO2 kp 2136517,29 -1568291,26 663414,5 1313,667 -238609,21 -25812,7 500-1400

ZrO2 kp -1322475,962 41722,938 16295,564 169,662 -9384,356 -2051,678 500-1400

ThO2 kp 1700308,54 50320,912 -6876,171 90,5274 -1340,408 -869,28 500-3000

UO2 kp 14893567,36 -303229,53 20173,387 223,657 -11637,659 -2666,169 500-3000

GeO2 kp 22025,274 965,494 13753,36 157,526 -7929,469 -1827,976 500-1900

PuO2 kp -2276002,1 -1613795,635 675536,25 1350,126 -242569,79 -30354,87 500-2600

328С

о-ед

и-не

-ни

яС

о-ст

ояни

е as bs cs s s ds Ин-

тер-

вал

тем-

пера

-ту

р К

Ca ж -116300,23 268,8826 72,667 30,847 -7,8659 -124,4752 1200-3000

Ba ж 7205930,26 -355465,5759 17319,237 -23,415 217,152 628,587 1200-3000

Th ж -94774603,92 568088,275 -2767,576 -20,011 4644,485 849,202 2000-3500

U ж -25866886, 1784996,933 -9221,2884 -56,896 7828,2728 1491,9865 1500-3500

BaO газ 220866,57 -16348,605 723,0788 38,971 -193,0814 -5,9018 500-3000

C алмаз -816853,537 117480,86 -18713,389 61,034 2740,15 -380,948 500-3000

Таблица 2Значение коэффициентов ccccc dcba ,,,, полинома

мольКДжdTcTTTTbTaC cccccp

321212 lnlnlnln

для расчета изобарной теплоемкости pC

простых веществ их оксидов и диоксидов

Со-

еди-

не-

ния

Со-

стоя

ние ас bc γc cc dc

Ин-

тер-

вал

тем-

пе-

рату

р,К

CaO кр -6067512,734 169504,93 21,162 -18690,5 87,596 500-2900

BaO кр -17447782,2 90796,7 -19,541 -16706,325 94,97 500-2300

UO2 кр 107784022,3 -10749608,3 -1133426,9 6621971,8 5419,12 500-2000

ThO2 кр -23412630,45 718178,2 129,933 -76432,24 211,163 500-3500

PuO2 кр 22629803,0 2065039,972 -214801,6 1245075,52 1137,01 500-2600

ZrO2 кр 50274475,24 -4633197,3 -466756,53 2743450,26 2252,29 500-1400

SiO2кр,(кварц) 2054049,47 -582533,25 -115685,5 582860,5 836,91 100-500

SiO2 кр -105890864,6 8052713,0 672834,29 -4147652,25 -2664,676 400-800

SiO2 кр 1549485,67 -862304,82 -69350,707 414839,2 391,266 900-1900

Ca кр -1302895,04 -39121,45 -34518,38 152323,54 307,426 200-1100

Th кр 3610149,51 -41766,56 0 -6808,528 56,517 400-2000

Ba кр 20332173,32 -2443752,05 -278724,93 1603717,06 1405,8 200-900

U кр 3540525,81 -1072324,92 -200184,6 1044037,95 1251,742 100-900

Pu кр -40566159,97 7157066,54 1028971,03 -5679613,7 -5454,53 200-600

Zr кр 5588496,7 -759775,986 -102122,97 564989,986 579,92 200-1000

U ж 4365323,01 -863567,75 -91456,924 537150,62 472,138 1500-3500

Ge кр 1130292,248 -178827,216 -24714,548 135792,65 161,397 300-1200

Si кр 1694121,513 -274363,42 -35787,97 199207,66 215,984 300-1600

GeO2 кр -20220937,024 501270,875 -27706,048 74530,946 366,7162 500-1300

Mg кр -2710833,19 158478,72 0,2 26703,68 90,085 300-900

MgO кр 14074466,6 -491986,4325 2024,2 36107,024 -4,2626 200-3000

Sr кр -3197052,511 248046,533 8130,289 -78717,511 66,237 300-800

329

Со-

еди-

не-

ния

Со-

стоя

ние ас bc γc cc dc

Ин-

тер-

вал

тем-

пе-

рату

р,К

ZrO кр -5074518,388 33723,101 -27848,407 128250,419 231,1866 300-2900

Ba ж 16829327,27 -451285,032 -88,893 43830,74 -32,4014 1100-3000

Be кр -857776,55 -295471,224 -58339,236 305434,275 379,36 500-1500

BeO кр -3061129,955 716088,582 -623753,043 114607,94 -572,13 100-500

Ti kp 10299218,068 -1991762,0818 1640236,302 -300628,866 1680,2348 200-1100

TiO2 kp 70454260,389 -6066912,9747 3418774,796 -574812,925 2684,3731 300-2100

Ca ж 7281056,117 -635282,891 359144,885 -60112,799 294,5664 300-2100

Al2O3 kp 93672162,627 -8463688,749 4822072,705 -811678,878 3815,2868 300-2100

Таблица 3Значения коэффициентов HHHHHH dcba ,,,,, полинома

2lnln2lnln

lnln1lnln)0()( TTT

TT

TTb

Ta

HTH HHoo

HHH dTTTc 2ln

для расчета энтальпии простых веществ,

их оксидов и диоксидов

Сое

ди-

нени

я

Сос

то-

яние aH bH

ζH cH H dH

Интервалтемпера-

турК

Be Kp. 3,0911 -0,0435 0,3841 -2,6795 0,109 -3,2898 300-1500Sr Kp. -162,933 -70,487 3,017 0,6529 0,8635 22,241 200-1000Ca Kp. 276,343 -154,735 5,2197 3,9665 0,5711 77,3615 200-1100Mg Kp. -0,07824 -63,9911 2,24505 1,28251 0,2662 29,08278 200-900Ba Kp -8428,814 1198,289 -26,2289 -64,038 -2,0253 -880,121 200-900Si Kp -0,09441 -101,7616 2,26425 5,09147 0,2118 67,8335 500-1600Ge Kp -1,51322 -17,3442 0,48361 0,26993 0,07788 9,3224 200-1200Ti Kp -78,8068 409,05 -10,3734 -25,0885 -0,7826 -241,4876 800-1100Zr Kp -2,7207 -58,98 1,9983 1,1367 0,24175 28,7253 300-1100Th Kp -0,715895 -109,6104 3,404 4,37034 0,3526 55,4258 200-1600U Kp -363634,58 33480,2665 -559,7354 -1778,387 -38,6145 -29488,5597 200-900

BeO Kp -181863,46 7331,1746 -66,689 324,1638 -3,3498 -8535,4804 500-2300MgO Kp -10298,217 0,47662 4,3319 5,652 0,4441 -183,4675 500-2800CaO Kp 20978,66 -1155,2745 13,5013 54,872 -,8629 1213,2725 500-2800SrO Kp -151922,833 7377,274 -78,4025 -348,3464 -4,284 -8086,55 500-2900BaO Kp 1935,64 -1,8334 -0,33714 -3,58035 0,072479 27,745 400-2100SiO2 Kp 95866,999 -9025,2769 153,8445 468,268 11,1084 7871,5928 300-1300SiO2 Kp 65817,3504 -1167,041 6,3657 32,3007 0,40588 1641,1587 1300-1900SiO2 Kp 96,609 -1,1707 0,002659 0,023863 0,08354 -28,3658 2000-3500TiO2 KpZrO2 Kp -6552,183 159,1076 0,32154 -8,4914 0,2174 -246,605 500-1400ThO2 Kp -9816,5542 3,7458 4,8642 4,07295 0,55077 -195,716 500-3100UO2 Kp -70882,874 31,7316 32,45 46,768 2,9518 -1355,1714 500-3600

330С

оеди

-не

ния

Сос

то-

яние aH bH

ζH cH H dH

Интервалтемпера-

турК

GeO2 Kp -45144,9814 2166,9719 -21,42799 -105,092 -0,9951 -2418,9253 500-1300PuO2 Kp 394527,10 -18305,54 192,686 841,546 10,9817 20240,375 500-2000

Pu KpCa ж 0,02415 0,00001 0,00000524 0,000014 -0,00031 7,537 1200-3000Ва ж 13527,18 0,08545 -4,2285 -7,1044 -0,3227 183,701 1200-3000Th ж -2782,646 44,2937 -0,13945 -1,08988 0,042588 -78,9607 2100-3500U ж -78902,86 591,757 4,32 1,6229 0,4602 -1232,9157 1500-3500

BaO газ 266437,688 -12598,46 132,812 585,22 7,468 13890,089 500-3000BaO Кр 1935,64024 -1,83343 -0,337139 -3,580349 0,0724789 27,744831 400-2100BeO Кр -181863,46 7331,1746 66,689 -324,1638 -3,3498 -8535,4804 500-2300SiO2 кварц 95866,999 -9025,2769 153,8445 468,268 11,1084 7871,5928 200-800

В табл. 4-6 приведены результаты расчета теплоемкости, энтропии, иэнтальпии ряда соединений по соответствующим полиномам табл. 1-3 всопоставлении с данными литературных источников [1]; [9-12].

Таблица 4Зависимость изобарной теплоемкости оксидов и диоксидов от

температуры, связанной с уравнением полинома

КмольДжdTcTTTTbTaC cccccp

321212 lnlnlnln

Результаты расчета сопоставлены с данными справочной литературы [1]

kpCaO kpBaO kpUO2 kpThO2 kpPuO2

pС (Дж/моль К)TK

Расчет [1] Расчет [1] Расчет [1] Расчет [1] Расчет [1]500 49,334 49,31 51,802 51,801 76,62 77,295 70,747 70,742 81,745 81,863600 50,928 50,72 53,179 53,201 79,054 79,131 73,682 72,736 84,95 85,254700 51,837 51,654 54,354 54,37 80,314 80,188 75,07 74,238 87,559 87,769800 52,458 52,346 55,394 55,397 80,962 80,988 75,988 75,484 89,706 89,812900 52,944 52,897 56,329 56,323 81,517 81,782 76,795 76,588 91,547 91,5791000 53,363 53,36 57,179 57,171 82,243 82,701 77,609 77,609 93,185 93,1791100 53,743 53,767 57,957 57,954 83,287 83,818 78,462 78,581 94,693 94,6611200 54,0995 54,134 58,673 58,679 84,687 85,18 79,356 79,525 96,118 96,0711300 54,439 54,474 59,336 59,351 86,472 86,815 80,282 80,452 97,472 97,4271400 54,764 54,795 59,951 59,973 88,613 88,74 81,232 81,373 98,792 98,7441500 55,08 55,1 60,525 60,548 91,078 90,969 82,194 82,291 100,082 100,0331600 55,382 55,395 61,062 61,076 93,835 93,51 83,161 83,213 101,35 101,9001700 55,676 55,68 61,566 61,558 96,86 96,37 84,126 84,139 102,603 102,5501800 55,961 55,959 62,04 61,996 100,116 99,553 85,084 85,073 103,842 103,7861900 56,236 56,233 62,487 62,391 103,575 103,063 86,03 86,015 105,07 105,0122000 56,504 56,502 62,91 62,742 107,202 106,903 86,963 86,969 106,285 106,232100 56,764 56,768 63,31 63,049 110,972 111,073 87,88 87,931 107,489 107,4412200 57,015 57,03 63,69 63,314 114,869 115,576 88,78 88,906 108,683 108,446

331

kpCaO kpBaO kpUO2 kpThO2 kpPuO2

pС (Дж/моль К)TK

Расчет [1] Расчет [1] Расчет [1] Расчет [1] Расчет [1]2300 57,259 57,291 64,05 63,516 118,887 120,414 89,66 89,893 109,87 109,8472400 57,495 57,549 Ф.П. 84,000 122,98 125,586 90,523 90,823 111,043 111,0432500 57,725 57,806 127,152 131,094 91,366 91,906 112,207 112,2372600 57,947 58,061 131,385 136,938 92,19 92,932 113,361 113,4272700 58,164 58,315 135,666 143,119 92,995 93,972 Ф.П.(кр-ж) 131,0002800 58,374 58,568 139,191 149,638 93,78 95,0252900 58,578 58,82 144,347 150,494 94,548 96,092

Ф.П.(кр-ж) 84,0003000 148,724 163,686 95,296 97,1733100 153,113 171,22 96,077 98,2693200 Ф.П.(кр-ж) 131,000 96,741 99,3773300 97,438 100,5013400 98,119 101,6393500 98,783 102,7913600 99,432 103,9583700 Ф.П.(кр-ж) 110,000

Таблица 5Зависимость высокотемпературных составляющих энтальпииоксидов простых веществ SrBeCaBa ,,, от температуры,

связанных с уравнением полинома

HHH

HHHoo

dTTTc

TTTT

TT

TbT

aHTH

2

2

ln

lnln2lnlnlnln

1lnln)0()(

Результаты расчета сопоставлены с данными справочной литературы [1]

газBaO kpBaO kpCaO kpBeO kpSrOкДж/моль

TK расчет [1] расчет [1] расчет [1] расчет [1] расчет [1]400 11,162 11,319500 16,008 15,945 20,005 20,005 16,139 16,146 9,461 9,52 18,3937 18,39600 19,706 19,516 25,281 25,258 21,154 21,154 13,105 13,584 23,425 23,521700 23,127 23,127 30,656 30,638 26,256 26,275 17,616 17,947 28,815 28,789800 26,732 26,792 36,135 36,127 31,441 31,475 22,395 22,52 34,315 34,174900 30,355 30,472 41,715 41,714 36,694 36,739 27,247 27,242 39,865 39,6611000 34,047 34,17 47,387 47,389 42,004 42,053 32,127 32,07 45,467 45,2491100 37,782 37,883 53,144 53,146 47,36 47,41 37,036 36,98 51,134 50,9231200 41,539 41,608 58,979 58,978 52,756 52,805 41,991 41,958 56,875 56,681300 45,304 45,343 64,883 64,88 58,187 58,236 47,007 47,001 62,696 62,5161400 49,068 49,087 70,851 70,847 63,65 63,699 52,1105 52,112 68,60 68,4261500 52,825 52,839 76,878 76,873 69,142 69,194 57,284 57,301 74,587 74,406

332

1600 56,58 56,597 82,958 82,965 74,664 74,719 62,5617 62,577 80,649 80,4921700 60,33 60,363 89,088 89,087 80,213 80,273 67,941 67,952 86,783 86,5621800 64,084 64,138 95,263 95,265 85,789 85,855 73,425 73,435 92,982 92,7311900 67,868 67,921 101,481 101,484 91,393 91,464 79,01 79,031 99,235 98,9572000 71,623 71,716 107,738 107,741 97,017 97,101 84,6977 84,737 105,54 105,242100 75,42 75,524 114,032 114,031 102,67 102,77 90,487 90,543 111,89 111,562200 79,24 79,35 120,36 120,35 108,36 108,45 96,373 96,427 118,27 117,942300 83,098 83,198 Ф.П. (кр.-ж.) 114,08 114,17 102,351 102,35 124,67 124,362400 86,99 87,074 119,81 119,01 108,42 108,45 131,09 130,912500 90,928 90,984 125,58 125,68 114,58 114,05 137,53 137,312600 94,916 94,934 131,37 131,47 120,811* 119,65 143,98 143,842700 98,96 98,936 137,198 137,29 127,122* 125,25 150,42 150,392800 103,063 102,995 143,05 143,14 133,509* 130,85 156,86 156,992900 107,234 107,12 Ф.П. (кр.-ж.) Ф.П. (кр.-ж.) 163,27 163,593000 111,476 111,332 Ф.П. (кр.-ж.)

- не учтены высокотемпературные составляющие энтальпииполиморфных превращений вещества.

Ф.П. (кр-ж) – фазовый переходИспользуя данные литературных источников [1] нашли коэффици-

енты уравнения (16) для расчета изобарной теплоемкости ортосиликатамагния 42SiOMg в предположении, что )(Tc constd

1,112137428657532 242, TC o

SiOMgp 121ln TLnTT

мольК

ДжT 152,466ln291,148110 3 (22)

Результаты расчета по уравнению (22) полностью согласуются с дан-ными литературных источников [1] (см. табл. 6).

Таблица 6Температурная зависимость функции образования изобарной

теплоемкости оксидных соединений.Сравнение с данными справочника [1].

Расчет по уравнению (7) с учетом коэффициентов табл. 7)(TC o

p Дж/ (моль К)ТК

kpSiOMg

,42 kpBeO

kpMgO

kpSiO

,2

расчет [1] расчет [1] расчет [1] расчет [1]100 15,377 15,69200 32,8 32,64300 44,443 44,719400 144,41 145,047 43,253 42,769 53,09 53,422500 152,69 152,43 45,713 45,56 62,247 60,585

333

)(TC op Дж/ (моль К)

ТК

kpSiOMg

,42 kpBeO

kpMgO

kpSiO

,2

600 157,9 157,9 42,61 42,609 47,319 47,301700 162,772 162,478 44,734 44,801 48,5 48,517800 166,58 166,58 46,346 46,557 49,433 49,464900 170,64 170,406 47,613 47,806 50,207 50,224

1000 174,06 174,06 48,635 48,724 50,867 50,8691100 177,85 177,602 49,476 49,453 51,443 51,4361200 181,09 181,07 50,178 50,103 51,952 51,951300 184,7 184,48 50,771 50,759 52,4073 52,431400 187,81 187,85 51,278 51,48 52,817 52,891500 191,28 191,351 51,713 52,302 53,188 53,3411600 194,27 194,518 52,09 53,239 53,526 53,793

Уравнение энтропии (5) не связано в явной форме с суммой состоя-ний и, следовательно, не связано с понятием расходимости рядов, что сни-мает необходимость дополнительного анализа результатов расчета на по-грешность, связанной со сходимостью ряда при учете зависимости инди-видуальных термодинамических свойств веществ от температуры. Урав-нение (5), найденное на базе экспериментальных данных даже на узкоминтервале температур дает хорошее согласие в области экстраполяцион-ных значений.

Предложенный метод расчета термодинамических характеристиквеществ на базе уравнений (5), (7) отличается от общепринятых методовсвоей простотой и не нуждается в большинстве случаев в использованиифункций Шомейта [7]

21

111 )()()()(

TT

TTTTCTHTHTF

op

oo

(23)

для согласования данных по энтальпии и теплоемкости, полученных поданным эксперимента при высоких и низких температурах. В связи с этимнет необходимости использовать аппроксимационных уравнений четырехтипов для определения их коэффициентов

,)( BTATF 2)( СTBTATF

32)( DTСTBTATF 432)( ETDTСTBTATF , (24)

334

которые позволяют рассчитать коэффициенты уравнения, предложенногоМейером и Келли [8] или полиномов вида

22)( TdTcTbaTC ор

322)( TeTdTcTbaTC оp

4322)( TfTeTdTcTbaTC оp (25)

с использованием дополнительных соотношений,,32,2, 1

2111 ATcgTfTCegTDfEg

31

211 432 gTfTeTBb

,5432)( 41

31

2111 gTfTeTAbTTCa o

p

,4322)( 51

41

31

2111 gTfTeTbTATTCd o

p (26)

Из уравнений (24) – (26) видим, что для согласования эксперимен-тальных данных вводится большое число расчетных величин, что услож-няет обработку экспериментального материала. В предложенном методенастоящей работы, как правило, используется при обработке эксперимен-тального материала сравнительно меньшее число искомых постоянных ве-личин.

Надежность уравнений (5), (7) подтверждена расчетами, приведен-ными в табл. 6-8, которые согласуются с экспериментальными даннымилитературных источников [1,9-12]. Из преобразований уравнения (5) нахо-дим функцию

;

21

2452ln

3ln

2221

4кмоль

ДжSAA

T

ATT

A

T

A

Ao

(27)

значения коэффициентов 54321 ,,,, AAAAA которой отражены в табл. 7.

Таблица 7Значения коэффициентов 54321 ,,,, AAAAA

функции (27) энтропии оксидных соединений№ Веще-

ство4A 1A 22A 3A 4A 5A 2

45 AA

=cTKTKT 1

1 BeOkp 5,0405·10-6 - 971090 2·161,3678 - 3929,41 - 12,198 200,78 349,571 300 – 23002 ZnOkp 78,658 141434,65 2·28,651 - 94,0635 4,3651 - 17,1619 1,89224 600 – 16003 MgOkp 32463,866 93596,79 2·7,1 1088,759 10,3879 - 95,381 12,5272 200 – 30004 SiO2,kp 91,6158 - 32227,3 2·3374,261 - 208,27 4,517604 - 16,9775 3,434133 100 – 5005 SiO2,kp 150,885 - 195077 2·5128,52 -168,2076 5,0165 - 22,868 2,2974 900 – 2000

335

№ Веще-ство

4A 1A 22A 3A 4A 5A 245 AA

=cTKTKT 1

6 SiO2,kp 22355,529 - 1328372 2·30456,04 - 238,646 10,01483 - 74,9066 25,39 400 – 10007 GeO2,kp 235,7457 89786,413 2·2161,377 - 7,6161 5,462754 - 29,9389 -0,09727 300 – 13008 TiO2,kp 1,6240·1030 -145999,6 -2·604,0672 12247,971 69,563 - 910,044 3928,965 400 – 14009 Zn2TiO4 2,3909 225794,35 2· 16,97 - 985 0,87166 44,3348 45,09454 400 – 2000

10 Be2SiO4 4,0139·10-8 -345046,2 -2· 1216,82 -5243,522 -17,0309 326,0725 616,0934 300 – 180011 Mg2SiO4 2456,5473 241583,99 2· 11,2188 372,2531 7,80651 - 64,226 -3,28394 400 – 2000

Таблица 8Значения энтропии оксидных соединений,

рассчитанных по уравнению (27) в сопоставлении сданными литературных источников [1, 10-12],

согласно коэффициентам табл. 7SiO2,kp GeO2,kp TiO2,kp Zn2TiO4,kp Be2SiO4,kp

oS [1] oS [1] oS [1] oS [9-11] oS [9-11]TK

Дж/моль К200 20,54 22,502300 43,748 41,746 39,488 39,71 64,37 64,22400 56,084 55,743 56,209 56,243 188,635 185,9 97,11 96,052500 68,504 68,5 70,539 70,519 221,337 218,467 125,965 123,487600 79,93 79,929 82,9 82,872 94,004 94,00 251,05 251,034 151,821 150,922700 90,116 90,118 93,707 93,671 104,507 104,543 277,77 276,464 175,118 173,665800 99,084 99,662

ф.п.103,293 103,247 113,912 113,916 301,886 301,894 196,261 196,407

900 106,95 108,832 111,913 111,857 122,42 122,371 323,764 322,761 215,586 215,4221000 119,76 119,696 130,18 130,09 343,722 343,628 233,362 234,4371100 126,983 126,91 137,309 137,206 362,0311 361,23 249,808 250,5071200 133,702 133,616 143,899 143,818 378,916 378,833 265,106 266,5771300 140,011 139,903

ф.п.150,022 150,006 394,558 393,944 279,387 279,939

1400 155,739 155,829 409,116 409,056 292,785 294,2721500 161,983 161,137 422,713 422,22 305,396 306,4661600 166,14 166,57 435,464 435,388 317,303 318,572

Приведем уравнение (5) к виду

cTS so 2

)ln()(ln

TTAA

TTA

TA

TTAA

TA

ln2

ln2

lnln2 312

2331

21 (28)

из которого вытекает

336

232

212

lnln2

)(lnT

ATT

ATATS o

2)ln()ln()(ln2 ccTS sso (29)

или

42

32

212

lnln2

)(ln AT

ATT

ATATS o , (30)

где cTSA s

o)4 ln()(ln2

2)ln( cs (31)

На базе уравнения (29), рассматривая систему четырех линейныхуравнений, находим значения величин 4,321 ,, AAAA . В равенстве (31) вве-

дем заменуxcs )ln( (32)

получим 0)(ln2 4

2 AxTSx o (33)

откуда

2

4)(ln4)(ln2 42

2,1ATSTS

xoo

(34)

Подставляя х1,2 в (32), имеем cx s )ln(2,1 илиcx

s 2,1)( (35)

Принимая в (35) )(;2,1 Tncbax , получим

)()( Tns b

a (36)

Произведение второго и третьего сомножителя в уравнении (7) длятеплоемкости в принципе можно принять равным единице. Тогда уравне-ние (7) примет вид

21

)(5 TcAopC (37)

правая часть которого при соответствующих преобразованиях, может бытьсведена к правой части равенства (36). Полагая в (37)

337

baTnTcA ln)()( 2

1

5 ,

имеем

Tnops b

aC .

Следовательно, левая часть равенства (37) и правая часть равенства (36)тождественно равны между собой, и можно записать

)(Tnop b

aC (38)

или

)(1)(

Tnba

baC Tno

p

)()(11 Tnba

Tnb

b

a

,

откуда вытекает

)(TnbaC p

, (39)

где21

1

11)(

Tc

TbaTn ; constcbaba 111 ,,,, (40)

Проанализируем частный случай равенства (40), для которого можнозаписать

Tc

Tban

TcTban

1

11

1

11 ;0

1

1121

1

1

1

1

1

1

1

1

/1

1

1

cT

baT

ca

cT

Tab

ca

2

1

1

1

ca , (41)

где ;1;12

21

1 TT

TT

121

11 ; cT

ba

T , причем 1 и 2 можно отождест-

вить с КПД тепловой машины.Преобразуя уравнение (39) с учетом правой части равенства (41), на-

ходим

338

21

12

1

ac

bca

p(42)

Известно, что термический коэффициент КПД равновесного циклаКарно не зависит от природы рабочего тела, а зависит только от темпера-тур источников тепла: ),( 21 ttftk [13]. Выбрав, например, в качестве ра-

бочего тела электронный газ, изобарная теплоемкость которого не зависитот температуры, необходимо в равенстве (42) коэффициент при 2 при-

нять равным единице. Из этого вытекает

const

bca

aС op

1

1

и 21 (43)

Принимая2

11 1

QQ

и2

12 1

TT

, и, согласно второго равенства (43), нахо-

дим

2

2

1

1

TQ

TQ

(44)

Последнее равенство отражает свойство образования энтропии в ин-тегральной форме, что не противоречит равенству (4), отражающему обра-зование энтропии в дифференциальной форме.

Заключение: дан вывод уравнения изобарной теплоемкости веществв параметрической форме; дан вывод уравнений полиномов для расчетаэнтропии, теплоемкости и энтальпии веществ и рассмотрено следствиевытекающие из уравнения изобарной теплоемкости в параметрическойформе. Показано однозначное соответствие расчетных данных энтропии итеплоемкости по уравнениям (5), (7) и аналогичных величин, рассчитан-ных на базе соответствующих полиномов.

Литература:1. Глушко В.П., Гуревич Л.В., Бергман Г.А. и др. Термодинамиче-

ские свойства индивидуальных веществ. М. – Наука, 1978. т. I. 496 с.2. Федоров С.В. Вывод уравнения энтропии веществ как функции

отношений сумм состояний и температуры. Материалы XVII Междуна-

339

родной научно-методической конференции. Т. 2. СПб.: изд. СПбГПУ,2010. C. 56-63.

3. Семенченко В.К. Избранные главы теоретической физики. Изд.«Просвещение» М. 1966. 396 c.

4. Маделунг О. Теория твердого тела. М. – Наука, 1980. 416 с.5. Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика. Статистическая физи-

ка и кинетика. М. – Наука. 1977. 552 c.6. Федоров С.В. Новые принципы расчета функций образования тер-

модинамических свойств веществ. Материалы XV Международной науч-но-методической конференции. Т. I. СПб.: изд. СПбГПУ, 2008. С. 303-329.

7. Shomate C.H. – “Amer/ Chem/ Soc.”, 1944, 66, 928.8. Maier C.G., Kelley K.K. – “Amer. Chem. Soc.”, 1932, 54, 3243.9. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике хи-

мических реакций. 2-ое изд., испр. и доп. М., «Химия». 1975. 536 с.10. Никольский Б.П., Григоров О.Н., Позин М.Е. и др. Справочник

Химика. Т. I. Изд. «Химия» Ленинградское отделение.1971. 1071 с.11. Рябин В.А., Остроумов М.А., Свит Т.Ф. Термодинамические

свойства веществ. Справочник. Л., «Химия», 1977. 392 с.12. Гороновский И.Г., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий спра-

вочник по химии. Изд. «Наука думка» 1987. 830 с.13. Исаев С.И. Курс химической термодинамики. М., «Машино-

строение». 1975. 256 с.14. Федоров С.В. Характерные особенности расчета изобарной теп-

лоемкости и энтропии простых веществ. Материалы XII Международнойнаучно-методической конференции. Т. I. СПб.: изд. СПбГПУ, 2005. С. 294-299.

15. Свелин Р.А. Термодинамика твердого состояния. Изд. «Метал-лургия» М. 1968. 316 с.

16. Эткинс П. Физическая химия. Т. I. Изд. «Мир» М. 1980. 584 с.

340

ИССЛЕДОВАНИЕ НАТИВНОЙ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ МЕТОДОМ ЭСДО

Нечипоренко А.П., Орехова С.М.Санкт-Петербургский государственный университет

низкотемпературных и пищевых технологийНечипоренко У.Ю.

Независимая лаборатория ООО «ИНВИТРО СПб»

Все ингредиенты животной ткани, представляющей собой много-компонентный комплекс сложных химических веществ, в процессе пере-работки, хранения, замораживания и т.д. подвергаются биохимическим ифизико-химическим превращениям, которые всегда начинаются с поверх-ности и, развиваясь вглубь, изменяют структуру, состав, вкус, цвет и запахпродуктов. Высокая чувствительность спектральных методов позволяетзарегистрировать их на самых ранних этапах, а также проследить характери приоритетность в отношении, например, основных компонентов.

В данной работе методом электронной спектроскопии диффузногоотражения исследовалась поверхность образцов реструктурированноймышечной ткани говядины, свинины, баранины, куры разной дисперсно-сти и ее ориентированных срезов, подвергнутая различным видам обра-ботки: водная, водно-солевая, щелочная, эфирно-спиртовая, низкотемпе-ратурная, микробиальная.

Экстракция водорастворимых веществ саркоплазмы приводит к сни-жению поглощения практически во всем исследуемом интервале длинволн (200-750 нм). Анализ спектров поверхности ориентированных срезовмышечной ткани показал различие в качественном и количественном со-ставе функциональных группировок в зависимости, как от направленностисреза, так и от природы образца.

Удаление щелочной обработкой мукополисахаридов стромы сопро-вождается исчезновением из спектров стабильной интенсивной и четкодифференцированной полосы с максимумом в области 420 нм. Структури-рованная полоса с максимумами при 340 и 360 нм уходит после эфирно-спиртовой экстракция липидных компонентов мышечного волокна.

341

Исследование образцов, подвергнутых замораживанию в течение 1-3 месяцев при -18оС показало, что биохимические процессы при отрица-тельных температурах продолжаются под воздействием, как собственныхтканевых ферментов, так и ферментов, продуцируемых микроорганизма-ми, хотя скорость их существенно замедляется.

Микробиальные процессы на ранних стадиях экспозиции вызываютснижение поглощения в области поглощения углеводов и пигментногобелка, что указывает на их предпочтительную утилизацию микроорганиз-мами.

ПРОБЛЕМЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙСОСТОЯНИЯ СИСТЕМ БИОМЕДИЦИНСКИХ НАНОЧАСТИЦ

Безрукова А.Г., Власова О.Л., Галактионова А.А.Санкт-Петербургский государственный


Нанобиотехнология - дисциплина будущего, которая после инфор-мационных технологий возьмёт на себя роль двигателя экономики. Прак-тически во всех биотехнологических исследованиях обязательными со-ставными частями являются характеристика и контроль состояния исполь-зуемых систем (дисперсий) нано- и микро- частиц. В настоящее время ве-дущие мировые компании в этой области («Malvern», «Wyatt», «Nanosight»и другие) стараются расширить ассортимент приборов, позволяющих ха-рактеризовать наночастицы. Задача фирм – продвигать свой продукт впромышленность, медицину, а не освещать возникающие научные про-блемы. Так, в Великобритании компания «Malvern» пользуется государст-венной поддержкой, но в то же время правительство выделяет значитель-ные средства на создание научно-исследовательских центров при универ-ситетах, оснащенных современным оборудованием для характеристикинаночастиц. Биотехнологические компании обращаются в такие центрыили лаборатории при факультетах (пример - Технологический университетВены) с целью разработки многопараметрических средств-датчиков кон-

342

троля технологических процессов с обратной связью. На пути созданиятаких средств возникает целый ряд проблем, требующих фундаменталь-ных исследований. Дело в том, что практически все реальные биомеди-цинские и природные дисперсные системы микро- и нано- частиц полимо-дальны, неоднородны по составу - являются взаимодействующими смеся-ми, состояние которых необходимо контролировать в данный момент вре-мени при данных условиях (мониторинг). Более того, системы специфич-ны и для каждой системы необходимо разрабатывать свои методики кон-троля, опираясь на фундаментальные закономерности существования дис-персных систем и их взаимодействия с электромагнитным полем, что тре-бует новых подходов. Например, это может быть осуществлено с помо-щью разрабатываемого нами инновационного подхода, основанного намногопараметрическом оптическом анализе биомедицинских дисперсныхсистем, содержащих микро- и нано- частицы [1-3 ].

Литература:1. A.G. Bezrukova, Proceedings of SPIE, V.3107 (1997), pp. 298-304.2. O.L. Vlasova, A.G. Bezrukova, Proceedings of SPIE, V.5127(2003),

154-158.3. A.G. Bezrukova, Proceedings of SPIE, V.7377 (2009), pp. 73770B-1 –

73770B-6.

РАДИОЛИЗ РЕСТРУКТУРИРОВАННОЙ МЫШЕЧНОЙТКАНИ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Васильева И.В.ООО «Инженерно - Технологический Центр «РАДИАНТ»

Нечипоренко У.Ю.Независимая лаборатория ООО «ИНВИТРО СПб»

Нечипоренко А.П., Орехова С.М.Санкт-Петербургский государственный университет


Одной из современных технологий, позволяющих продлить жизньпищевым продуктам, является стерилизация их под воздействием ионизи-

343

рующих излучений (-, -). В данной работе методами электронной спек-троскопии диффузного отражения (ЭСДО), рН-метрии и микроскопиимикрофлоры исследовали влияние электронно-лучевой обработки (погло-щенная доза варьировалась от 1,25 до 5,0 Мрад) на физико-химическиесвойства поверхности интактных и подвергнутых водной экстракции об-разцов реструктурированной скелетной поперечнополосатой мышечнойткани говядины, свинины и куры.

Известно, что при воздействии любого вида ионизирующего излуче-ния на пищевое сырье и продукты его переработки наблюдается измене-ние кислотно-основных свойств поверхности. Исследования показали, чтонезависимо от природы образца, но в зависимости от поглощенной дозы,облучение приводит к изменению рН водной вытяжки, как интактной мы-шечной ткани, так и мышечного волокна. Однако характер этих измененийв пострадиационный период при хранении в герметичной упаковке разли-чен.

Методом ЭСДО показано, что радиолизом в той или иной мере за-тронуты все основные компоненты саркоплазмы и частично мышечноговолокна. При этом изменяются влагоудерживающая способность и конси-стенция образцов обеих серий, обусловленные разрушением белков аль-буминовой фракции и образованием внутри- и межмолекулярных связейбелковых структур мышечного волокна.

Микроскопическое исследование поверхности образцов позволилоотметить заметное снижение их общей обсеменённости после облучения,симбатное или антибатное, в зависимости от вида, изменение количествамикроорганизмов или их полное исчезновение при варьировании дозы об-лучения, что коррелирует с показателем кислотности поверхности образ-цов. Через пять недель хранения при +4оС в обеих сериях образцов не за-мечено признаков микробиальной порчи. Отмечено ингибирующее иинактивационное воздействие лучистой энергии на наблюдаемую микро-флору по сравнению контрольными образцами, у которых признаки нача-ла микробиальной порчи появились уже на третий день.

344

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯГАЗОМЕТАБОЛИТНОЙ ДИАГНОСТИКИ

Грызунов В.В., Тесля А.Б.,Санкт-Петербургский государственный

политехнический университетКузьмин А.Г.

Институт аналитического приборостроения РАН

За последнее десятилетие существенно возросла заболеваемость сре-ди детей, подростков, позволившая некоторым исследователям говорить офеномене «больного поколения». Прогрессирующий рост хронических за-болеваний и полиморбидность определили приоритетные направленияразвития медицинской науки, одно из которых связано с разработкой, раз-витием, внедрением и совершенствованием новых высокотехнологичныхдиагностических (неинвазивных) методов детектирования маркеров вовдыхаемом и выдыхаемом воздухе для проведения мониторинга состоянияздоровья. Развитие технологии неинвазивного диагностического методаосновывается на следующих положениях:

- реализация адаптивной программы формирует перестройку функ-ционирования иерархически соподчиненных кислородтранспортных сис-тем, отражающих степень напряжения регуляторных механизмов;

- степень напряжения регуляции является важнейшим показателемнадежности функционирования организма и риска срыва приспособитель-ных механизмов;

- закономерности развития физиологических, патологических про-цессов, индуцируют появление газометаболитных соединений в выдыхае-мом воздухе, которые являются маркерами диагностики.

Реализация указанных положений предопределила необходимостьразработки технологической архитектуры газоанализатора вдыхаемого ивыдыхаемого воздуха. На основании анализа вдыхаемого и выдыхаемогогазового состава воздуха формируется индивидуальный кислородный иметаболический портрет (паттерн), позволяющий оценить риски срываадаптационных механизмов, развития патологических процессов. По сути,

345

речь идет о дальнейшем развитии нового направления в медицине - хемо-сенсорной функциональной (неинвазивной) диагностики. Таким образом,необходимость и целесообразность развития нового направления в функ-циональной диагностике, основанного на идентификации летучих марке-ров во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе, подтверждает необходимость иперспективность разработки газометаболитного анализатора с расширен-ными возможностями, а предварительные расчеты показали его экономи-ческую эффективность от внедрения в медицинскую практику.

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ МЕТОД ИЗУЧЕНИЯФОТОПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

ОБРАЗЦОВ ГРЕЧИХИ

Кошкин В.А., Романова О.И.Государственный научный центр РФ,

Всероссийский научно-исследовательский институтрастениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР), РАСХН,

Санкт-Петербург, Россия

Исследования по адаптации растений к свету, особенно адаптивногозначения фотопериодизма были организованы в ВИРе известными рос-сийскими физиологами В.И. Разумовым и Б.С. Мошковым около 80 летназад. В самых первых работах по фотопериодизму растений было пока-зано, что фотопериодическое воздействие на растения определяет не толь-ко скорость зацветания растений, но непосредственно влияет на ряд фи-зиологических процессов: рост древесных пород, клубней и корней, явле-ния листопада, укоренения черенков, формирования клубеньков на корняхбобовых растений.

Сама принадлежность к растениям длинного и короткого дня, а так-же фотопериодическая чувствительность зависят от географического про-исхождения растений. Однако, согласно исследованиямВ.В. Скрипчинского (1971) любой таксон может иметь биотипы, разли-чающиеся по степени и знаку своего фотопериодического ответа. Это по-

346

ложение используется в ВИРе при выделении источников слабой фотопе-риодической чувствительности (ФПЧ). Слабая ФПЧ считается важнымсвойством современных, широко адаптированных к условиям среды сор-тов со стабильной высокой продуктивностью.

В ВИР разработан метод изучения ФПЧ длиннодневных растений, ис успехом впоследствии применен на пшенице – созданы изогенные линиипо генам Ppd, контролирующих разную степень ФПЧ. (Мережко и др.2001). Метод базируется на явлении фотопериодической индукции, опи-санном С.А. Эгизом в 1928 году.

Растения выращиваются в условиях короткого дня (до появленияколоса из влагалища флагового листа) и проводится отбор из гибриднойпопуляции ранне - и позднее - выколосившихся растений, которые диффе-ренцируют соответственно как скороспелые слабочувствительные и позд-неспелые сильночувствительные к фотопериоду формы (па-тент РФ № 2065697). Для оценки коллекционных образцов на ФПЧ пред-ложен коэффициент фотопериодической чувствительности (КФпч): длядлиннодневных растений:

КФПЧ=Т2/ Т1, где Т1 и Т2 - продолжительность периода всходы-

колошение (цветение) у растений, выращенных соответственно в услови-ях длинного и короткого дня (Кошкин и др. 1994). Этот коэффициент по-зволяет ранжировать генотипы по ФПЧ, по сравнению с показателемзадержки колошения (цветения) на неблагоприятном дне он мало из-меняется по годам. Метод не требует больших затрат, так как выращива-ние растений в вегетационном опыте производится при естественном ос-вещении.

По этой методике изучили более 180 образцов короткодневной куль-туры – гречихи, представляющие основные регионы ее возделывания вмире. Поскольку растение гречихи характеризуется габитусом, отличнымот злаковых культур, то цветение определяли по распусканию первыхцветков на нижнем соцветии главного стебля и воздействие короткимднем проводили в период от всходов до начала цветения. В формулу такжепришлось ввести изменения, так как гречиха короткодневная культура:КФПЧ

=Т1/ Т2. Образцы гречихи, задерживавшие цветение на 1-2 дня под

347

влиянием длинного дня (по сравнению с коротким) и имевшиеКФПЧ = 1,0 - 1.05 характеризовались как слабо чувствительные.

Не имеет значение способ и место высева образцов, важно соблюститри условия. Первое условие – надежная имитация короткого дня, светлюбой интенсивности не должен проникать к растению в “ночной период”Второе – растения на длинном и коротком дне должны находиться в оди-наковых условиях по температуре и влажности. Третье – смена дня и ночина коротком дне должна происходить на протяжении всего опыта в одно итоже время. Соблюдая все эти условия, опыт возможно проводить в полена больших площадях, используя черный Лутрасил плотностью 40 г/м втри сложения для короткого дня и для длинного дня на ночной период –белый лутрасил 40 г/м в одно сложение. При наличии вегетационных па-вильонов, проводится несколько менее масштабное изучение, но позво-ляющее исследователю работать в черте города. Растения выращивают всосудах и с момента всходов на “ночной период” перемещают в павильон(длинный день) или затемненный павильон (короткий день). Авторы отра-ботали оба эти способа создания короткого дня и считают их одинаковонадежными. Получены данные, позволяющие дифференцировать образцыпо степени ФПЧ, а использование коэффициента делает возможным срав-нивать результаты разных лет изучения. Корректность сведения данныхподтверждена хорошо воспроизводимыми значениями сорта-стандарта,высевавшегося каждый год вместе с новым набором образцов.

Результаты апробации метода опубликованы в каталоге и двух стать-ях (В.А. Кошкин, О.И. Романова, И.И. Матвиенко. Каталог-мировойколлекции ВИР. Гречиха. Характеристика образцов по фотопериодиче-ской чувствительности. Вып. 763. Петербург, ВИР, 2005; Romanova O.I.Northern populations of tartary buckwheat with respect to day length. Proc. ofthe 9th. International Symp. оn Buckwheat. Prague, Czech Republic, 2004;В.А. Кошкин, О.И. Романова, И.И. Матвиенко .Фотопериодическая чув-ствительность гречихи различного географического происхождения. Ма-териалы 6 Междунар. симпозиума "Новые и нетрадиционные растения иперспективы их практического использования. М, Пущино, 2005.

348

МЕЖНЕЙРОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ВВЕГЕТАТИВНЫХ НЕРВНЫХ СПЛЕТЕНИЯХ

Пестерева Н.А.Санкт-Петербургский государственный


В зависимости от типа передачи сигнальной информации в вегета-тивных сплетениях кишки выявлены электрические, химические и сме-шанные межнейронные синапсы. Морфологическим эквивалентом элек-трических синаптических окончаний являются щелевидные и плотныеконтакты с двусторонним проведением импульса. В щелевидных кон-тактах противолежащие мембраны были ровными, межсинаптиче-ская щель не превышала 2 нм. В конвергентных и дивергентных ком-плексах нейропиля интрамуральных вегетативных узлов большая частьсинаптических контактов также щелевидная. В химических синаптиче-ских окончаниях в передаче импульса участвуют медиаторы, ацетилхолини норардреналин, аденозинтрифосфорная кислота, и модуляторы: энтеро-токсин (болевых ощущений), соматостатин (гормон роста) и мн. др.

Для смешанных синапсов характерен двойной механизм передачиимпульса: химический и электрический. В области активных зон химиче-ской передачи, участки пресинаптической и постсинаптической мембранимели значительную длину, неровные контуры. В части синаптическогоокончания с электрическим типом передачи импульсов крупные ми-тохондрии с плотным матриксом изолировали пресинаптическую зону,плотно прилегая к пресинаптической мембране. Митохондрии, связываяСа+2,уменыпают его количество в области синаптических окончаний. Врезультате этого повышается проницаемость щелевидных и десмосо-моподобных контактов.

Передача импульсов от симпатических нейронов спинного мозга кгладким мышечным клеткам оболочек органа и его сосудам осуществля-ется благодаря химическим синапсам. Аксоны адренергических нейро-нов, как показали специальные методики, имеют варикозные расшире-ния, содержащие синаптические пузырьки с нейромедиатором норадре-

349

налином. Медиатор варикозных расширений может выделяться по ходуаксона к «рабочим» клеткам. В результате норадреналин секретируетсяв межклеточную жидкость органа, ответная реакция тканей органа вэтом случае не локальная, ограниченная синаптическим окончанием,а более генерализованная. Импульсы от моторных симпатических ней-ронов быстро и одновременно передаются к слоям мышечной оболоч-ки значительных частей кишки и её сосудам, поскольку между миоци-тами органа существуют мио-миоцитарные щелевидные контакты, а ме-жду эндотелиоцитами сосудов органа и мышцами - мио-эндотелиальныеконтакты. Мио-эндотелиальные контакты чаще выявляются между эн-дотелиоцитами лимфатических капилляров тонкой кишки. Миоциты ор-гана, сокращаясь, оттягивают эндотелиоциты лимфатических капилля-ров друг от друга, в результате активизируется межклеточный транспорткрупномолекулярных соединений - жиров, гормонов и лимфоцитов, ко-торые быстро поступают в общий кровоток по грудному лимфатическо-му протоку, минуя печень.

Итак, вегетативные нейроны обеспечивают регуляцию пищева-рения, всасывания и продвижение содержимого органа в каудальном на-правлении. Это весьма важно для организма в целом, поскольку тольколимфатические сосуды транспортируют в общий кровоток жиры (прирасщеплении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии), гормоны, модулято-ры, антитела и лимфоциты, вырабатываемые одиночными и группо-выми лимфатическими узелками тонкой кишки. Это процессы важны дляорганизма в целом: обеспечивается его гуморальный и клеточныйиммунитет, организм снабжается энергетическим и пластическим ма-териалом.

350

ПОЛУЧЕНИЕ ПРОТИЕВОЙ ВОДЫ ДЛЯМЕДИЦИНСКИХ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЦЕЛЕЙ

Полякова Т.И.Санкт-Петербургский государственный

политехнический университетВладимиров А.В.

Санкт-Петербургская государственная медицинскаяакадемия им. И.И. Мечникова

Тяжелый изотоп водорода, дейтерий, встречается на Земле с часто-той 1/6000 по отношению к легкому изотопу - протию. Между тем его со-держание имеет большое, преимущественно отрицательное, биологиче-ское значение. Дейтерий считается главным носителем эволюционнойинформации (В.М. Мухачев,1975). Количество дейтерия на нашей плане-те непрерывно возрастает, поскольку потоки солнечного водорода при-мерно в 1000 раз богаче дейтерием, чем водород, присутствующий внастоящее время в гидросфере и атмосфере Земли. Количество тяжелойводы в современной гидросфере составляет 2*10 14Т. Использованиедейтерия в качестве энергоносителя в устройствах, основанных науправляемой термоядерной реакции, помогло бы очистить биосферу отего вредоносного влияния на биосферу. Но пока приходится прибе-гать к локальной очистке воды, используемой для питья и приготовле-ния пищи, в том числе для выращивания съедобных растений и живот-ных.

Самым эффективным способом очистки воды является электролиз,т.е. разложение воды на кислород и водород электрическим током. Послесжигания полученных газов вода оказывается очищенной на 30-90% отдейтерия и на 1-3% от тяжелых изотопов кислорода. Трехкратное повто-рение разложения воды и сожжения газов позволяет считать полученнуюводу практически полностью очищенной от дейтерия.

В популярной литературе рекомендуют метод вымораживания дей-терия. Тяжелая вода замерзает при температуре около +4 градусов, т.е. за-мерзает первой, а тает последней. Подавляющее большинство молекул с

351

дейтерием представляют собой полутяжелую, а не тяжелую воду, темпе-ратура замерзания которой около +2 градусов. Поэтому авторы, рекомен-дующие получать протиевую воду вымораживанием, сильно преувели-чивают возможности этого способа. Г.П. Малахов (2000) считает, что од-нократным вымораживанием можно удалить до 90% дейтерия, а состави-тель обзора (Вода. Лекарство или яд. М; СПб: 2006) Н. Ольшевская отме-чает, что ..."вода, полученная по такой технологии, полностью освобож-дается от тяжелой воды".

Мы замораживали воду, предварительно пропущенную черезфильтр Аквафор В-300, в стеклянных сосудах емкостью 0,2 л. и в пласти-ковых литровых банках с крышками. Сосуды выдерживались в морозиль-ной камере не менее 6 часов, температура устанавливалась такой, чтобызамерзало около 1/4 -1/3 всего объема воды и протиевая вода выливаласькак можно быстрее (не более 5 секунд), чтобы не успел растаять лед с дей-терием. Обогащенная дейтерием вода также использовалась для опытов.Эффективность фракционирования воды можно проверить на различныхбиологических объектах. Можно, например, поместить в стекляннуюбанку плоское стекло, залить испытуемой водой, добавить минераль-ные удобрения и вырастить на свету совместную аквакультуру зеленых исине-зеленых водорослей. Через 3-4 месяца плоские стекла вынуть из водыи поместить на солнечный свет. Зеленый пигмент (хлорофилл) обесцве-чивается, а синий (фикоцианин) сохраняется. Сравнивая интенсивностьсиней окраски стекол, можно оценивать степень очистки воды от дей-терия. Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) лучше растут и раз-множаются в протиевой воде, а зеленые водоросли более устойчивы ктяжелой воде. Протиевая вода уменьшает выпадение волос у человека.Поэтому можно пить протиевую воду и производить ежедневный под-счет количества волос, остающихся на расческе. Молекулы тяжелойводы примерзают к стенкам в малых сосудах быстрее, чем в больших, вкоторых при низкой температуре из-за замедленной диффузии может нехватить времени для достижения слоя намерзающего льда и средняячасть воды в большом сосуде останется не очищенной от дейтерия. Кро-

352

ме биотестов можно измерять содержание тяжелых изотопов с помощьюмасс-спектрографа и других приборов.

ИНГИБИРОВАНИЕ ФЕРМЕНТА КАТАЛАЗЫВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ АВТОМОБИЛЕЙ

Киселев И.Я.Санкт-Петербургская государственная

лесотехническая академия

Выхлопные газы автомобилей – это многокомпонентная однофазнаяхимическая система переменного состава. Основными компонентами вы-хлопных газов являются CO2 и H2O (г). Наибольшую опасность для фер-мента каталазы живых клеток растений и организма человека представля-ют содержащие в выхлопных газах оксид углерода CO, и оксиды азота NO,NO2.

Сгорание богатых смесей (α < 0,5) в цилиндрах двигателей сопрово-ждается образованием оксида углерода CO, а сгорание однородных, обед-ненных смесей – образованием оксидов азота NO, NO2.

При выхлопе газов, содержащих большое количество оксида углеро-да CO, протекает обратимая реакция 2CO ↔ C + CO2 с образованием уг-лерода в виде сажи.

Скорость образования оксида азота NO определяется максимальнойтемпературой в зоне сгорания, концентрацией кислорода и азота в продук-тах сгорания. Образование оксида азота NO можно представить в видецепной неразветвленной реакции:

O2 → O·+ O·N2 +·O·→ NO + NO2 + N·→ NO + O

При этом может протекать реакция 2 NO + O2 = 2 NO2.Экспериментальными исследованиями доказано ингибирующее дей-

ствие выхлопных газов на фермент каталазы.Лиганд CO или NO присоединяется к атому железа активного центра

молекулы каталазы (R Fe).

353

При этом образуется карбонильный R Fe – CO или нитрозильныйR Fe – NO комплекс, в результате чего происходит полное ингибированиемолекулы фермента каталазы.

Литература:1. Анисомов Г.М., Кочнев А.М. Рабочие процессы, конструкция и

основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок. СПб.ЛТА. 2007, 432 с.

2. Киселев И.Я. Механизм формальдегидной денатурации фермен-тов. Известия вузов. «Лесной журнал» № 2, 1994, с. 108 – 110.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОГЕННОГОЗАГРЯЗНЕНИЯ МАЛЫХ РЕК НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РОССИИ

Михалев М.А., Коваленко С.Н.Санкт-Петербургский государственный


Биогенное загрязнение поверхностных вод характерно для террито-рий, рассоложенных в области избыточного увлажнения. Основными за-грязнителями являются осушительные мелиорации, отводящие с сельско-хозугодий избыточную влагу. Промывной режим почвогрунтов требуетпостоянного внесения в почву органических и минеральных удобрений,при этом значительная часть их поступает в дренажные воды. Водоприем-никами дренажных вод, как правило, являются малые реки и ручьи. Избы-ток соединений азота и фосфора в речных водах является причиной био-генного загрязнения малых рек. Разработка методов оздоровления малыхрек в Нечерноземной зоне – актуальная проблема современности.

Трудности проблемы заключаются в том, что и гидрологические, игидрохимические характеристики являются случайными, для их анализанужны репрезентативные данные наблюдений, в то время как водоприем-ники сточных вод, малые реки, относятся к третьей и к четвертой катего-рии, наблюдения на которых носят отрывочный нерегулярный характер. Воснову исследования процесса биогенного загрязнения положены резуль-

354

таты натурных наблюдений на постах Росгидромета, расположенных намалых реках Двинского, Печерского и Волжского бассейнов. Для стати-стического анализа сформированы однородные ряды данных натурныхнаблюдений, объединенные в два напряженных по загрязнению вод лими-тирующих сезона: весенний (март-май) и осенний (август-октябрь). В ли-митирующих сезонах обнаружена тесная корреляционная связь междусредними и максимальными концентрациями загрязняющих веществ.Средние величины не требуют длинных рядов наблюдений, что позволилопо имеющимся данным доказать принадлежность этих рядов к трехпара-метрическому гамма-распределению. Разработана методика удлинения на-турных рядов максимальной концентрации загрязняющего вещества путемматематического моделирования методом Монте-Карло. Вначале удлиня-ются ряды средних за сезон концентраций с учетом автокорреляционныхсвязей между соседними членами ряда. Далее с помощью корреляционнойсвязи находятся значения максимальных концентраций, лежащие на пря-мой регрессии. Отклонения от прямой моделируются по нормальному рас-пределению. Разработан программный продукт, позволяющий проверятьданные наблюдений на однородность, оценивать значимость авто- и кор-реляционных связей, осуществлять подбор сглаживающих. По результатаммоделирования находится с учетом фонового загрязнения максимальнаяконцентрация биогенного вещества в контрольном створе при допустимомсодержании его в нем, а также назначается предельно допустимая концен-трация этого вещества в сбросных дренажных водах.

ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТРАТЕГИИ

Прокопенков С.В.Санкт-Петербургский государственныйинженерно-экономический университет

На сегодняшний день организация производства без учета экологи-ческого фактора повышает не только производственные, но и экономиче-ские риски.

355

К числу требований, которые должны приниматься во внимание приразработке экологической стратегии относятся:

- обязательность выполнения законодательных и нормативных актовв области охраны окружающей среды;

- учет позиции заинтересованных сторон;- наличие обязательств в отношении постоянного улучшения эколо-

гической ситуации, связанной с деятельностью организации, и предотвра-щения загрязнения окружающей среды;

- создание специальной структуры для определения целей и задач вобласти охраны окружающей среды;

В рамках экологической стратегии должны учитываться следующиефакторы:

- региональные и местные условия деятельности;- оценка и снижение любых отрицательных воздействий деятельно-

сти на различные аспекты окружающей среды;- управление энергией, ресурсосбережением и выбор энергоносите-

лей;- управление использованием сырья, организация выбора его вида и

условий транспортировки;- управление использованием и охраной водных ресурсов;- сокращение образования отходов, их вторичное использование,

утилизация отходов;- выбор новых производственных процессов и изменения в сущест-

вующих производственных процессах;- экологическое обучение и подготовка кадров по проблемам охраны

окружающей среды.Систематический анализ эколого-экономических показателей дея-

тельности промышленного предприятия помогает оценить существующееположение, учесть факторы, влияющие на формирование финансового ре-зультата и принять соответствующие управленческие решения.

356

УКАЗАТЕЛЬУЧАСТНИКОВ КОНФЕРЕНЦИИ

СЕКЦИЯ 1

Физические и математические науки …………………………………………..4

МЕТОД ДИНАМИЧЕСКОГО ГАРМОНИЧЕСКОГО БАЛАНСА НАПРЯЖЕНИЙ ПРИМОДЕЛИРОВАНИИ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

АХМЕТВАЛЕЕВА Л.В., ФЕДОТОВ А.И., ЛАТИПОВ А.Г. ................................................................ 4

КОНТРОЛЬ СМЕЩЕНИЙ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕТЕРОДИННОЙ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

БОЛЬШАКОВ О.П., КОТОВ И.Р., МАЙОРОВА О.В., ПРОКОПЕНКО В.Т. ......................................... 5

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯПЛОСКОЙ ВОЛНЫ В АКУСТИЧЕСКОМ ВОЛНОВОДЕ С ВКЛЮЧЕНИЕМ

БОРОВКОВ А.И., МИХАЛЮК Д.С.,ШУБИН С.Н., ГИЛЁВ Е.Е......................................................... 6

ИЗМЕРЕНИЕ ФАКТОРОВ ЯДЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ ДЛЯ φ-МЕЗОНОВ В ЯДРО-ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПРИ ЭНЕРГИИ 62,4 ГЭВ

БЕРДНИКОВ А.Я., КОТОВ Д.О., РЯБОВ В.Г., РЯБОВ Ю.Г., ИВАНИЩЕВ Д.А., САМСОНОВ В.М....... 8

ИЗМЕРЕНИЕ ФАКТОРОВ ЯДЕРНОЙ МОДИФИКАЦИИ ДЛЯ φ-МЕЗОНОВ ВСТОЛКНОВЕНИЯХ ЯДЕР МЕДИ ПРИ ЭНЕРГИИ 200 ГЭВ

БЕРДНИКОВ Я.А., КОТОВ Д.О., РЯБОВ В.Г., РЯБОВ Ю.Г., ИВАНИЩЕВ Д.А., САМСОНОВ В.М....... 9

ПОЛЯРИЗАЦИЯ 0 ИЗ РАСПАДОВ (1385) ГИПЕРОНОВ, РОЖДЕННЫХ ИЗ

КВАРК-ГЛЮОННОЙ ПЛАЗМЫ

БЕРДНИКОВ А.Я., БЕРДНИКОВ Я.А., ГОЛОВИН А.В., КОТОВ Д.О., САФОНОВ А.С., СПИРИН Д.О. 10

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ В Bi0,5Sb1,5Te3 ВОБЛАСТИ КРАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ

ВЕЙС А.Н............................................................................................................................... 12

РАЗРАБОТКА НОВЫХ АЛГОРИТМОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ СИЛОВЫХТРАНСФОРМАТОРОВ

ГАРАЕВА Н.Р., ПОПОВ М.Г., ПОПОВ С.О. ................................................................................ 19

ПЛОСКИЙ НИЗКОВОЛЬТНЫЙ ХОЛОДНЫЙ ЭМИТТЕР ЭЛЕКТРОНОВ

ГАБДУЛЛИН П.Г., ГНУЧЕВ Н.М., АРХИПОВ А.В., ДАВЫДОВ С.Н., ГОРДЕЕВ С.К. ....................... 20

ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР,ВЫРАЩЕННЫХ НА КРЕМНИЕВЫХ ПОДЛОЖКАХ

ГАБДУЛЛИН П.Г., ГНУЧЕВ Н.М., ДАВЫДОВ С.Н., ШАХМИН А.Л. .............................................. 23

357

ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОДИСПЕРСНЫХ МОДИФИКАТОРОВ СВОЙСТВСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

ГУРЬЯНОВ А.М., КОРЕНЬКОВА С.Ф., ЛЕБЕДЕВ В.М., ЛЕБЕДЕВ В.Т. .......................................... 24

О ДИСПЕРСНОСТИ БРЫЗГОВОГО ОБЛАКА, ОКРУЖАЮЩЕГО АМФИБИЙНОЕСУДНО НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ (ВП)

ДЬЯЧЕНКО Н.В. ...................................................................................................................... 26

ПОЛУПРОВОДНИКИ В КУРСЕ ФИЗИКИ ИНЖЕНЕРНОГО ВУЗА

КОМАРОВ В.И., КАУФМАН А.С. .............................................................................................. 27

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ КОНСТАНТА СКОРОСТИ В ФИЗИКЕ НЕНЬЮТОНОВАВРЕМЕНИ

МАЙКОВ В.П.......................................................................................................................... 28

ОБ ОДНОЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ АНАЛОГИИ

МАЙКОВ В.П., БАЛУНОВ А.И. ................................................................................................ 30

ДОЗИМЕТРИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯДИСТАНЦИОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ

МИРОНОВ В.О., ЕЛИЗАРОВА М.В. ........................................................................................... 33

ИМПУЛЬСНЫЙ МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ КЕРРА

ПЕТРОВ В.Н., ГАБДУЛЛИН П.Г., КОТОВ И.А. ........................................................................... 34

КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ВОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

ПРЕСС И.А., ФЕДОРЦОВ А.Б., ВЕНСКО Е.Е. ............................................................................. 35

БАРЬЕРЫ ШОТТКИ AL/In2Se3: ПОЛУЧЕНИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

РУДЬ В.Ю., ПАРИМБЕКОВ З.А. ............................................................................................... 37

ДВУМЕРНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ОГРАНИЧЕННЫЙ КВАНТОВЫЙОСЦИЛЛЯТОР

САНИН А.Л., СЕМЁНОВ Е.А. ................................................................................................... 38

УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯТОЛЩИНЫ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ПЛЕНОК

ФЕДОРЦОВ А.Б., ИВАНОВ А.С., ЧУРКИН Ю.В., ГОНЧАР И.В. .................................................... 39

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК ПРИ ПОМОЩИ ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

ФЕДОРЦОВ А.Б., ИВАНОВ А.С., ЧУРКИН Ю.В., МАНУХОВ В.В. ................................................ 40

358

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСПЕРСИОННЫХ СИЛ В НАНОРАЗМЕРНЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХСИСТЕМАХ

ФЕДОРЦОВ А.Б., КЛИМЧИЦКАЯ Г.Л., ЧУРКИН Ю.В., ЮРОВА В.А.............................................. 42

ЛАЗЕРНЫЙ «ТАУМЕТР» ДЛЯ СТРУКТУР МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК

ФЕДОРЦОВ А.Б., ЧУРКИН Ю.В., ИВАНОВ А.С., АНИКЕИЧЕВ А.В............................................... 43

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ КАК ИМИТАЦИОННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯМОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

ШАПОШНИКОВ А.В. ............................................................................................................... 44

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЕДИНИЧНОГО БАРЬЕРНОГОМИКРОРАЗРЯДА

ШЕМЕТ М.В. .......................................................................................................................... 46

РАССЕЯНИЕ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПРОВОДЯЩЕЙ ОБОЛОЧКЕ

ЯХНО Ю.Л., ВОРОБЬЕВ В.А., ГОНЧАР И.В. .............................................................................. 47

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ КОМПЕНСАЦИОННОЙ ОПОРЫ УСТАНОВКИКАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

БОРОВКОВ А.И., МИХАЙЛОВ А.А., ОРЛОВА С.С....................................................................... 48

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯВ КОЛЕННОМ СУСТАВЕ ЧЕЛОВЕКА С УЧЕТОМ УГЛА ПАТАЛОГИЧЕСКИХДЕФОРМАЦИЙ

БОРОВКОВ А.И., МИХАЛЮК Д.С., БАБЕНКОВ М.Б. ................................................................... 50

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГОВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОДВОДНЫЙ ТРУБОПРОВОД

МИХАЛЮК Д.С., БОРОВКОВ А.И., ГИЛЁВ Е.Е., ШУБИН С.Н. ..................................................... 51

ПРИМЕНЕНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ И ПРИРОДНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯРЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МАРШРУТИЗАЦИИ

БУЙНОВ Д.М. ......................................................................................................................... 52

НИЗКОЧАСТОТНАЯ ПЛАЗМЕННАЯ АНТЕННА

ДЕМЕНТЬЕВА О.Б.................................................................................................................... 54

ОБ ОДНОЙ ПРОБЛЕМЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕГО ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ ВЛИТОСФЕРНЫХ ПЛИТАХ

ЗАРЕЦКАЯ М.В., РАТНЕР С.В. ................................................................................................. 55

ДВУМЕРНЫЙ КУСОЧНО-БИЛИНЕЙНЫЙ ОПЕРАТОР

КОЗЛОВ В.Н., ХЛОПИН С.В. .................................................................................................... 57

ОБЗОР МЕТОДОВ РЕДУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПОДПРОСТРАНСТВА КРЫЛОВА

КУПРИЯНОВ В.Е., ВАСИЛЬЕВ А.Ю........................................................................................... 60

359

ИССЛЕДОВАНИЕ БИФУРКАЦИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ НА ОСНОВЕМАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В БЕСКОНЕЧНОЙКРУГЛОЙ ТРУБЕ

ЛИВШИЦ С.А., КАРТАШОВА А.А. ............................................................................................ 63

ДЕТЕРМИНАЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

МАКСИМОВ Ю.Д. ................................................................................................................... 64

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СВЯЗЕЙ ВКЛАСТЕРЕ ТИПА «КОЛЕСО»

РОДИОНОВА Е.А..................................................................................................................... 65

КАЧЕСТВО ЖИЗНИ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ ЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ

САРКИСЯН Р.Е., ЩЕРБАКОВА Н.В., СТРЕЛЬНИКОВА А.В........................................................... 67

ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ РЕШЕНИЯ ОБЩИХ ЗАДАЧ НЕЛИНЕЙНОГОПРОГРАММИРОВАНИЯ

СИМАКОВ И.П., КОЗЛОВ Ю.В. ................................................................................................ 68

ОБ ОДНОЙ ВАРИАЦИОННОЙ ЗАДАЧЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ВИДА

ФИРСОВ А.Н. ......................................................................................................................... 69

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА ДЛЯ ПРОСТРАНСТВ СРАЗЛИЧНОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ

ШИШКИНА Л.В., СТЕПАНОВА Н.В........................................................................................... 70

РАЗЛИЧНЫЕ ПОДХОДЫ ПРИ ЧИСЛЕННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ УРАВНЕНИЙНАВЬЕ-СТОКСА

ШИШКИНА Л.В., СТЕПАНОВА Н.В........................................................................................... 71

СЕКЦИЯ 2Информационные технологии и вычислительные системы………………73

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХСАЙТОВ

АКСЕНОВА О.А., НИКИФОРОВА В.М ....................................................................................... 73

ОБ ОЦЕНКЕ УРОВНЯ ОПЕРАТИВНОЙ ПЕРСПЕКТИВНОСТИ ТИПОВОЙИНФРАСТРУКТУРЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ВУЗА

БЕЛОВ В.С., БЕЛОВА О.П........................................................................................................ 74

ОЦЕНКА «СОВРЕМЕННОСТИ» ИНФРАСТРУКТУРЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ

БЕЛОВ В.С. ............................................................................................................................ 77

360

ПРОГРАММА АНАЛИЗА ЗАГРУЗКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫВУЗА

БЕЛОВ В.С., САМАРКИН А.И. .................................................................................................. 80

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ НА МНОЖЕСТВЕ АЛЬТЕРНАТИВ

БОЛОТИН И.В. ........................................................................................................................ 81

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯМНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

БУХТЕЕВА Н.А. ...................................................................................................................... 83

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМСЕТЕЙ НЕЧЕТКИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ

ВАСИЛЬЕВ А.Е., МУРГО А.И., ПЕТРОВ Д.Д. ............................................................................. 85

О ПРОБЛЕМЕ СОГЛАСОВАНИЯ ОНТОЛОГИЙ

ВОСТРОВ А.В., КУРОЧКИН М.А. .............................................................................................. 87

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УЛЬТРАМЕТРИК, ЗАДАННЫХ НА СТРУКТУРЕ ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСА, ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ ЕГО РЕЛЕВАНТНОСТИ

ИВАНКОВ А.А., ЕЛИСЕЕВ Д.С. ................................................................................................ 88

О МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ВЫБРОСОВ В НЕКОТОРЫХФИНАНСОВЫХ ПОКАЗАТЕЛЯХ СПОТОВОГО РЫНКА

ИВАНКОВ А.А., СЕРОВ А.Ю. ................................................................................................... 90

ВОЗМОЖНОСТИ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ИВАНОВ В.М., СОРОКИНА Г.Г. ................................................................................................ 91

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ОПИСАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ К ИНФОРМАЦИОННОМУ ИПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ АСУП

КУРОЧКИН М.А., МАДОРСКАЯ Ю.М. ....................................................................................... 93

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ В ПРОЕКТИРОВАНИИМНОГОПОЛОСНЫХ ИЗДАНИЙ

ЛАПТЕВ В.В. .......................................................................................................................... 95

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИЕЙ

МАКЕЕВА О.В. ....................................................................................................................... 96

ИНСТРУМЕНТ АНАЛИЗА СТАТИСТИКИ ПОСЕЩЕНИЙ ВИКИ-ПОРТАЛОВ

НОВИКОВ Ю.Н., ПЕТРОВ А.Ю................................................................................................. 98

АНАЛИЗ ПОТОКОВ ДАННЫХ ПОДСИСТЕМЫ ИНТЕГРАЦИИ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗДАННЫХ НА ОСНОВЕ РЕПОЗИТРОИЯ СХЕМ

ПОПОВ С.Г. .......................................................................................................................... 100

361

КОМПЕТЕНТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ«ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ»

ПТИЦЫНА Л.К. ..................................................................................................................... 102

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИИНФОРМАЦИИ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ИНТЕРФЕЙСЕ УПРАВЛЕНИЯ В СЕТЯХ

ПТИЦЫНА Л.К., ХОХРОВ А.С. ............................................................................................... 114

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ФОТОГРАФИЙ ПРОФИЛЯ ИЗДЕЛИЯС МИКРОСКОПА

САМАРКИН А.И., НЕГИНА О.В. ............................................................................................. 119

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ АНАЛИЗ ФОТОГРАФИИ ПРОФИЛЯ ИЗДЕЛИЯ

САМАРКИН А.И., САМАРКИНА Е.И, НЕГИНА О.В. .................................................................. 121

ЛОГИСТИКА В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

САРАДЖИШВИЛИ С.Э., КЛИМОВСКИЙ И.О............................................................................. 122

ЛОГИСТИКА ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ

САРАДЖИШВИЛИ С.Э., КЛИМОВСКИЙ И.О............................................................................. 123

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА АНИЗОТРОПНОЙ ДИФФУЗИИ ПРИ ОБРАБОТКЕОТСКАНИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

САРАДЖИШВИЛИ С.Э., КОНОНОВ Н.А. .................................................................................. 124

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫДЕЛЕНИЯ ЦВЕТОВЫХ СЛОЕВ НАОТСКАНИРОВАННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ

САРАДЖИШВИЛИ С.Э.,КОНОНОВ Н.А.................................................................................... 126

КОНТЕНТНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ДОСТУПОМ К РЕСУРСАМ СЕТИИНТЕРНЕТ

САРАДЖИШВИЛИ С.Э., МАСЮК А.А...................................................................................... 127

МЕТОДЫ КОНТЕНТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

САРАДЖИШВИЛИ С.Э., МАСЮК А.А...................................................................................... 128

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСПОЗНАВАНИЯТЕКСТОВ

САРАДЖИШВИЛИ С.Э., ПИНСКИЙ А.Б. .................................................................................. 130

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯРЕШЕНИЙ И УПРАВЛЕНИЯ НА ТРАНСПОРТЕ

САРКИСЯН Р.Е., СТАДНИЧЕНКО С.Ю. .................................................................................... 131

ФОРМАЛИЗАЦИЯ ДВУМЕРНЫХ ГРАФО-ПОДОБНЫХ ДИАГРАММ

СТЕПАНЯН К.Б. .................................................................................................................... 132

362

ТЕСТИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ MOODLE КАК ЭЛЕМЕНТ ПОДГОТОВКИ КИНТЕРНЕТ-ТЕСТИРОВАНИЮ ОСТАТОЧНЫХ ЗНАНИЙ

СУРЫГИН А.И., ШАТИЛОВА В.П............................................................................................ 134

К ВОПРОСУ ОРГАНИЗАЦИИ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ В ВЫСОКОНАДЕЖНОЙВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

ФИЛИППОВ А.С., МАМУТОВА О.В......................................................................................... 136

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ НАДЕЖНОГО ПО ВСТРОЕННЫХ БОРТОВЫХСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ШОШМИНА И.В.................................................................................................................... 137

СЕКЦИЯ 3Энергетика, машиностроение, механика и процессы управления ………139

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

АШЕЙЧИК А.А...................................................................................................................... 139

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО МОДУЛЯ И МОДУЛЯВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРОВ

АШЕЙЧИК А.А., ПОЛОНСКИЙ В.Л. ........................................................................................ 140

ПОТЕНЦИАЛ ЭКОНОМИИ ТЭР НА КОТЕЛЬНЫХ, РАБОТАЮЩИХ НА УГЛЕ

БАСС М.С. ........................................................................................................................... 142

СХЕМЫ УСТАНОВОК ГЕЛИООТОПЛЕНИЯ ДЛЯ РАБОТЫ В СИСТЕМАХЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

БАТУХТИН А.Г., БАТУХТИН С.Г............................................................................................. 143

ОСНОВНОЙ ЦИКЛ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ОТРАЖАЮЩЕЙПОВЕРХНОСТЬЮ ГЛАВНОГО РЕФЛЕКТОРА РАДИОТЕЛЕСКОПА

БЕЛОВ М.В........................................................................................................................... 145

ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗМУЩЕНИЙ НА УПРАВЛЯЕМУЮСОСТАВНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ГЛАВНОГО ЗЕРКАЛА РАДИОТЕЛЕСКОПА

БЕЛОВ М.В........................................................................................................................... 147

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ ВЦЕЛЯХ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМ

БЕЛЯЕВ Н.А., КОРОВКИН Н.В., ЧУДНЫЙ В.С. ........................................................................ 150

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ, КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫСИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

БОГДАНОВ А.В., ПОПОВ М.Г................................................................................................. 153

363

ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПРИНЦИПЫ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

БОРОНИН В.Н., КОРОВКИН Н.В. ............................................................................................ 154

РЕГИОНАЛЬНАЯ ОЛИМПИАДА ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

БОРОНИН В.Н., КОРОВКИН Н.В., КОЧЕТКОВА Е.Ю., МИНЕВИЧ Т.Г., МОДУЛИНА А.Н.,ШАКИРОВ М.А.................................................................................................................................. 156

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ В ЭНЕРГЕТИКЕ: НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ИОТРАЖЕНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

БУСЫРЕВ А.И., ГОЛИКОВ В.А., ИСАЕВ Ю.М., ПЛЕШАНОВ В.Л., УМОВ В.А. ........................... 158

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО АППАРАТОСТРОЕНИЯ НАОСНОВЕ СОВРЕМЕННОЙ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

ВАСЕРИНА К.Н. .................................................................................................................... 159

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯИССЛЕДОВАНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ СКОМПЕНСАЦИОННОЙ ОБМОТКОЙ

ГАРАЕВА Н.Р., ПОПОВ М.Г., ПОПОВ С.О. .............................................................................. 160

ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАБОЧЕГО СОСТОЯНИЯПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

ГОЛЕНИЩЕВ-КУТУЗОВ А.В., ЕВДОКИМОВ Л.И., ЧЕРНОМАШЕНЦЕВ А.Ю. ................................ 162

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ОТ ТУРБОАГРЕГЕТОВТЭЦ В ПЕРИОД ПИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

ГОРЯЧИХ Н.В. ...................................................................................................................... 163

АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ В ПРОГРАММАХ РАСЧЕТОВУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ

ГУК О.М. ............................................................................................................................. 164

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ ДЛЯОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

ДОРФМАН Ю.В., ПИНИГИН В.В............................................................................................. 166

ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУР РЕАКЦИЙ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯКАРБОНАТНЫХ МИНЕРАЛОВ ОТ СКОРОСТИ НАГРЕВА

ЗАХАРОВ В.Ю., ПРИМА А. .................................................................................................... 167

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ - ОСНОВА ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИРЕГИОНАЛЬНОГО ТЭК В СФЕРЕ ТРАНСПОРТНЫХ УСЛУГ

КИЧИГИН О.Э....................................................................................................................... 170

364

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ НА МНОГОЦЕПНЫХ КАБЕЛЬНЫХЛИНИЯХ

КИЯТКИНА М.Р..................................................................................................................... 171

БЕЗДЕАЭРАТОРНАЯ СХЕМА ДВУХКОНТУРНОЙ АЭС

КОРНЕВ В.К., ШИШКАНОВ П.А. ........................................................................................... 172

ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТНОГО СЕКТОРА АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ КАКОСНОВА ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ АЭС

КРЕТОВ М.Г. ........................................................................................................................ 174

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИРОССИЙСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

КСЕНОФОНТОВА Т.Ю............................................................................................................ 177

О ВОЗМОЖНОЙ АППРОКСИМАЦИИ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯСТИРЛИНГА

КУКИС В.С., РЫБАЛКО А.И................................................................................................... 178

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ В СОСТАВЕ НАГРЕВАТЕЛЯДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

КУКОЛЕВ М.И., БРЕУСОВ В.П., БУЛОВИЧ С.В., ВИЛЬДЯЕВА С.Н., АБАКШИН А.Ю. ................. 180

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ НА ШИНАХСОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

ЛАПИДУС А.А., ДЕГТЯРЁВ А.А. ............................................................................................. 182

ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМОВСОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИЯХ В ГЛАВНОЙ СХЕМЕ

ЛАПИДУС А.А., ПЛАТОНОВ И.Д. ........................................................................................... 183

РАСЧЁТ НАГРЕВА КАБЕЛЕЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ВСЕТЯХ 0,4 КВ

ЛАПИДУС А.А., СОЛОВЬЁВА С.Н. .......................................................................................... 185

СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАГРЕВА ПРИ НЕПОЛНОМ ИЗМЕРЕНИИ СОСТОЯНИЯ

ЛАПИЦКАЯ М.Х.................................................................................................................... 186

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ КОТЛОАГРЕГАТОВ «ЛАНКАШИР»

ЛЮБОВ В.К., ГОРЮНОВ В.В. ................................................................................................. 187

РЕЛАКСАЦИОННЫЙ АМОРТИЗАТОР ДЛЯ БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙМАШИНЫ МАССОЙ СОРОК ПЯТЬ ТОНН

МАЛЫШЕВ Ю.Е., ГЕРАСИМОВ И.М. ...................................................................................... 189

365

ЗАВИСИМОСТЬ ОБЪЁМА СНЯТОГО МЕТАЛЛА ОТ РАДИУСА ОКРУГЛЕНИЯ ЗЕРНАПРИ ПЛОСКОМ ШЛИФОВАНИИ

МАЛЬЦЕВ П.Н., НИКИФОРОВ И.П.......................................................................................... 190

ESTIMATION OF TWO-DIMENSION FIELD FLOW CHARACTERISTIC IN INLET ANDEXHAUST MANIFOLDS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES

DR. MAHMOUD A. MASHKOUR ............................................................................................... 192

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ УЗЛАТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ БАШНИ

МИХАЛЮК Д.С., БОРОВКОВ А.И., НОВОЖИЛОВ Ю.В. ............................................................ 194

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕКВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА

МИХАЛЮК Д.С., БОРОВКОВ А.И. СОТНИК Д.Е. ...................................................................... 195

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФИГУР В КАЧЕСТВЕМОДЕЛЕЙ АБРАЗИВНЫХ ЗЁРЕН

НИКИФОРОВ И.П., МАЛЬЦЕВ П.Н., ИВАНОВ Е.Н.................................................................... 196

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ МАСЛОНАПОЛНЕННОГОЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯСОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

НОВИКОВ В.Ф., КАРТАШОВА А.А.......................................................................................... 199

ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГОТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ОТКРЫТЫМ ВОДОРАЗБОРОМ

ПЕТИН В.В., БАТУХТИН А.Г., ИВАНОВ С.А............................................................................ 200

ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ПИРОГОВ М.Г....................................................................................................................... 202

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ, КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫСИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

ПОПОВ М.Г., БОГДАНОВ А.В. ............................................................................................... 203

РАЗРАБОТКА НОВЫХ АЛГОРИТМОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ СИЛОВЫХТРАНСФОРМАТОРОВ

ПОПОВ М.Г., ГАРАЕВА Н.Р., ПОПОВ С.О. .............................................................................. 204

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯИССЛЕДОВАНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ СКОМПЕНСАЦИОННОЙ ОБМОТКОЙ

ПОПОВ М.Г., ГАРАЕВА Н.Р., ПОПОВ С.О. .............................................................................. 206

366

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ИОБУЧЕНИИ

ПОПОВ С.О., СИНИЛЬНИКОВ Р.Н. .......................................................................................... 207

СОЗДАНИЕ МЕТОДА ПЕРВИЧНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ – ВАРИАНТНОГОРАСЧЕТА ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ С ВОЗМОЖНОСТЬЮОПТИМИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПОПОВ Ю.А. ........................................................................................................................ 209

НЕКОТОРЫЕ ПОДХОДЫ К ФОРМИРОВАНИЮ ТАРИФОВ НА ТЕПЛОВУЮЭНЕРГИЮ

РЫЖКОВА Л.В. ..................................................................................................................... 212

СНИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ИНВЕРТОРНЫМИ ИСТОЧНИКАМИПИТАНИЯ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

САХНО Л.И., САХНО О.И., ЛИХАЧЕВ Д.И. ............................................................................. 213

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРАХ

СЕРОВ А.Е............................................................................................................................ 214

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ В ПРОЦЕССЕОСВОЕНИЯ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

СИДОРЕНКО Г.И., КУЗНЕЦОВ И.М. ........................................................................................ 216

МНОГОЦЕЛЕВОЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ИБЕЗОПАСНОСТИ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПОДЕТЕРМИНИРОВАННЫМ И ВЕРОЯТНОСТНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

СИМАКОВ И.П., ХОЛОДНЫХ П.В. .......................................................................................... 217

ВЕРИФИКАЦИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ТОКОВ КОРОТКОГОЗАМЫКАНИЯ СЛОЖНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ

СМОЛОВИК С.В., БРИЛИНСКИЙ А.С. ...................................................................................... 218

ФАКТОРЫ РИСКА СНИЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

СМОЛОВИК С.В., КИЯТКИНА С.Р. ......................................................................................... 220

ВЫБОР МОДЕЛИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СНИЖЕНИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ

СМОЛОВИК С.В., СЕВАСТЬЯНОВА А.В. .................................................................................. 221

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕКЦИИ СТАТОРА КАК ПОДЗАДАЧА САПР

СОЛНЫШКИН Н.П., ДМИТРИЕВ С.И., КУЗНЕЦОВ А.В.............................................................. 222

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОЕНИИ

СОЛНЫШКИН Н.П., САМАРКИН А.И., КУЗНЕЦОВ А.В. ............................................................ 224

367

О ВЛИЯНИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В АНТЕННО-СОГЛАСУЮЩЕМ ТРАКТЕРАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРОИГРЫШ ПРИ ПРИЕМЕСЛОЖНЫХ ДЧМ СИГНАЛОВ

СОРОЦКИЙ В.А..................................................................................................................... 225

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХОТБОРОВ ТУРБИНЫ

СТРЕЛЬНИКОВ А.С., САФРОНОВ П. Г. .................................................................................... 226

RAB-РЕГУЛИРОВАНИЕ ТАРИФОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

ФАРИСОВА Ч.А., ШАРАФУТДИНОВА Л.И. .............................................................................. 228

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

ФЕДОТОВ Е.А., ЧЕРНОВА Н.В., КУЗНЕЦОВ Р.В. ..................................................................... 229

МОДЕЛЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ТРАКТА ЛЭП

ХАКИМЗЯНОВ Э.Ф., ЗАВГОРОДНЕВ М.Ю. .............................................................................. 230

ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХСРЕДСТВ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ

ХУЗИН П.И. ......................................................................................................................... 231

АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБЪЕДЕНЕИЯ С НЕОПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

ЧУЛИН С.Л........................................................................................................................... 233

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ГАЭС В СЕВЕРО-ЗАПАДНОМРЕГИОНЕ

ШУЛЬГИНОВ Р.Н. ................................................................................................................. 235

ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОМБИНИРОВАННОГО ПРОФИЛЯ КУЛАЧКА СУМЕНЬШЕННЫМ ИНЕРЦИОННЫМ НАГРУЖЕНИЕМ И ВЛИЯНИЕМ УПРУГОСТИЗВЕНЬЕВ

ЯРУНОВ А.М., СИНЕОКОВА И.А. ........................................................................................... 237

СЕКЦИЯ 4Химия. Биология. Экология…………………………………………………..238

МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ АКТИВАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВЛАЗЕРНЫМ И МИКРОВОЛНОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

БАЛЬМАКОВ М.Д., БЛИНОВ Л.Н............................................................................................ 238

368

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПЛАЗМЕННО-ЦИКЛОННОГО ПРОЦЕССА СЖИГАНИЯУГЛЯ

БАСАРГИН А.П. .................................................................................................................... 241

ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ИСТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН

БЕЛОГЛАЗОВ В.И., ДЬЯКОВА Е.В., КОМАРОВ В.И., ГУРЬЕВ А.В. ............................................. 242

ОСОБЕННОСТИ КОРРОЗИОННО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯСПЛАВОВ Ti-Nb и In-Pb В КИСЛЫХ СРЕДАХ

БОРЩЕВСКИЙ А.М, БАТУРОВА Л.П., ЕЛИЗАРОВА Е.П. ............................................................ 243

ПАССИВАЦИЯ БИНАРНЫХ СПЛАВОВ Ti-Nb В СЕРНОЙ КИСЛОТЕ

БОРЩЕВСКИЙ А.М., БАТУРОВА Л.П., ЕЛИЗАРОВА Е.П. ........................................................... 246

ПРОЯВЛЕНИЕ МИКРОНЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ СВИНЦОВОФОСФАТНЫХСТЕКОЛ В СПЕКТРАХ НАВЕДЕННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ

БОЧАРОВА Т.В., ВЛАСОВА А.Н.............................................................................................. 248

ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СВИНЦОВО-СЕРЕБРЯНОГО СЫРЬЯМЕТОДОМ ХЛОРИДНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

ГАРШИН А.П., НАТОРХИН М.И.............................................................................................. 249

ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ДИФФУЗИОННОГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯКОМПОНЕНТОВ ПРИ НЕРАВНОВЕСНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ БИНАРНЫХ СПЛАВОВАЛЮМИНИЯ

ГОЛОД В.М. ......................................................................................................................... 250

МЕТАСТАБИЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ СПЕРЕХОДНЫМИ МЕТАЛЛАМИ (Cr, Mn, Zr и Ni)

ГОЛОД В.М., САВЕЛЬЕВ К.Д., ЛАДНОВ П.В. .......................................................................... 253

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА МОРФОЛОГИЮФОРМИРУЮЩЕЙСЯ ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЫ

ДОБОШ Л.Ю., ГОЛОД В.М. ................................................................................................... 256

СОЗДАНИЕ БУМАГОПОДОБНЫХ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХНАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН

ДУБОВЫЙ В.К., СЫСОЕВА Н.В., КОВАЛЕНКО В.В................................................................... 259

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ АДСОРБЦИИ АТОМОВ ЛИТИЯ НА БОРНЫХПОВЕРХНОСТЯХ

ЕЛИСЕЕВА Н.С. .................................................................................................................... 260

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХКЛАСТЕРОВ УГЛЕРОДА НА ПРИПОВЕРХНОСТНУЮ ОБЛАСТЬ КУБИЧЕСКОГО КАРБИДАКРЕМНИЯ

ЖУРКИН Е.Е., БАКАЕВ А.В., БЕРДНИКОВ А.Я., ГОЛОВИН А.В., КОЧУРА Н.О........................... 261

369

РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА С ДРЕВЕСНЫМНАПОЛНИТЕЛЕМ

ЗАЙНЕТДИНОВА А.Г., АРХИРЕЕВ В.П..................................................................................... 262

НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ В МИКРО- И НАНОТРИБОЛОГИИ.ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ ТРЕНИЯ ИСВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ

ИВАСЫШИН Г.С. .................................................................................................................. 264

ТРИБОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ.СООБЩЕНИЕ 1

ИВАСЫШИН Г.С. .................................................................................................................. 267

ТРИБОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ.СООБЩЕНИЕ 2

ИВАСЫШИН Г.С. .................................................................................................................. 271

ТРИБОФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙЮ.СООБЩЕНИЕ 3

ИВАСЫШИН Г.С. .................................................................................................................. 275

ВЕРОЯТНОСТНОЕ ОПИСАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН

КАЗАКОВ Я.В. ...................................................................................................................... 279

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ СОРБЦИИМОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДА НА МОДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ h-BN

КАЛЯКИН Д.С....................................................................................................................... 280

ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЁРДЫХПОЛИМЕРОВ ТЕРПЕНОВ И ПРОДУКТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

КИПОВСКИЙ А.Я., КОЛУЖНИКОВА Е.В., МИХАЙЛОВА Н.В., ФОМИЧЁВА Т.И. ......................... 281

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛЕИНОТЕРПЕНОВОЙ СМОЛЫ ВЛАКОКРАСОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

КИПОВСКИЙ А.Я., КОЛУЖНИКОВА Е.В., МИХАЙЛОВА Н.В., ФОМИЧЕВА Т.И. ......................... 283

ОПТИМИЗАЦИЯ СВОЙСТВ ХЛАДОНОСИТЕЛЯ

КИРИЛЛОВ В.В., СИВАЧЁВ А.Е.............................................................................................. 286

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СТАДИЙ ПРОЦЕССА РОСТА КРЕМНИЕВЫХНАНОУСОВ С ПОМОЩЬЮ АЛЮМИНИЕВЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ

КОЖЕВНИКОВА Т.А. ............................................................................................................. 287

РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МЕХАНИЗМАХ РАЗРУШЕНИЯБУМАГИ И КАРТОНА С ПОЗИЦИЙ НЕЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ

КОМАРОВ В.И., ДЬЯКОВА Е. В. ............................................................................................. 289

370

ОЦЕНКА ЖЕСТКОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ ВОЛОКНИСТЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНЫХМАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ В ОБРАЗЦЕПРИ ИСПЫТАНИЯХ

КОМАРОВ В.И., ЛАРИНА Е.Ю................................................................................................ 290

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ВЯЗКОСТИ ЛИСТВЕННОЙЦЕЛЛЮЛОЗЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА ДЕФОРМАЦИОННЫМИ И ПРОЧНОСТНЫМИХАРАКТЕРИСТИКАМИ

КОМАРОВ В.И., МИЛОВИДОВА Л.А., КАРМАНОВА Т.Е............................................................ 291

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙУСТОЙЧИВОСТИ МНОГОСЛОЙНЫХ КРЕМНИЕВЫХ НАНОТРУБ

КУЗИК В.Р............................................................................................................................ 292

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВА УДАРОПРОЧНОГОПОЛИСТИРОЛА, СТОЙКОГО К РАСТРЕСКИВАНИЮ В ЦИКЛОПЕНТАНЕ

ЛИФАНОВ А.Д., АРХИРЕЕВ В.П., ХАЛИЛОВА А.Ф., ЗИАНГИРОВА Р.Р....................................... 294

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОСТОЙКОГО КРЕМНЕЗОЛЬНОГО СВЯЗУЮЩЕГО ПРИИЗГОТОВЛЕНИИ КЕРАМИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ В ТОЧНОМ ЛИТЬЕ ПОВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ ДЛЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

МОЧАЛОВА Е.Н., МОЧАЛОВ А.Н. .......................................................................................... 295

ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ СМЕСЕВЫХ ПОЛИОЛЕФИНОВЫХТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ЭЛАСТОМЕРОВ ОТ ХАРАКТЕРИСТИК ИСХОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

МУСИН И.Н., НОВОКШОНОВ В.В., КИМЕЛЬБЛАТ В.И. ............................................................ 296

ФУНКЦИЯ КИСЛОТНОСТИ ВОДНО-ПРОПИЛЕНГЛИКОЛИЕВЫХ РАСТВОРОВЙОДИДА КАЛИЯ

НЕЧИПОРЕНКО А.П., КИРИЛЛОВ В.В., ЧУГЛОВА К.П., СИВАЧЁВ А.Е....................................... 298

ЭЛЕКТРОННЫЙ СПЕКТР ПОВЕРХНОСТИ БЕЛОГО РИСА – ГЕТЕРОФАЗНОЙСИСТЕМЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

НЕЧИПОРЕНКО А.П., ЧУГЛОВА К.П., САБИРОВА Э.И. ............................................................. 300

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ СВЯЗИ Со2+ – АНИОН (Ан) В ОСНОВНЫХ СОЛЯХСо(ОН)1,80(Ан)0,20.

ОРЛОВ Ю.Ф., БЕЛКИНА Е.И. ................................................................................................. 302

ХЛОРИД ГИДРОКСОКОБАЛЬТА (II) – КЛАССИЧЕСКИЙ ПРИМЕР ОСНОВНОЙ СОЛИДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ПРАКТИКУМОВ

ОРЛОВ Ю.Ф., БЕЛКИНА Е.И. ................................................................................................. 303

ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ДИСПЕРСНОГО ОСАДКА ЦИНКА ИЗ ЦИНКАТНОГОЭЛЕКТРОЛИТА

ПАТРУШЕВ А.В., МУРАШОВА И.Б., ДАРИНЦЕВА А.Б. ............................................................. 304

371

ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ ПО КОНСТАНТАМ УСТОЙЧИВОСТИ

ПОПОВ К.И. ......................................................................................................................... 306

ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ДИЛАТАНСНОЙ ЗОНЫ В СЛОИСТОЙАНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ

РАТНЕР С.В., ЗАРЕЦКАЯ М.В. ............................................................................................... 307

КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ИНЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ТОКСИЧНОСТЬЮ АЛИФАТИЧЕСКИХ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВНАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

РОМАШОВ П.Г, ЧИСТЯКОВА Н.Я., ВЯЗАНКИНА М.К., ЗАХАРОВ А.П........................................ 309

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ БОРА И АЗОТА НАЭЛЕКТРОННУЮ СТРУКТУРУ h-BN

СЕРЖАНТОВА М.В. ............................................................................................................... 314

ОСОБЕННОСТИ ЛОКАЛЬНОЙ ДЕПАССИВАЦИИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА1953Т1 В ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРАХ, СОДЕРЖАЩИХ СУЛЬФИД-ИОНЫ

ЧИЖИКОВ В.В., АЛЬХИМЕНКО А.А., КОЛЕСОВ С.С., БАТУРОВА Л.П., ШВЕЦОВ О.В. ............... 315

АКТИВНАЯ КИСЛОТНОСТЬ МИНЕРАЛЬНО-ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ПРИГИДРОЛИЗЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЫ

ШКОЛЬНИКОВ Е.В., МАНИЛОВ А.В. ...................................................................................... 316

ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТЬ РАСТВОРОВ ХЛОРИДА КАЛИЯ В СИСТЕМЕЭТИЛОВЫЙ СПИРТ-ВОДА

ЮРКИНСКИЙ В.П., ФИРСОВА Е.Г., ЦВЕТОВА Е.В. .................................................................. 318

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТИ МЕЖДУ ВНЕШНИМДАВЛЕНИЕМ И МИГРАЦИЕЙ ВАКАНСИЙ В ГРАФЕНЕНОВЫХ СЛОЯХ

АНАНЬЕВА Ю.Е. ................................................................................................................... 319

УРАВНЕНИЯ ИЗОБАРНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ, ЭНТАЛЬПИИ И ЭНТРОПИИВЕЩЕСТВ, КАК ФУНКЦИИ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ МЕЖДУ СОБОЙ, СООТВЕТСТВУЮЩИХПОЛИНОМОВ

ФЁДОРОВ С.В....................................................................................................................... 320

ИССЛЕДОВАНИЕ НАТИВНОЙ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ ЖИВОТНОГОПРОИСХОЖДЕНИЯ МЕТОДОМ ЭСДО

НЕЧИПОРЕНКО А.П., ОРЕХОВА С.М., НЕЧИПОРЕНКО У.Ю. .................................................... 340

ПРОБЛЕМЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМБИОМЕДИЦИНСКИХ НАНОЧАСТИЦ

БЕЗРУКОВА А.Г., ВЛАСОВА О.Л., ГАЛАКТИОНОВА А.А........................................................... 341

372

РАДИОЛИЗ РЕСТРУКТУРИРОВАННОЙ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ ЖИВОТНОГОПРОИСХОЖДЕНИЯ

ВАСИЛЬЕВА И.В., НЕЧИПОРЕНКО У.Ю., НЕЧИПОРЕНКО А.П., ОРЕХОВА С.М. ......................... 342

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГАЗОМЕТАБОЛИТНОЙ ДИАГНОСТИКИ

ГРЫЗУНОВ В.В., ТЕСЛЯ А.Б., КУЗЬМИН А.Г........................................................................... 344

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ФОТОПЕРИОДИЧЕСКОЙЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОБРАЗЦОВ ГРЕЧИХИ

КОШКИН В.А., РОМАНОВА О.И. ............................................................................................ 345

МЕЖНЕЙРОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ В ВЕГЕТАТИВНЫХ НЕРВНЫХ СПЛЕТЕНИЯХ

ПЕСТЕРЕВА Н.А.................................................................................................................... 348

ПОЛУЧЕНИЕ ПРОТИЕВОЙ ВОДЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ИСЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЦЕЛЕЙ

ПОЛЯКОВА Т.И., ВЛАДИМИРОВ А.В. ..................................................................................... 350

ИНГИБИРОВАНИЕ ФЕРМЕНТА КАТАЛАЗЫ ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИАВТОМОБИЛЕЙ

КИСЕЛЕВ И.Я. ...................................................................................................................... 352

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ МАЛЫХРЕК НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РОССИИ

МИХАЛЕВ М.А., КОВАЛЕНКО С.Н. ........................................................................................ 353

ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТРАТЕГИИ

ПРОКОПЕНКОВ С.В. .............................................................................................................. 354

Фундаментальные исследования и инновации в...

Documents