Статті КГВФ (ДІІТ)

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 20 of 37
  • Item
    Математична модель аналізу кисневого режиму в біореакторі
    (Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Машихіна, Поліна Борисівна; Побєдьонний, Руслан Павлович; Чірков, Антон Олексійович; Чирва, Максим Віталійович
    UKR: Мета. Сьогодні аеротенки широко використовують для очищення стічних вод підприємств та комунальних стоків. Оцінювання ефективності очищення води в аеротенках за різних режимів експлуатації є важливою задачею. Для розв’язання такої задачі потрібно мати математичні моделі, що дозволяють оперативне отримати дані щодо ефекту очищення в аеротенках. Основною метою роботи є розробка чисельної box-моделі для визначення ефективності очищення стічних вод в аеротенку. Методика. Для математичного моделювання процесу біологічного очищення стічних вод у біореакторі використовують нульвимірні рівняння матеріального балансу, що записані відносно концентрації субстрату, активного мулу та розчиненого кисню в стічних водах. Для розрахунку процесу окислення субстрату використано модель Monod. Для інтегрування моделювальних рівнянь використовують метод Ейлера. Розглянуто спрощену модель біологічного очищення води в біореакторі, що дає можливість отримати аналітичне розв’язання задачі. Отриманий аналітичний вираз дає можливість швидко визначити зміну концентрації розчиненого кисню в стічних водах залежно від зміни концентрації активного мулу в біореакторі. Побудована чисельна модель дає можливість визначати динаміку зміни концентрації забруднень, активного мулу та кисню в стічних водах за час перебування їх у біореакторі. Результати. Запропоновано інструмент теоретичної оцінки ефективності біологічного очищення стічних вод в аеротенку. Побудовано чисельну модель, що дає можливість визначити концентрацію розчиненого кисню, субстрату та активного мулу на виході з аеротенка. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельна модель, що дозволяє швидко розраховувати динаміку очищення стічних вод у біореакторі та на базі цієї інформації оцінювати ефективність роботи реактора. Практична значимість. Побудована математична модель може бути корисна під час реконструкції споруд біологічного очищення стічних вод, а також на етапі проєктування біореакторів для врахування їх роботи за різних умов експлуатації. Розроблено комп’ютерну програму, що реалізує побудовану чисельну модель. Наведено результати комп’ютерного експерименту.
  • Item
    Моделювання масопереносу у спорудах водовідведення
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Коваленко, Антоній Станіславович; Побєдьонний, Руслан Павлович; Чирва, М. В.
    UKR: Постановка проблеми. Проектування систем очищення стічних вод – складний процес, що потребує використання спеціальних математичних моделей. Як правило, на етапі проектування споруд систем водовідведення використовуються емпіричні моделі, що дозволяють отримати лише «інтегральну» характеристику ефективності очищення стічних вод. Але в низці випадків важливо мати інформацію щодо просторового розподілу концентрації домішки в споруді. Для розв’язання даної задачі потрібно мати тривимірні математичні моделі. Наразі існує дефіцит таких моделей, тому створення тривимірних багатофакторних моделей для аналізу ефективності споруд систем водовідведення бачиться актуальним. Мета роботи – розроблення тривимірної чисельної моделі для аналізу процесу масопереносу для визначення концентрації домішки у відстійнику. Методика. Аналіз концентраційних полів домішки у відстійнику здійснюється шляхом чисельного інтегрування тривимірного рівняння для потенціалу швидкості та тривимірного рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Для чисельного інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості застосовується змінно-трикутний метод та метод Лібмана. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки використовуються скінченорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Створено динамічну багатофакторну чисельна модель для аналізу процесу масопереносу домішки у відстійнику шляхом обчислювального експерименту. Практична значущість. Побудована багатофакторна чисельна модель дає можливість аналізувати ефективність очищення стічних вод у відстійниках, що мають складну геометричну форму та не можуть бути розраховані на базі існуючих інженерних методик. Висновки. На базі розробленої тривимірної чисельної моделі створено комп’ютерний код, що дозволяє оперативно отримати інформацію про розподіл концентрації домішки у відстійнику.
  • Item
    Зниження ризику ураження у випадку метальної дії уламків
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Калашніков, Іван Володимирович; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Тимошенко, О. А.
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання ризику ураження нафтосховища уламками у разі вибуху дрона. Здійснюється аналіз величини швидкості руху уламка та ефективності використання захисної перешкоди для зупинення руху уламка в напрямі нафтосховища. Мета роботи – оцінення ризику ураження стінки нафтосховища та ефективності використання захисної перешкоди від метальної дії уламків від вибуху дрона. Методика. Для аналізу ризику ураження нафтосховища при розльоті уламків дрона використовується чисельна модель, що базується на інтегруванні рівняння руху матеріальної точки та емпіричної моделі, що дозволяє визначити швидкість уламка після проходження тіла захисної перешкоди. Побудована чисельна модель враховує початкову швидкість уламка, розмір уламка, напрям руху уламка, висоту викиду уламка. На базі даної чисельної моделі створено комп’ютерний код для проведення обчислювального експерименту. Наукова новизна. Розроблено ефективну математичну модель для аналізу ризику ураження нафтосховища від метальної дії уламків, що утворюються від вибуху дрона. Модель дозволяє визначити ефективність використання перешкоди для захисту нафтосховища від метальної дії уламків. Практична значущість. Розроблено комп’ютерний код для розрахунку динаміки руху уламків у повітрі, що утворюються від вибуху дрона. Використання цього коду дозволяє підібрати раціональні розміри захисної перешкоди на промисловому майданчику для захисту нафтосховища від ураження. Висновки. Розроблено ефективний інструмент аналізу ризику ураження нафтосховища від метальної дії уламків, що утворюються від вибуху дрона. Наведено результати обчислювальних експериментів.
  • Item
    Математичне моделювання в проблемах очистки води
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Машихіна, Поліна Борисівна; Козачина, Віталій Анатолійович; Цуркан, Валерія Вячеславівна
    UKR: Постановка проблеми. Аналіз ефективності роботи очисних споруд у системах водовідведення на етапі їх проєктування має велике значення. Також на етапі реконструкції споруд або налаштування їх роботи в умовах іншого навантаження потрібно знати ефективність очистки води на різних ділянках очисних споруд. Така інформація дає можливість раціонально експлуатувати споруди. Для розв’язання задач даного класу найбільш ефективний інструмент – це метод чисельного моделювання. В роботі розглянуто побудову комплексу чисельних моделей для розв’язання задач даного класу. Методологія. Для розв’язання задачі гідродинаміки – визначення поля швидкості потоку стічних вод в очисній споруді – використовуються дві фундаментальні моделі. Перша – модель безвихрового руху нестисливої рідини. Друга модель – рівняння Нав’є–Стокса, що записані у змінних Гельмгольца. Для визначення полів концентрації домішки в очисних спорудах використовується рівняння масопереносу, що враховує швидкість течії, дифузію, наявність джерел емісії домішки. Для розрахунку процесу біологічного очищення стічних вод використовуються рівняння матеріального балансу для субстрату та активного мулу. Для побудови чисельних моделей, що дозволяють розрахувати гідродинаміку потоку та розподіл концентрації домішки в споруді, використовуються скінченорізницеві схеми. Для чисельного розв’язання рівнянь матеріального балансу застосовується метод Ейлера. Результати. Побудовано чисельні моделі, що були використані для розробки комплексу комп’ютерних програм. Ці комп’ютерні програми дозволяють у режимі реального часу аналізувати ефективність очистки води у споруді. Новизна. Розроблено чисельні моделі, що дозволяють досліджувати процес очистки води в спорудах типу «відстійник» та в аеротенках, тобто для значного класу очисних споруд, що використовуються на практиці. Практична цінність. Час розрахунку поля швидкості та концентраційного поля домішки в очисній споруді, що має складну геометричну форму, складає декілька секунд. Це дозволяє використовувати розроблені чисельні моделі для серійних розрахунків у проектних організаціях у щоденній роботі.
  • Item
    Моделювання роботи водяної завіси для захисту працівників від термічного ураження
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Вергун, Оксана Олександрівна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається оцінювання ефективності використання водяної завіси для зменшення ризику термічного ураження людей під час пожежі. Ставиться задача визначення температурних полів під час подачі води для охолодження повітря. Мета роботи − розроблення числової моделі для розрахунку процесу розповсюдження крапель води в повітрі, їх випарювання для зменшення температури нагрітого повітря внаслідок пожежі. Методика. Для математичного моделювання процесу поширення крапель води в повітрі, теплового забруднення повітря застосовуються конвективно-дифузійне рівняння масопереносу, рівняння енергії та рівняння, що описує рух ідеальної рідини (модель потенціальної течії). Модель потенціальної течії дозволяє швидко визначити поле швидкості повітряного потоку в областях, що мають складну геометричну форму. Для числового інтегрування рівняння конвективно-дифузійного масопереносу та рівняння енергії застосовуються неявні різницеві схеми розщеплення. Для побудови різницевого аналога моделювальних рівнянь використовується фізичне розщеплення базових рівнянь. Для розв'язання задачі аеродинаміки − визначення поля потенціалу швидкості та компонент вектора швидкості повітряного потоку застосовуються метод Річардсона та схема умовної апроксимації. Розроблено інженерну методику розрахунку процесу випарювання краплі води, що базується на законі Срезневського. Наукова новизна. Розроблено ефективну числову модель, що дозволяє методом обчислювального експерименту визначати ефективність використання водяної завіси для зменшення рівня теплового забруднення атмосферного повітря внаслідок пожежі. Числова модель базується на інтегруванні фундаментальних рівнянь аеродинаміки, тепломасопереносу. Модель враховує найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на процес, який досліджується: рух нагрітого повітря, рух крапель води в повітрі, випарювання краплі тощо. Практична значимість. На базі побудованої моделі створено комп’ютерний код, що дозволяє швидко визначати температурні поля в повітрі з використанням водяної завіси. Числова модель буде корисна для проведення обчислювальних експериментів з метою науково обгрунованого вибору місця розташування водяної завіси під час пожежі. Висновки. Створено комп’ютерну програму (код), що дозволяє методом обчислювального експерименту досліджувати ефективність використання водяної завіси під час пожежі. Розроблена комп’ютерна програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Наведені результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Технологія очищення стічних вод в умовах космосу
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2021) Долина, Леонід Федорович; Нагорна, О. К.; Ждан, Юлія Олександрівна; Долина, Д. А.
    UKR: Постановка проблеми. Система життєзабезпечення Міжнародної космічної станції обов’язково включає забезпечення екіпажу водою питної якості та очищення і знешкодження стічних вод. Вартість доставки води до МКС дуже висока, тому необхідно вдосконалювати технологічні схеми очищення стічних вод в умовах космосу з метою повторного використання води в повному замкненому циклі. Методи. Дослідження виконані на підставі аналізу українських і зарубіжних наукових джерел і звітних даних про специфіку використання води на космічних станціях і способах очищення стічних вод. Для розроблення технології очищення стічних вод в умовах космосу, окрім світового досвіду, використані власні дослідження. Наукова новизна. Автори статті провели аналіз роботи існуючих споруд з очищення стічних вод в умовах космосу і подали рекомендації до їх використання на МКС. Розроблена технологія для очищення стічних і питних вод в умовах невагомості (космосу) ґрунтується на використанні реакторів. Реактори можуть бути виконані з різних матеріалів (метал, пластик та ін.), вони не містять нестандартного устаткування, яке вимагає заводського виготовлення. Компактність, повна герметичність і невеликі габарити біо- і фізико-хімічних реакторів дозволяють установлювати їх у межах МКС. Процес очищення простий в керуванні і може бути повністю автоматизований. Практична значимість. Водні проблеми – головні у всьому світі, у тому числі і в умовах космосу. На МКС має бути передбачена система обробки стічних вод та їх замкнутого використання, оскільки постачання станцій новою водою значно збільшує вартість освоєння космічного простору. Якісна вода − це здоров’я і благополучна робота людей в умовах космосу. Оскільки в космосі відсутня гравітація, для відділення зважених речовин від води треба використовувати відцентрові сили (центрифуги). Висновки. Комплексний розгляд питань, що пов’язані з очищенням стічних вод в умовах космосу, дозволяє зробити висновок про необхідність регенерації води на Міжнародних космічних станціях (МКС).
  • Item
    Комп’ютерне 3D моделювання процесу очищення стічних вод у відстійнику
    (Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Бразалук, Юлія Володимирівна; Кіріченко, П. С.; Машихіна, Поліна Борисівна; Коваленко, Антоній Станіславович
    UKR: Мета. Відстійники широко використовують у технологічних схемах очищення стічних вод. Як правило, на практиці використовують відстійники, що мають горизонтальну форму. Але для підвищення ефективності очищення води в горизонтальному відстійнику можуть бути використані додаткові елементи, які розташовують у споруді в різних місцях. Під час реконструкції таких споруд або проєктування їх для нових підприємств потрібне оцінювання ефективності роботи відстійників за різних умов експлуатації. Для розв’язання цієї задачі важливу роль відіграють математичні моделі, зокрема проведення фізичних експериментів, що потребує значного часу на отримання результатів. У випадку математичного моделювання процесу очищення води у відстійнику потрібно розв’язати дві задачі: гідродинамічну задачу та задачу масопереносу. Основною метою статті є розробка 3DCFD-моделі для розрахунку поля концентрації домішки у відстійнику. Методика. Для комп’ютерного розрахунку процесу очищення стічних вод у відстійнику розраховано динамічну багатофакторну чисельну модель. Гідродинаміку потоку стічних вод у відстійнику розраховано на базі тривимірного рівняння для потенціалу швидкості (модель потенціального руху). Розрахунок поля концентрації домішки у відстійнику визначено шляхом чисельного інтегрування тривимірного рівняння масопереносу. Це рівняння враховує нерівномірність поля швидкості потоку у відстійнику, процес дифузії, гравітаційне осадження домішки у споруді. Чисельне інтегрування модельованих рівнянь здійснено шляхом використання скінченнорізницевих схем розщеплення. Результати. Здійснено програмну реалізацію побудованої математичної моделі. Наведено результати обчислювального експерименту з дослідження процесу очищення стічних вод у відстійнику з візуалізацією результатів розрахунків. Наукова новизна. Розроблено багатофакторну тривимірну CFD-модель, що дозволяє швидко оцінити ефективність роботи відстійника. Практична значимість. Запропонована CFD-модель може бути використана під час проведення розрахунків у випадку проєктування систем очищення стічних вод або для визначення ефективності очищення стічних вод за нових режимів експлуатації.
  • Item
    Experimental Study of the Intensity of Coal Dust Removal
    (Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipro, Ukraine, 2023) Biliaiev, Mykola M.; Berlov, Oleksandr V.; Brazaluk, Yuliia V.; Kozachyna, Vitalii A.; Oladipo, Mutiu Olatoye
    ENG: Problem statement. Industrial sites where coal storages are located are intensive sources of dust pollution of the environment. There is an important problem of assessing the intensity of dust removal into the atmospheric air from polluted areas. Knowledge of the intensity of dust removal into the atmospheric air makes it possible to scientifically assess the impact of contaminated sites on the pollution of the environment and work zones at industrial sites. The solution to this problem can be obtained experimentally. The purpose of the article. An experimental study of the value of the air flow velocity at which the detachment of dust particles from the surface with coal begins and their removal into the air and the determination of the intensity of the emission of coal dust from the contaminated surface. Methodology. The intensity of removal of coal dust from the contaminated area was studied experimentally in laboratory conditions. The research was conducted on coal samples from DTEK “Pavlohradvuhillya”, grade “ДГ. During the research, the velocity of the air flow at which the process of movement of dust particles along the emission source began and the velocity of “detachment” of dust particles and their removal from the emission source were determined. At the second stage of experimental research, the intensity of removal of coal dust from the polluted area was determined. Scientific novelty. The values of the air velocity at which the removal of coal dust particles from the contaminated area begins were determined experimentally. The regularity of the intensity of the removal of coal dust depending on the velocity of the air flow over the contaminated area was obtained. Practical significance. The obtained experimental data make it possible to determine under which weather conditions there is a risk of dust formation and the removal of dust into the atmosphere. The empirical dependence obtained by processing experimental data can be used for a scientifically based assessment of the level of pollution of working areas at industrial sites where there are coal storage facilities. Conclusions. The value of the velocity of the air flow at which the movement of dust particles on the contaminated surface begins, as well as the value of the velocity of the air flow at which the removal of dust particles into the air begins, was determined experimentally. The resulting empirical model can be used to estimate environmental damage due to dust pollution of atmospheric air.
  • Item
    Експрес-розрахунок кисневого режиму в очисних спорудах
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Машихіна, Поліна Борисівна; Татарко, Лариса Гаврилівна; Чірков, А. О.; Чирва, М. В.
    UKR: Постановка проблеми. Ефективність біологічного очищення води суттєво залежить від концентрації розчинного кисню в об’ємі біореактора. Але під час роботи біореакторів кисневий режим змінюється, тому важливо прогнозувати концентрацію кисню для різних режимів експлуатації очисних споруд. Для розрахунку кисневого режиму використовуються спрощені математичні моделі, але такі моделі розроблені для типових біореакторів. Важливим завданням стало розроблення ефективних багатофакторних чисельних моделей для оцінювання кисневого режиму в реакторах різної геометричної форми, що відрізняються від «класичних». Мета роботи − розроблення CFD-моделі для оперативного оцінювання кисневого режиму в біореакторах. Методика. Для математичного моделювання кисневого режиму в біореакторі використовується двовимірне рівняння масопереносу, що враховує місце подачі кисню від аератора, розташованого у споруді, гідродинаміку течії в біореакторі, процес дифузії. Для розв’язання гідродинамічної задачі використано модель потенціального руху. Чисельне інтегрування моделювальних рівнянь здійснюється шляхом використання скінченно різницевих схем розщеплення. На кожному кроці розщеплення різницеві рівняння розв’язуються за допомогою явних схем. Це дозволяє просту комп’ютерну реалізацію чисельної моделі. Наукова новизна. Розроблено багатофакторну двовимірну CFD-модель, що дозволяє швидко оцінити кисневий режим у біореакторі, який використовується для очищення стічних вод. Практична значущість. Розроблена CFD-модель та комп’ютерний код можуть бути використані на етапі проектування або реінжинірингу біореакторів з метою пошуку оптимального розташування в споруді аераторів. Висновки. Здійснено програмну реалізацію розробленої чисельної моделі. Наведено результати обчислювального експерименту із дослідження процесу очищення стічних вод у відстійнику.
  • Item
    Комплексне оцінювання зон забруднення за екстремальних ситуаційна енергетичних об’єктах
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Калашніков, Іван Володимирович ; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Тимошенко, О. А.
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування зон ураження за різних видів техногенного навантаження у випадку виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Комплексне прогнозування включає визначення областей хімічного, теплового та механічного забруднення у разі виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Мета роботи − розроблення теоретичного інструментарію та пакета програм для комплексного прогнозування зон хімічного, теплового та хімічного забруднення навколишнього середовища за виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Методика. Для прогнозування зон хімічного, теплового та механічного забруднення навколишнього середовища за виникнення екстремальної ситуації на АЗС використовуються фундаментальні рівняння механіки суцільного середовища: для розрахунку зон хімічного забруднення − рівняння масопереносу; для визначення зон теплового забруднення атмосферного повітря − рівняння енергії; для розрахунку зон механічного забруднення використовується другий закон Ньютона. Інтегрування моделювальних рівнянь здійснюється чисельним шляхом. Створено спеціалізований пакет програм для комплексного прогнозування забруднення навколишнього середовища. Наукова новизна. Запропоновано спеціалізований пакет програм на базі розроблених чисельних моделей для оцінювання зон хімічного, теплового та механічного забруднення, що виникає у випадку екстремальної ситуації на АЗС. На основі розроблених чисельних моделей здійснено оцінювання комплексного забруднення навколишнього середовища за екстремальної ситуації на АЗС в м. Дніпро. Практична значущість. Розроблені чисельні моделі реалізовані у вигляді пакета прикладних програм, що має широкий робочий діапазон. Пакет програм орієнтований на розв’язання задач у галузі екологічної безпеки та охорони праці. Визначення зон хімічного, теплового та механічного забруднення довкілля за допомогою розробленого пакета програм буде важливим для розроблення ПЛАСу. Висновки. Створено ефективний інструмент теоретичного аналізу зон забруднення, що формуються за екстремальної ситуації на АЗС. Наведено результати обчислювальних експериментів.
  • Item
    Оцінювання впливу об’єкта енергетики на забруднення навколишнього середовища
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Губін, О. І.; Машихіна, Поліна Борисівна; Усенко, Андрій Юрійович; Тимошенко, Л. О.
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання впливу котельної на забруднення атмосферного повітря. Таке оцінювання дуже важливе у разі розташування котелень поблизу селитебних зон. Оскільки метеоумови для кожного регіону характеризуються зміною напряму вітру, інтенсивністю атмосферної дифузії, появою штилю, важливо мати інформацію про формування зон забруднення в селитебних зонах. Для розв’язання даної задачі дуже важливе використання математичного моделювання, тому що наразі неможливо створити достатню кількість постів спостереження біля об’єктів паливно-енергетичного комплексу. Мета роботи − чисельний аналіз впливу котельної на інтенсивність забруднення атмосферного повітря за різних метеоумов. Методика. Для оцінювання зон забруднення, що формуються в атмосферному повітрі під час викиду з труби котельні, використовується 3D-рівняння конвективно-дифузійного переносу. Модель враховує атмосферну стратифікацію, інтенсивність емісії домішки, профіль вітру, швидкість вітру. Чисельне інтегрування рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки здійснюється за допомогою скінченно різницевих схем. Моделювальне рівняння розщеплюється на рівняння конвективного переносу забруднювальної речовини та рівняння розсіювання забруднювальної речовини шляхом атмосферної дифузії. Окремо розв’язується рівняння, що описує зміну концентрації домішки в атмосферному повітрі внаслідок викиду забруднювальної речовини з труби. На наступному етапі будуються скінченно різницеві схеми, що дозволяють розв’язати рівняння розщеплення. Наукова новизна. На базі побудованої чисельної моделі визначені зони забруднення атмосферного повітря під час викиду СО з труби котельні. Запропонована чисельна модель дозволяє прогнозувати забруднення атмосферного повітря для різних метеоумов у рамках одного пакета програм. Практична значущість. Розроблено комп’ютерний пакет програм на базі запропонованої чисельної моделі, що дає можливість здійснювати аналіз зон хімічного забруднення атмосферного повітря, які формуються під час викиду домішки з труби котельні за різних метеоумов. Висновки. На базі запропонованої чисельної моделі здійснено прогнозування зон хімічного забруднення атмосферного повітря в селитебній зоні, в якій розташовується котельня. Наведено результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Modeling Influence of TiO2 Barrier Coating on Pollutant Dispersion Near Road
    (Kaunas University of Technology, 2023) Biliaiev, Mykola M.; Berlov, Oleksandr V.; Biliaieva, Viktoriia V.; Kozachyna, Vitalii A.; Kozachyna, Valeriia; Yakubovska, Zinaida M.
    ENG: Mitigation strategies for near-road air pollution are of great interest nowadays. Sound barriers near the road are very effective to decrease pollutant concentration. The use of titanium dioxide (TiO2) barrier coating provides additional effect which allows to decrease pollutant concentration near road. In this study quick- computing CFD model was developed to access influence of TiO2 barrier coating on pollutant concentration. To simulate wind flow over barrier with TiO2 coating model of potential flow was used. The process of NOx dispersion from car was computed using mass conservation equation. Finite-difference schemes were used for numerical integration of governing equations. The computer code was developed on the basis of proposed numerical model. Results of numerical simulations are presented.
  • Item
    Simulation of Chemical Accident with Ammonia at the Pipe Line
    (Kaunas University of Technology, 2023) Biliaiev, Mykola M.; Berlov, Oleksandr V.; Biliaieva, Viktoriia V.; Kozachyna, Vitalii A.; Kozachyna, Valeriia; Mashykhina, Polina B.
    ENG: Ammonia is transported through Ukraine via the Togliatti-Odesa ammonia pipeline. The hostilities in Ukraine pose a risk of damage to this transportation system as a result of a shell, mine, etc. hitting the transportation system. Therefore, it is very important to predict the possible consequences of environmental pollution in the event of such an extreme situation. A numerical model was developed to solve this problem. The three-dimensional equation of convective-diffusive transport of an impurity in the atmosphere is used to predict the dynamics of pollution of atmospheric air and the underlying surface. Finite-difference splitting schemes are used to numerically integrate this equation. On the basis of the constructed numerical model, a computer code was developed to take into account the change in the intensity of ammonia leakage from the damaged pipeline. The results of a computational experiment are presented.
  • Item
    Study of the Short-Range Order of Co-W Alloys Electrodeposited Using Pulse Current
    (Vasyl Stefanyk Precarpathian National University, 2023) Gerasimenko, Dmitriy; Tytarenko, Valentina V.
    ENG: Pulsed electrodeposition modes allowed to obtain amorphous Co-W alloys. Using X-ray phase and spectral analysis methods, it was established that the deposition modes and the concentration of the amorphizing component (sodium tungstate salts) in an aqueous electrolyte solution affect the amorphization of alloys. The short-range atomic order was studied by X-ray diffraction analysis and the sizes of the regions of ordered arrangement of atoms were determined in X-ray amorphous Co-W alloys obtained by pulsed electrodeposition. The radial distribution function of atoms was analysed. The assumption is made that cobalt and tungsten atoms combine into configurations that are irregular polyhedrons.
  • Item
    Heat Capacity of Thin Films at High Temperatures
    (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ, 2023) Shtapenko, Eduard P.; Syrovatko, Yu. V.
    ENG: The purpose of this paper is to develop a model, which allows determining the heat capacity of thin films at the temperatures comparable to and exceeding the Debye temperature. The model presented in the paper takes into consideration the anisotropy of vibrations of the corresponding bending waves and wave vibrations in the plane occurring with the decrease in the film thickness. Furthermore, the model is based on the quadratic dispersion law for bending wave vibrations in the normal direction of a thin film and the linear dispersion law for the wave vibrations in the film plane. In order to expand the existing model representations for the heat capacity of thin films at low temperatures, we used the Debye’s method in the integral expression for the free energy. We considered this approach earlier in the model representations of the heat capacity of anisotropic quasi-crystals. Our findings show that the thin-film heat-capacity dependence on the temperature has a maximum and exceeds the heat capacity of a bulk sample. This circumstance confirms the experimental data obtained earlier by other authors. Besides, according to the experimental data collected from the literature, heat capacity of the thin films rises, compared to values of the bulk sample, when the film thickness decreases. This factor is also reflected in the model under consideration, and the calculated dependence of the increase in thin films on the number of atomic layers correlates well with the experimental data. Therefore, the proposed model allows determining the heat capacity of thin films at the temperatures exceeding the Debye temperature with sufficient accuracy without experimental investigation.
  • Item
    Simulation of the Structure of Chromium Carbide in the Research of Amorphous Alloys
    (Dnipro State Technical University, Kamianske, Ukraine, 2023) Kruglyak, Irina; Baskevich, Oleksandr; Gulivets, Alexey; Maksimenko, Oleg
    ENG: Work are considered theoretical aspects of modeling amorphous and nanocrystalline alloys of transition metals and metalloids. Modeling of the close order of amorphous Cr–C alloys obtained by the electrodeposition method was carried out, depending on the current density and temperature of the electrolyte. The dependence between the production conditions and the close order of amorphous alloys was established. A technique for deciphering the radial distribution function of atoms (RDF) based on the concept of the cluster structure of amorphous metals has been developed. Modeling of the close order of amorphous Cr–C alloys was carried out using the approximation of the peaks of FRPA atoms, which are characteristic of the amorphous Ni86P14 alloy. The structure of electrodeposited Cr–C precipitates at different values of current density and electrolyte temperatures was investigated. It was established that the structure of the material is amorphous, and the sizes of the oriented random regions (ORA) vary from 3.6 to 5 nm. The lattice parameters of the samples increase slightly, which is associated with a change in the amount of carbon. The volume of the sediment consists of ORA, the shape of which is close to cuboctahedra, and the volume fraction decreases with an increase in the temperature of the electrolyte.
  • Item
    Simulation of the Formation of Protective Coatings using the Radial Distribution Function of Atoms
    (Dnipro State Technical University, Kamianske, Ukraine, 2023) Sereda, Borys; Baskevich, Oleksandr; Gulivets, Alexey; Udod, Andrey
    ENG: Studies of the structural factors of alloys, carried out using wide-angle and small-angle X-ray studies, allowed us to identify general patterns for various alloys. The use of apodization of the Fourier distribution of X-ray diffraction (XRD) contributes to the leveling of the effect of the break in the experimental intensity curve and facilitates close-order modeling. It was established that the height of the main peak of the structural factor decreases, and the position slightly shifts towards larger angles when the arrangement of alloys increases. The second maxima of the structural factor have an asymmetric shape, which varies depending on the conditions for obtaining the alloys. As the amount of phosphorus in the alloys decreases, the relief and height of the peaks increase. It was found that the diversity of the close order of the alloys is related to the deposition conditions, in particular, to a large value of the overvoltage at the cathode and the penetration of phosphorus atoms into the structure of the alloys. The obtained modeling results allow us to establish the conditions for the formation of close order in alloys and expand our understanding of the structural features of materials.
  • Item
    Methodology for Modeling the Spread of Radioactive Substances in Case of an Emergency Release at a Nuclear Power Plant
    (National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkiv, 2023) Levchenko, Larysa; Biliaiev, Mykola M.; Biliaieva, Viktoriia V.; Ausheva, Nataliia; Tykhenko, Oksana
    ENG: The methodology for modeling the propagation of accidental releases of radionuclides from a power unit of a nuclear power plant has been developed. The calculation method takes into account the most critical factors propagation cloud - wind direction and speed, the intensity of the release radionuclides change: semi-continuous release, long-term release, instantaneous release. Diffuse processes and the presence of interference in the form of buildings were also taken into account. To solve the modeling equation of the aerodynamic model, the velocity potential equation is solved. The use of this equation instead of the traditional Novier-Stokes equation makes it possible to rationalize the calculation process in terms of the speed obtaining simulated data. To build a numerical model, a rectangular difference grid is used. The velocity potential and the quantities values of volumetric activity are determined at the centers of difference cells. The value of the airflow velocity vector component is determined on the sides of the difference cells. A finite-difference splitting scheme is used for numerical integration of the equation convective-diffusion transfer radionuclides. A computer code was developed on the basis of the constructed numerical model, the programming language Fortran was used. The approach used makes it possible to reduce the time for obtaining one scenario of an accident development. The cloud propagation dynamics determining is carried out almost in real time. This allows you to quickly respond to changing situations and make adequate decisions.
  • Item
    Адгезійна міцність електроосаджених металевих плівок з металевими підкладками
    (Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара, Дніпро, Україна, 2023) Штапенко, Едуард Пилипович; Воронков, Євген Олегович; Заблудовський, Володимир Олександрович; Титаренко, Валентина Василівна; Краєва, Віолетта С.; Кузнецов, Віталій Миколайович
    UKR: У роботі розглянуто адгезійну міцність електроосаджених покриттів нікелю, заліза, міді та цинку на мідній та сталевій підкладках. Для визначення теоретичних значень адгезійної міцності запропоновано теоретичний підхід до визначення адгезійної міцності на межі метал-метал. Авторами на основі аналізу механізму адгезії і природи контактної взаємодії отримано аналітичний вираз для розрахунку значень адгезійної міцності для певних пар металів, проте знаходження точного значення ряду величин, що входять у цей вираз, наприклад, питомої енергії зв'язку та модуля пружності, становить великі труднощі. Розрахунок енергії взаємодії атомів покриття та підкладки проводили за методом теорії функціоналу густини. У результаті було отримано теоретичні значення адгезійної міцності електроосаджених покриттів нікелю, заліза, міді та цинку на мідній та сталевій підкладках, які добре узгоджуються з експериментальними значеннями адгезійної міцності. Однак, існуючі розбіжності між теоретичними та експериментальними даними викликані певними труднощами знаходження питомої енергії зв'язку та модуля пружності, які пов'язані зі складністю моделювання реальної структури як плівки, так і підкладки. Пошуки вирішення цих питань стануть предметом подальших досліджень.
  • Item
    Квантово-механічне моделювання взаємодії частинок ультрадисперсного алмазу з йонами нікелю
    (Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна, 2023) Титаренко, Валентина Василівна; Заблудовський, Володимир Олександрович
    UKR: Методом електроосадження з водного розчину електроліту нікелювання, що містить частинки ультрадисперсного алмазу (УДА), отримані металеві композиційні покриття. Результати досліджень катодних поляризаційних залежностей свідчать про збільшення опору перенесення заряду через можливу адсорбцію йонів металу на поверхні частинок УДА. Для встановлення механізму співосадження йонів металу та частинок УДА автори запропонували квантово-механічну модель формування металовуглецевого комплексу йонів нікелю з коміркою кристалічної ґратки алмазу, що відповідає точковій групі симетрії $m3m$ ($4/m$ $-3$ $2/m$). Методом теорії функціонала густини з використанням гібридного функціонала B3LYP досліджено адсорбційні властивості атомів нікелю з коміркою алмазу. Запропоновано моделі комірки алмазу з одним, двома та трьома зв'язаними йонами металу. Розрахунки енерґій зв'язку виконані з використанням пакета програм GAUSSIAN 09. Результати розрахунків енерґії зв'язку адсорбованих йонів нікелю з коміркою алмазу показали, що у водному розчині електроліту можлива адсорбція йонів нікелю на поверхні частинок УДА з утворенням стабільних комплексів метал-вуглецевий наноматеріал. За послідовного приєднання одного та двох йонів металу до комірки алмазу енерґія зв'язку зменшується від 0.200 еВ до 0.126 еВ. Три і більше йони нікелю не утримуються на поверхні кристалічної ґратки алмазу, оскільки їхня енерґія зв'язку менша від енерґії теплового руху 0.025 еВ. Металовуглецеві комплекси, що утворилися у водному розчині електроліту, унаслідок адсорбції атомів нікелю на поверхні частинок УДА, набувають позитивного заряду й рухаються до катода під дією електричного поля, створеного різницею потенціалів між анодом і катодом. Результати досліджень растрової електронної мікроскопії (РЕМ) поверхні та металографії торцевих шліфів електролітичних нікелевих покриттів підтверджують припущення щодо механізму сумісного осадження йонів металу та частинок УДА на катоді. Наявність частинок УДА в композиційному нікелевому покритті реєструється у вигляді темних включень.