Кафедра енергетичних систем та енергоменеджменту (ДМетІ)

Permanent URI for this communityhttp://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/14599

UK: Кафедра енергетичних систем та енергоменеджменту (Дніпровський металургійний інститут) EN: Department of Energy Systems and Energy Management (DMetI)

Browse

Now showing 1 - 40 of 93

Energy-Efficient Solutions of Foundry Class Steelmaking Electric Arc Furnace
(Dnipro University of Technology, Dnipro, 2021) Timoshenko, S. M.; Gubinski, M. V.; Niemtsev, E. M.
ENG: Purpose. Substantiation of solutions aimed at reducing heat losses, mainly, by refractory lining during forced downtime and by steelmaking bath in conditions of traditionally low specific power of transformer. Methodology. Mathematical modeling of heat and mass transfer processes and numerical experiment. Findings. A mathematical model of energy-technological processes in arc furnace workspace has been developed to analyze and minimize energy consumption in daily production cycle. Geometrical and operating parameters are taken into account, in particular: variation in arcs energy efficiency at evolution of wells in charge under electrodes during melting process; circulation of melt due to bubbling with inert gas through bottom porous plug; energy loss on heat accumulation by refractory, with cooling water and off-gas. Originality. For the first time, the concept of increasing energy efficiency of arc furnace has been substantiated, based on the following set of solutions: increase in specific electrical power by reducing of charge at given productivity; reduction of bath shape factor (ratio of diameter to depth) from traditional 5 up to 2.5 by deepening and, accordingly, its radiating surface; optimization of walls and roof cooled surface relative area, where massive heat-absorbing refractory lining is not used; application of energy-saving water-cooled elements with spatial structure that promotes formation of heat-insulating and heat-accumulating slag filling. Practical value. Implementation of the set of energy-efficient solutions in conditions of typical 6 and 12-t foundry class arc furnaces provides reduction in power consumption and refractory expenditure by 1315 and 2830% respectively without significant changes in production infrastructure due to reducing energy loss, mainly, for accumulation of heat by refractory lining, and intensification of heat and mass transfer processes in forcibly stirred deep bath.
Розробка ефективних рішень з енергетичного використання відходів вуглезбагачення
(Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова, Київ, Україна, 2021) Пінчук, Валерія Олександрівна; Шишко, Юлія Вікторівна; Зима, О. В.
UKR: Проведено дослідження газифікації відходів вуглезбагачення довгополуменевого вугілля з зольністю 32-40,8%. Процес газифікації досліджувався при атмосферному тиску, як окислювач використовувався повітря, повітря, збагачене киснем і кисень. Показано, що при газифікації відходів вуглезбагачення в залежності від складу застосовуваного дуття, кількісного співвідношення реагентів, параметрів технологічного режиму можливе отримання газів різного складу і теплової цінності. Запропоновано реалізацію процесу газифікації відходів вуглезбагачення здійснювати в реакторі-газифікаторі циклонного типу, в якому відбувається потокова автотермічна газифікація з рідким шлаковидалення.
Energy Efficient Water-Cooled Elements for Foundry Class Electric Arc Steelmaking Furnaces
(НМетАУ, Дніпро, 2021) Timoshenko, Sergii; Nemtsev, Eduard; Gubinskij, Mikhail
ENG: Analysis of recent research and publications. Low energy efficiency of foundry class electric arc steelmaking furnaces (EAF) mainly is caused by heat loss in massive refractory lining during forced downtime. A low-power transformer doesn’t allow, in the conditions of classical technology, practice of traditional water-cooled elements in order to replace partially the lining, what determines increased refractory consumption. Known mathematical models of heat and mass transfer in the EAF working space don’t pay sufficient attention to the features of thermal state and energy loss in water-cooled elements in relation to foundry class furnaces. Purpose. Work aims to improve energy efficiency and refractory savings in foundry class EAF due to water-cooled elements design improvement. Method. Work is based on numerical modeling of heat exchange by radiation in the working space of the EAF and thermal state of water-cooled elements with spatial structure. Research findings. On the base of radiation heat exchange study, a multiple regression equation for power of heat loss with cooling water was obtained, taking into account capacity of the furnace, steelmaking bath shape factor (diameter to depth ratio), duration of technological period of the heat and averaging coefficient of heat flux through working surface of water-cooled element. For traditional one-row, two- and elaborated three-row panels averaging coefficient is 0.82, 0.67 and 0.61, respectively. Practical significance. Three-row water-cooled wall panels with a spatial structure are elaborated, which provide a decrease in heat loss with cooling water by 14 %, in comparison with two-row ones and by 40% in comparison with traditional one-row panels with dense structure. Estimates of optimal relative cooled surface for 3-12-ton EAF working space, providing refractory savings up to 25-30% due to three-row water-cooled panels installation, are substantiated.
Концептуальні технологічні рішення з виробництва дрібносортної продукції з безперервнолитих заготовок
(Фізико-технологічний інститут металів і сплавів Національної академії наук України, Київ, 2021) Герасименко, В. Г.; Синегін, Євген Володимирович; Молчанов, Лавр Сергійович; Перерва, Валерія Яківна; Суховецький, Сергій Васильович
UKR: У статті розглянуто технологічні особливості переведення металургійних підприємств, орієнтованих на випуск дрібносортної і дротяної металопродукції, на безперервне розливання і ключові фактори, такі як переріз заготовки, вибір місця розташування машини безперервного лиття заготовок, схеми передачі безперервнолитих заготовок до дрібносортних і дротових станів. Розглянуто передумови переведення виробництва на безперервне розливання сталі і завдання, вирішення яких необхідне для його здійснення, зокрема організація потоків металу в промковші, дозування сталі на ділянці «промківш – кристалізатор», застосування кристалізаторів зі змінною конусністю, способи і режими вторинного охолодження безперервнолитих заготовок та ін. Також розглянуто сучасні методи зовнішніх динамічних впливів на метал в передкристалізаційний період, зокрема електромагнітне перемішування рідкої фази безперервнолитої заготовки і технологію «м'якого» обтиску. Описано особливості розливання блюмових заготовок і заготовок з флокеночутливих марок сталі, заходи щодо попередження утворення дефектів безперервнолитої заготовки. Як одне з невід'ємних умов застосування машин безперервного розливання сталі, детально розглянуто методи позапічної обробки сталі для підготовки її до безперервного розливання. Особливу увагу приділено обробці сталі на установках ківш-піч і вакууматорах, зокрема вибору конкретних способів обробки залежно від сортаменту виробленої сталі і розв'язуваних ними технологічних задач. Розглянуто переваги та перспективи поєднання процесів безперервного лиття заготовок з обробкою металу тиском (прокаткою), а також завдання та проблеми, що виникають перед інженерами при їх здійсненні. Зокрема, поряд з традиційною технологією виробництва прокату розглянуто технології «гарячого посаду» і прямої прокатки.
Walnut Shells as a Potential Fuel for Iron Ore Sintering
(Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, 2021) Kieush, Lina; Koveria, Andrii; Boyko, Maksym; Hrubyak, Andrii; Sova, Artem; Yefimenko, Vadym
ENG: Purpose. Iron ore sintering is a predominant process for fine iron ore and its concentrate to be applied in the blast furnace process. However, sintering produces a negative impact on the environment. One of the effective ways to reduce greenhouse gas emissions from iron ore sintering is to use CO2-neutral biomaterials for the fuel needs of this technology. Walnut shells (WNS) are a promising raw material for such fuel substitute. Herein, the effect of the raw and the pyrolyzed WNS with a constant fineness of 3-0 mm on the sintering process and the sinter properties were studied. The proportion of WNS in the fuel composition was set to 25 wt.%. It has been established that the use of WNS pyrolyzed up to 873 K is optimal. Additionally, the difference in the reactivity of WNS and coke breeze has provoked the studies on the influence of the pyrolyzed WNS size on the sintering process. WNS size was set to 1-0, 3-0, 5-0, and 7-0 mm. It has been found that the most optimal both for the iron ore sintering process and the sinter quality is the use of WNS with a particle size of 3-0 mm, subjected to preliminary pyrolysis up to 873 K.
Structurally Dependent Electrochemical Properties of Ultrafine Superparamagnetic ‘Core/Shell’ γ-Fe2O3/Defective α-Fe2O3 Composites in Hybrid Supercapacitors
(MDPI, Switzerland, 2021) Bazaluk, Oleg; Hrubiak, Andrii; Moklyak, Volodymyr; Moklyak, Maria; Kieush, Lina; Rachiy, Bogdan; Gasyuk, Ivan; Yavorskyi, Yurii; Koveria, Andrii; Lozynskyi, Vasyl; Fedorov, Serhii S.
ENG: The paper presents a method for obtaining electrochemically active ultrafine composites of iron oxides, superparamagnetic ‘core/shell’ γ-Fe2O3/defective α-Fe2O3, which involved modifying sol-gel citrate synthesis, hydrothermal treatment of the formed sol, and subsequent annealing of materials in the air. The synthesized materials’ phase composition, magnetic microstructure, and structural, morphological characteristics have been determined via X-ray analysis, Mossbauer spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and adsorption porometry. The mechanisms of phase stability were analyzed, and the model was suggested as FeOOH → γ-Fe2O3 → α-Fe2O3. It was found that the presence of chelating agents in hydrothermal synthesis encapsulated the nucleus of the new phase in the reactor and interfered with the direct processes of recrystallization of the structure with the subsequent formation of the α-Fe2O3 crystalline phase. Additionally, the conductive properties of the synthesized materials were determined by impedance spectroscopy. The electrochemical activity of the synthesized materials was evaluated by the method of cyclic voltammetry using a three-electrode cell in a 3.5 M aqueous solution of KOH. For the ultrafine superparamagnetic ‘core/shell’ γ-Fe2O3/defective α-Fe2O composite with defective hematite structure and the presence of ultra-dispersed maghemite with particles in the superparamagnetic state was fixed increased electrochemical activity, and specific discharge capacity of the material is 177 F/g with a Coulomb efficiency of 85%. The prototypes of hybrid supercapacitor with work electrodes based on ultrafine composites superparamagnetic ‘core/shell’ γ-Fe2O3/defective α-Fe2O3 have a specific discharge capacity of 124 F/g with a Coulomb efficiency of 93% for current 10 mA. View Full-Text.
Исследование комплексных подходов защиты мульд при производстве чугуна
(ООО «ТЕРМАЛ ЭНД МЕТИРИАЛ ЭНЖИНИРИНГ СЕНТЕР», 2021) Перерва, Валерия Яковлевна; Ивченко, Александр Васильевич; Зуев, Олег Владимирович; Андрюшкин, Андрей Виталиевич; Бубликов, Юрий Александрович
RUS: Цель. Получение однородной макроструктуры сплавов в совокупности с факторами, повышающими эксплуатационную стойкость разливочной тары. Повышение стойкости чугунных мульд конвейерных разливочных машин. Методика. При выполнении исследований использован комплексный подход по защите мульд специально разработанным противопригарным покрытием для изложниц, изготовление мульд из рядовых марок чугуна модифицированного азотсодержащими присадками, методика расчета коэффициента теплопроводности многослойной стенки. Результаты. Внедрение комплексного подхода к производству литья из серого чугуна модифицированного азотсодержащими компонентами при совместном применении противопригарного покрытия ЛП-1 позволит увеличить срок эксплуатации мульд при достаточно невысоких дополнительных затратах на их производство и защиту при разливке. Исходя из теплофизических расчётов коэффициента теплопроводности следует также подчеркнуть низкий расход противопригарного материала ЛП-1 за счет уменьшения слоя в сравнении с известковой суспензией в 2 раза. Научная новизна. С использованием экспериментальных данных и математического моделирования тепловой работы мульд с различными противопригарными покрытиями достигнута комплексная защита мульд от разрушения. Практическая ценность. В процессе эксплуатации мульд, изготовленных с нелегированного серого чугуна, наблюдается низкая стойкость, что обуславливает простои разливочной машины. Повышение стойкости мульд достигается за счет снижения коэффициента теплопроводности противопригарного покрытия с целью уменьшения теплового удара на внутреннюю поверхность мульды, и как следствие снижение образования микротрещин в мульдах. Увеличение срока эксплуатации мульд за счет применения термостойких противопригарных покрытий. Увеличение стойкости разливочной тары приводит к получению литых изделий с повышенными механическими свойствами при высоких температурах, что может быть достигнуто путем модифицирования серого чугуна рядовых марок азотом и титаном.
Production of Iron Ore Pellets by Utilization of Sunflower Husks
(Technical University of Košice, Slovakia, 2021) Kieush, Lina; Boyko, Maksym; Koveria, Andrii; Yaholnyk, Maksym; Poliakova, Natalia
ENG: Steel production is the most dynamic industry and one of the key sectors for developing the global economy. The growing iron ore production increases its beneficiation and granulating for subsequent iron and steel production use. As a result, CO2 emissions and harmful substances increase, negatively affecting society and the environment. In this regard, it is important to study the use of biomass for the production of iron ore pellets. Lignocellulosic biomass is a renewable and sustainable source of heat and energy that can mitigate climate change. The influences of alternative fuel use on technological indicators of the process and quality of iron ore pellets have been analyzed. The efficiency of using 40.4-60.7 vol.% of sunflower husks on the combined machine “straight grate - rotary kiln - annular cooler” to partially replace natural gas in iron ore pellets production under industrial conditions has been studied. It was found that the combustion of sunflower husks generates enough heat (19.31 MJ kg−1) to obtain iron ore pellets with good strength. After evaluating the parameters of the combined machine and the quality of the resulting pellets, it was determined that it would be rational to replace up to 48.3 vol.% of natural gas with crushed sunflower husks.
Phenomena at Three-Phase Electroslag Remelting
(Springer Nature, 2021) Liu, Zhong-li; Medovar, Lev; Stovpchenko, Ganna; Petrenko, Volodymyr; Sybir, Artem; Volchenkov, Yev.
ENG: The electroslag remelting (ESR) process is widely used to produce high-quality ingots and billets for high-alloyed steels and alloys. Both the single-phase and three-phase alternating current diagram with bifilar and monofilar connection are in use for heavy ingot manufacturing. The numerical simulation of the three-phase bifilar circuit for the 120 t three-phase bifilar six-electrode ESR furnace at different variants of electric connection was presented and discussed. At the bifilar diagram of power supply, the geometrical location of electrodes in a mould holds critical importance for performances: the close location of bifilar pair electrodes provides the highest heat productivity, but the equidistant location of electrodes gives a much more uniform heat distribution. The monofilar mulit-electrode diagram of three-phase connection without phase shift shows the most uniform distribution of potential and heat generation as well as a favorable magnetic field that makes this kind the most promising for providing a high quality of heavy ingots.
Application of Biomass Pellets for Iron Ore Sintering
(Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, 2021) Kieush, Lina; Koveria, Andrii; Qiao Zhu, Zuo; Boyko, Maksym M.; Sova, Artem; Yefimenko, Vadym
ENG: Purpose. The use of biomass as fuel might solve several technological and environmental issues and overcome certain challenges of sinter production. In particular, as revealed by comprehensive analyses, biomass can be used as fuel for iron ore sintering. In this study, we investigate the use of some raw and pyrolysis-processed biomass pellet types, namely wood, sunflower husks (SFH), and straw, for iron ore sintering. In the experiments, the pyrolysis temperature was set to 673, 873, 1073, and 1273 K, and the proportion of biomass in the fuel composition was set to 25%. It was established that the addition of biofuels to the sintering blend leads to an increase in the gas permeability of the sintered layer. The analysis of the complex characteristics of the sintering process and the sinter strength showed the high potential of wood and sunflower husk pellets pyrolyzed at 1073 and 873 K, respectively, for iron ore sintering. The analysis of the macrostructure of the sinter samples obtained using biomaterials revealed that with higher pyrolysis temperatures; the materials tend to have greater sizes and higher amounts of pores and cracks. The composition analyses of the resultant sinters revealed that with higher temperature, the FeO content of the sinters tends to increase.
Дослідження енергетичної ефективності заходів з енергозбереження в хлібопекарській печі
(Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова, Київ, Україна, 2021) Шишко, Юлія Вікторівна; Пінчук, Валерія Олександрівна; Бебко, С. П.
UKR: З метою дослідження енергетичної ефективності заходів з енергозбереження в хлібопекарській печі Г4-ХП-2,1-56 виконано розрахунок теплового балансу печі та визначено напрямки найбільших втрат теплоти. Запропоновано заходи з енергозбереження в печі, а саме: заміна теплової ізоляції печі та встановлення за піччю утилізатора теплової енергії димових газів. Виконана оцінка енергетичної ефективності від впровадження кожного з заходів окремо та обох разом.
Influence of Biocoke on Iron Ore Sintering Performance and Strength Properties of Sinter
(Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, 2022) Kieush, Lina; Koveria, Andrii; Boyko, Maksym M.; Yaholnyk, Maksym V.; Hrubiak, Andrii; Molchanov, Lavr; Moklyak, Volodymyr
ENG: Purpose. The research purpose is to substantiate the use of biocoke as a fuel in the iron ore sintering, as well as its influence on the performance and properties of the resulting sinter. To completely replace conventional coke breeze, biocoke is produced using 5 wt.% biomass wood pellets at different carbonization temperatures of 950 or 1100°C. Further, the influence of biocoke on the sintering process and the sinter quality is studied at a high proportion of biomass pellets of 10, 15, 30, 45 wt.% and a carbonization temperature of 950°C. Methods. Carbonization is performed in shaft-type electric furnaces to produce laboratory coke or biocoke. Afterward, the sintering of iron ores is conducted on a sinter plant. To assess the sintering process and the quality of the resulting sinter, the filtration rate is determined on a laboratory sinter plant using a vane anemometer designed to measure the directional flow average velocity under industrial conditions. The sinter reducibility is studied using a vertical heating furnace to assess the effect of coke and biocoke on the sinter’s physical-chemical properties. Findings. It has been determined that biocoke, carbonized at a temperature of 950°C, has good prospects and potential for a shift to a sustainable process of iron ore sintering. Originality. It has been proven that biocoke with a biomass pellet ratio of up to 15 wt.%, obtained at a temperature of 950°C, does not affect the parameters characterizing the sintering process. The sinter strength indicators correspond to the use of 100 wt.% conventional coke breeze. Biocoke used with a high proportion of biomass pellets of 30 and 45 wt.% causes a deterioration in the sinter quality. Practical implications. The results of using biocoke with the addition of 5-15 wt.% biomass pellets and at a temperature of 950°C are within the standard deviation, which makes it possible to use biocoke with 15 wt.% biomass pellets instead of industrial coke breeze.
Effect of Parameters of the Anthracite Heat Treatment on the Properties of Carbon Materials during Shock Heating
(Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro, Ukraine, 2022) Sybir, A. V.; Hubynskyi, M. V.; Balalaiev, K. B.; Burchak, O. V.; Sukhyy, K. M.; Fedorov, Serhii S.; Pinchuk, Valeriia O.; Hubynskyi, Semen M.; Vvedenska, T. Y.
ENG: The aim of the study was to experimentally determine the effect of the heat treatment parameters of anthracites from Donetsk basin on the properties of carbon materials when using shock heating, typical of furnaces with a fluidized electrothermal bed. Anthracite was treated in an electric thermal furnace at the heating rate of 1000 K/min and the holding time of 10–20 min. The processing temperature range was 1500–30000Ñ. For processing, we used initial anthracites and anthracites after calcination at 1100–12000Ñ. The properties of the carbon material were investigated by X-ray radiographic analysis, XRF analysis and diffuse reflectance infrared Fourier transform. It was found that precalcination did not produce any effect on the properties of anthracite carbon materials during shock heating and holding time less than 1 hour. Based on the results of studies of anthracite heat treatment while changing the holding time, the following kinetic characteristics of transformations during shock heating were determined: the pre-exponential coefficient of 1.79 and the apparent activation energy of 103.85 kJ/mol. Thermal processing of anthracite from Donetsk coal basin in electric furnaces with the fluidized bed at the temperature 30000Ñ for 55–60 min allows obtaining the crystalline structure characteristic of artificial graphite with necessary electroconductivity and element composition.
Metallurgical Coke Production with Biomass Additives: Study of Biocoke Properties for Blast Furnace and Submerged
(MDPI, Switzerland, 2022) Bazaluk, Oleg; Kieush, Lina; Koveria, Andrii; Schenk, Johannes; Pfeiffer, Andreas; Zheng, Heng; Lozynskyi, Vasyl
ENG: Biocoke has the potential to reduce the fossil-based materials in metallurgical processes, along with mitigating anthropogenic CO2- and greenhouse gas (GHG) emissions. Reducing those emissions is possible by using bio-based carbon, which is CO2-neutral, as a partial replacement of fossil carbon. In this paper, the effect of adding 5, 10, 15, 30, and 45 wt.% biomass pellets on the reactivity, the physicomechanical, and electrical properties of biocoke was established to assess the possibility of using it as a fuel and reducing agent for a blast furnace (BF) or as a carbon source in a submerged arc furnace (SAF). Biocoke was obtained under laboratory conditions at final coking temperatures of 950 or 1100 °C. Research results indicate that for BF purposes, 5 wt.% biomass additives are the maximum as the reactivity increases and the strength after reaction with CO2 decreases. On the other hand, biocoke’s physicomechanical and electrical properties, obtained at a carbonization temperature of 950 °C, can be considered a promising option for the SAF.
Оцінка зменшення викидів парникових газів при отриманні штучного графіту в електротермічному киплячому шарі
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова Національної академії наук України, Дніпро, 2022) Губинський, Михайло Володимирович; Сибір, A. В.; Федоров, Сергій Сергійович; Меркулов, О. Є.; Губинський, Семен Михайлович; Коваль, Сергій Валерійович; Форись, Олексій Михайлович
UKR: Однією з основних світових тенденцій розвитку світової економіки є її декарбонізація з виконанням зобов'язань щодо зменшення викидів парникових газів. Значні витрати енергоносіїв і відповідно викиди парникових газів мають процеси отримання високочистих графітованих матеріалів та чорної металургії. Тому розробка та впровадження інноваційних енергозберігаючих технологій на основі електротермічного киплячого шару дозволить вирішити емісію парникових газів при виробництві електродної продукції. Метою роботи є визначення екологічної ефективності впровадження інноваційної технології на основі електротермічного киплячого шару у порівнянні з існуючими. В основу методики досліджень покладено розрахунки емісії парникових газів з використанням питомих показників викидів при виробництві електричної енергії та спаленні природного газу. В роботі запропонована методика, що враховує структуру виробництва електроенергії та палива в Україні, їх види та якість. Враховано технологічні витрати електроенергії під час її транспортування від станцій до споживача, питомі витрати палива на виробництво електроенергії. Розрахунки проведені для чотирьох варіантів технологічного процесу, які реалізовані на ПрАТ «Укрграфіт» та включають стадію кальцинації антрациту у обертових печах чи електрокальцинаторах, стадію графітації у печах Аченсона та Кастнера. В роботі проаналізовано два варіанти технологій з електротермічним киплячим шаром. Результати розрахунків свідчать, що запропонована технологія отримання дрібнодисперсного штучного графіту на основі антрациту Донецького родовища значно зменшує викиди парникових газів у порівнянні з діючими технологіями ПрАТ «Укрграфіт» у 2-3,5 рази. Питомі викиди парникових газів зменшуються з 2500-2600 кг СО2/ т до 390 – 780 кг СО2/ т.
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.
Енергоефективні рішення щодо рафінування сталі в електродуговій печі ливарного класу
(Український державний університет науки і технологій, ННІ «Інститут промислових та бізнес технологій», ІВК «Системні технології», 2023) Тімошенко, Сергій Миколайович; Нємцев, Едуард Миколайович; Губинський, Михайло Володимирович
UKR: Проведено чисельне моделювання кінетики десульфурації сталі в 3–12 т дугових сталеплавильних печах (ДСП) ливарного класу. У «глибокій» сталеплавильній ванні з коефіцієнтом форми 2,5 та пневматичним перемішуванням швидкість видалення сірки збільшується в 5–6,7 разів, порівняно зі стандартною ванною з коефіцієнтом форми 4,5 без перемішування, за рахунок інтенсифікації масообміну в двофазній області та розвитку плівкової десульфурації. Внесок поглиблення ванни у прискорення видалення сірки становить у середньому 23%. Отримані результати дозволяють очікувати скорочення технологічного періоду в середньому в 1,5 рази, а плавки в цілому на 8−10 %. Економія електроенергії в ДСП малої місткості ливарного класу очікується 60−70 кВтг/т.
Ефективність використання низькокалорійного палива в протиточних вапняно-випалювальних печах
(Український державний університет науки і технологій, ІВК «Системні технології», Дніпро, 2023) Форись, Світлана Миколаївна; Перерва, Валерія Яківна; Тарасевіч, Ірина Г.; Форісь, Юрій М.
UKR: Дорогі енергоносії вимагають перегляду існуючих інженерних підходів при нагріванні промислових печей. У роботі наведено результати дослідження продуктивності шахтної печі для випалювання вапняку, яка спалювалася сумішшю природного та паливного газу низької теплотворної здатності. На основі вивчення різних схем розподілу палива між пальниками визначено оптимальний режим роботи печі зі зниженням витрати природного газу на 30%. Показники якості вапна підвищуються при подачі доменного газу до центрального пальника і покращуються при подачі до периферійних пальників. Спільна подача доменного газу в ділянку теплотворної здатності природної доменної суміші 9,4 ÷ 35 МДж/м3 дозволяє зберегти продуктивність печі незмінною. При цьому коефіцієнт заміщення природного газу доменним близький до одиниці. Запропонований режим розігріву печі продуктивністю 200 т/добу природною доменною сумішшю забезпечує 30% економію природного газу.
Identifying Regularities in the Propagation of Air Ions in Rooms with Artificial Air Ionization
(PC TECHNOLOGY CENTER, 2023) Levchenko, Larysa; Burdeina, Nataliia; Glyva, Valentyn; Kasatkina, Natalia; Biliaiev, Mykola M.; Biliaieva, Viktoriia V.; Tykhenko, Oksana; Petrunok, Tetiana; Biruk, Yana; Bogatov, Oleg
ENG: The object of the study is the dynamics of air ion spread in rooms from the source of artificial air ionization under different starting conditions. There is currently the problem of distribution of air ions in the room with regulatory concentrations in all critical zones. An effective method of ensuring proper air ion concentrations is to model their propagation from ionization sources. Existing approaches to calculating the dynamics of air ions of both polarities have been improved in this study. Unlike known solutions, the impact on their concentration of electrostatic field and the interaction of air ions with suspended particles was taken into account. A model of air ion propagation in rooms with artificial air ionization and the principles of its numerical modeling was built. The use of Laplace Equation in the aerodynamic model instead of the Navier-Stokes equation for the potential of the flow rate has made it possible to design an "Ion 3D" tool, which reduces the time of implementation of one scenario from several hours to 7 seconds. Modeling of the propagation of air ions of both polarities in the room under different initial conditions was carried out. Two-dimensional and three-dimensional models with their visualization was implemented. The peculiarity of the resulting models is that they make it possible to determine the concentrations of air ions in any section of the room by three coordinates. Given this, the rapid selection of the variants of the source data makes it possible to achieve the normative values of concentrations of air ions in the area of breathing – exceeding 500 cm-3 of each polarity. Simulation makes it possible to design a room in which, under the condition of artificial ionization of air, the concentrations of air ions close to the optimal values of 3000–5000 cm-3 are provided.
Особливості процесу навуглецювання Fe-C розплаву та вплив на нього виду карбюризаторів
(Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро, 2023) Губинський, Михайло Володимирович; Сибір, Артем Віталійович; Федоров, Сергій Сергійович; Меркулов, Олексій Євгенович; Мазорчук, Володимир Федорович; Мазорчук, Володимир Федорович
UKR: Одним з напрямків підвищення конкурентоспроможності вітчизняної продукції металургійної й машинобудівної галузей та переходу до безвуглецевої економіки є розвиток технології отримання синтетичного чавуну. Виробництво синтетичний чавуну забезпечує ефективність та якість ливарного виробництва . Заміна дорогих ливарних і передільних чавунів сталевим брухтом дозволяє знизити собівартість виробництва лиття та використовувати більш якісні матеріали, вільні від шкідливих домішок і включень. Однак їх застосування у складі шихти призводить до необхідності проведення вуглецювання розплаву. Процес навуглецювання розплаву при цьому набуває важливої ролі в багатоланковому ланцюжку отримання виливків. У цій ситуації особливого значення має вибір карбюрізатора, який забезпечить якість кінцевого продукту та зниження витрат при виробництві. Саме це завдання вирішувалося у роботі на основі дослідження процесів навуглецювання Fe-C розплаву та визначення вимог до якості карбюрізаторів та визначення технологічних параметрів їх отримання у агрегатах з електротермічним киплячим шаром. Аналіз досліджень навуглецювання Fe-C розплаву різними видами карбюрізаторів визначив основні фактори які впливають на процес навуглецювання та якість виливок з синтетичного чавуну: технологічні параметри (температура розплаву, ступінь перемішування, вихідний склад розплаву), характеристики карбюрізаторів (вміст золи та її склад, вміст сірки, вміст азоту, кристалічна структура). На основі результатів експериментальних досліджень сформульовані вимоги до оптимальних параметрів карбюрізаторів синтетичного чавуну: вміст золи та газів повинен бути як можливо меншим, кристалічна структура повинна включати 80-90% графітованих матеріалів з кристалічністю більш 100 А при отриманні чавунів з пластинчастим графітом. Це дозволило визначити основні технологічні параметри отримання карбюрізаторів на основі вітчизняної сировини (антрацит донецького родовища): температура термічної обробки 2400-2700°С, тривалість обробки 10 хв.
Експрес-розрахунок забруднення робочих зон біля транспортного коридору у випадку екстремальних ситуацій на залізниці
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна ; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Тимошенко, О. А.; Полторацька, Вікторія Миколаївна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача експрес-оцінювання областей забруднення атмосферного повітря в робочих зонах біля транспортного коридору в разі екстремальних ситуацій на залізниці, що спричинюють емісію хімічно небезпечних речовин. Мета роботи – розроблення чисельної моделі для швидкого аналізу областей забруднення атмосферного повітря в умовах конвекції. Методика. Для визначення областей забруднення атмосферного повітря, що формуються при екстремальних ситуаціях на залізниці у випадку емісії хімічно небезпечних речовин, застосовується тривимірне рівняння конвективно-дифузійного розповсюдження домішки в атмосфері. Враховується нерівномірний профіль вітру з висотою та залежність коефіцієнтів атмосферної дифузії від швидкості вітру. Для чисельного розв’язання тривимірного рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі застосовуються скінченорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель для визначення областей забруднення повітря біля транспортного коридору у випадку викиду хімічно небезпечних речовин на залізниці. Практична значущість. На базі побудованої чисельної моделі розроблено комп’ютерну програму, що дозволяє оперативно розраховувати динаміку формування областей хімічного забруднення біля транспортного коридору в разі екстремальних ситуацій на залізниці. Висновки. Розроблено чисельна модель та комп’ютерний код, що дозволяють методом обчислювального експерименту оцінювати забруднення робочих зон біля транспортного коридору у випадку екстремальних ситуацій на залізниці. Побудована модель має широкий робочий діапазон та враховує найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на формування зон хімічного забруднення в повітрі. Наведено результати обчислювального експерименту.
Дослідження ефективності використання захисних екранів різної форми для зниження забруднення повітря
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Якубовська, З. М.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання ефективності використання захисних екранів різної геометричної форми для зниження рівня забруднення повітря. Такі екрани дозволяють змінити аеродинаміку повітряного потоку та перенаправити рух забрудненого повітря від робочих зон в інший бік. Мета роботи − дослідження ефективності використання захисних екранів різної геометричної форми для зниження рівня забруднення, створення тривимірної числової моделі для аналізу ефективності використання захисних екранів. Методика. Для аналізу ефективності екранів різної геометричної форми застосовується метод фізичного експерименту в лабораторних умовах. Для математичного моделювання поширення домішки за наявності екранів використовуються тривимірні рівняння аеродинаміки та масопереносу. Розроблена числова модель дозволяє врахувати профіль швидкості повітряного потоку, атмосферну дифузію, інтенсивність емісії домішки, швидкість гравітаційного осадження домішки в повітрі. Для числового інтегрування моделювальних рівнянь аеродинаміки та масопереносу використовуються скінченнорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Експериментальним шляхом отримано дані щодо ефективності використання чотирьох захисних екранів, які відрізняються геометричною формою. Експериментальні дані дають можливість здійснити первинне оцінювання впливу різних екранів на зниження рівня забруднення в робочих зонах. Розроблена швидкорозрахункова 3D числова модель для розв’язання задач аеродинаміки та масопереносу стосовно проблеми оцінювання ефективності використання екранів у зонах, де має місце забруднення атмосферного повітря. Практична значимість. Експериментальні дані дають можливість обґрунтувати вибір захисного екрана біля автотраси або іншої ділянки на промисловому майданчику, де має місце емісія домішки. На базі розробленої математичної моделі створено комп’ютерний код, що дозволяє прогнозувати інтенсивність забруднення повітря за наявності перешкод, які змінюють аеродинаміку та напрям переносу домішки в атмосфері. Висновки. Результати фізичного експерименту дозволяють уявити закономірності формування областей забруднення біля захисних екранів різної геометричної форми. Розроблена математична модель дозволяє оцінювати забруднення повітря в областях, де є перешкоди на шляху руху домішки. Наведено результати фізичного та обчислювального експериментів.
Study of Cellulose Additive Effect on the Caking Properties of Coal
(Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, 2023) Koveria, Andrii; Kieush, Lina; Usenko, Andrii Yu.; Sova, Artem
ENG: Purpose. The work aims to study the effect of cellulose on the caking properties of various types of coking coal used in coking blends. The change in caking abilities has been analyzed to achieve the aim using standard techniques. At the same time, the effect of biomass additives on the plastic properties of coal has been analyzed comprehensively; the optimal amount of additive for practical purposes has been determined. Methods. Multiple coal characteristics in the plastic stage have been studied using a dilatometric method, the enhanced swelling pressure method, the plastometric method, and the Roga index test. The first three methods make it possible to characterize the caking properties of coal; and the Roga index test characterizes its coking ability. Findings. It has been identified that the optimal amount of biomass additive to study the effect on the properties of coal in the plastic state is more than 5 wt. %. In the paper, experimental dependences of the 5 wt. % cellulose addition influence on the caking properties of four coal grades have been obtained. The results showed a slight decrease in caking properties in terms of swelling, swelling pressure, thickness of the plastic layer, and caking ability. Simultaneously, the most sensitive methods for assessing the effect of cellulose addition on the coal plastic properties are the dilatometric method as well as the enhanced method for the swelling pressure determination. Originality. A comprehensive study of the effect of pure cellulose as a component of lignocellulose biomass on the properties of different coal grades in the plastic state (i.e. caking prperteis) has been carried out. A slight change in the coal properties in the plastic state with adding 5 wt. % cellulose, decreasing caking properties, has been shown. An important, not previously reported, conclusion is that the cellulose additive does not have any noticeable effect on the physical properties of the coal charge owing to its loose structure. Practical implications. A slight change in the caking properties of coal has been established with the addition of 5 wt. % which is of practical importance for the preparation of coal blends, and the coke production in the cases of using additives of lignocellulosic biomass without losing its quality. Additionally, renewable additive use while obtaining fuels and reducing agents is an approach to mitigate the negative environmental impact.
Екстремальні ситуації на об’єктах паливно-енергетичного комплексу: оцінювання ризику ураження людини
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Тимошенко, О. А.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання зон ураження людей у разі виникнення екстремальної ситуації на АЗС, розташованій в людному місці м. Дніпро. Здійснюється аналіз розмірів зон теплового забруднення повітря та зони можливого ураження людей у випадку розлітання уламків, через виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Для розв’язання задач даного класу потрібна розробка спеціалізованих математичних моделей. Мета роботи – оцінювання ризику ураження людини від метальної дії уламків під час пожежі на АЗС у випадку виникнення екстремальної ситуації. Методика. Для аналізу зон ураження під час розльоту уламків використовується числова модель, що базується на інтегруванні другого закону Ньютона для руху матеріальної точки в повітрі. На базі даної числової моделі створено комп’ютерну програму. Для аналізу зон теплового забруднення під час пожежі на АЗС використовується числове інтегрування рівняння енергії, яке враховує швидкість руху повітряних мас, коефіцієнти температуропровідності, температуру повітря на місці пожежі. Наукова новизна. Розроблено ефективну числову модель для аналізу зон ураження від метальної дії уламків. Визначено зони ураження за можливої пожежі на АЗС в м. Дніпро. Практична значущість. Розроблено програму для розрахунку динаміки руху уламків у повітрі. Це дозволяє визначати зони ураження від метальної дії уламків різного розміру. Визначено зони теплового забруднення повітря, що дозволяють оцінювати ризик термічного ураження людей. Висновки. Розроблено ефективний інструмент аналізу ризику ураження людей уламками під час пожежі на АЗС. Наведено результати обчислювальних експериментів.
Про кризу культури та людини в «надуманому» традиціоналізмі Р. Генона
(Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара, Дніпро, 2023) Борисова, Тетяна Вікторівна; Бескаравайний, Станіслав Сергійович
UKR: Культурно-філософський вимір проблеми духовної складової людини та суспільства в творчості французького мислителя Р. Генона здійснюється в історико-філософському ключі. Увага зосереджується на спробах Р. Генона демонструвати прихильність консервативним традиціям християнського світу. Здійснюється критичний огляд позицій філософської картини світу Р. Генона, підкреслюється його спроба здолати кризу культурного розвитку через симбіоз різних релігій, вірувань та вчень.
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.
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.
Efficiency of Low-Calorific Fuel Use in Counterflow Lime Kilns
(D.A. Tsenov Academy of Economics, Svishtov, Bulgaria, 2023) Foris, Svitlana M.; Pererva, Valeriia Ya.; Usenko, Andrii Yu.; Foris, Oleksiy M.
ENG: Highly expensive energy carriers require revision of the existing engineering approaches in heating of industrial furnaces. The paper presents the results of research into the performance of a shaft kiln for lime-stone burning, which was fired with mixtures of natural gas and a fuel gas of a low calorific value. On the basis of studying various schemes of fuel distribution between the burners, the optimal operation mode of the kiln with reduced consumption of natural gas by 30% was identified. The lime quality indicators increase when the blast furnace gas is supplied to the central burner and improve when supplied to the peripheral burners. The joint supply of blast furnace gas in the calorific value section of the natural blast furnace mixture 9.4 ÷ 35 MJ/m3 allows keeping the performance of the furnace unchanged. At the same time, the coefficient of replacing natural gas with blast furnace gas is close to unity The proposed mode of heating the furnace with a capacity of 200 t/day with a natural blast furnace mixture provides 30% natural gas savings.
Критерії оцінки потенційної чисельності ЗШІ (AGI) у техносфері
(Видавництво «Грані», Дніпро, 2023) Бескаравайний, Станіслав Сергійович; Борисова, Тетяна Вікторівна
UKR: Актуальність. Майбутня взаємодія людини та ЗШІ це один із потенційно небезпечних процесів. «Екосистема» взаємодії людини зі штучними інтелектами, що розвинеться після їх створення, може зіткнутися з кризою, вираженою у різкому зростанні чисельності ЗШІ. Але прогнозування подібної кризи потребує опису факторів, які можуть визначати кількість ЗШІ, а також визначити структурні рівні взаємодії людини та ЗШІ. Мета. Розкриття базових протиріч, що визначають кількість загальних штучних інтелектів (ЗШІ, AGI) у техносфері, виділення основних кордонів розвитку ЗШІ, які можуть обмежувати їхню різноманітність. Результати. Показано, що однією з конкурентних переваг ЗШІ по відношенню до людини може бути їхнє існування на кількох структурних рівнях техносфери. Показано основні межі різноманітності ЗШІ: межу стабільності, межу швидкості розвитку, межу симбіотичної взаємодії, межу конкуренції. З’ясовано, основним обмеженням для зростання чисельності ЗШІ буде межа мініатюризації, пов'язана з тим, що обов'язковий для техногенного суб'єкта набір функцій (незалежний цикл «абстрагування-конкретизації») неможливо втілити в носії програмного забезпечення занадто малих розмірів. І це обмеження буде збережено, якщо не буде створено якісно нові носії програмного забезпечення. Показано, що достатньою умовою для існування автономного ЗШІ є перевага локалізованого ЗШІ в управлінні джерелом ресурсів у порівнянні з глобалізованим ЗШІ, коли ця перевага дозволяє накопичити ресурси, необхідні для збереження себе від поглинання; Наведено оцінки мінімальної та максимальної кількості ЗШІ в техносфері, пов'язані як з монополізацією та централізацією ЗШІ, так і з їх граничною різноманітністю. Показано межі використання біологічних аналогій в описі скорочення та збільшення чисельності ЗШІ, але ці коливання можливо бути описувати за допомогою законів «необхідної різноманітності» та «ієрархічної компенсації». Висновки. Показано основні протиріччя, що обмежують різноманітність ЗШІ, а також деякі межі його розвитку. Проведено оцінку мінімальної та максимальної чисельності ЗШІ у техносфері.
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.
Прогнозування радіоактивного забруднення атмосферного повітря у разі екстремальної ситуації на АЕС
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович ; Біляєва, Вікторія Віталіївна ; Козачина, Віталій Анатолійович; Машихіна, Поліна Борисівна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання рівня радіоактивного забруднення атмосферного повітря у разі виникнення екстремальної ситуації на території Запорізької АЕС, що спричинює миттєвий радіоактивний аерозольний викид. Здійснюється аналіз динаміки формування зон радіоактивного забруднення за напряму вітру в бік м. Нікополь. Для оперативного розв’язання даної прогнозної задачі потрібне створення багатофакторної чисельної моделі, що дозволяє оперативно аналізувати розміри та інтенсивність областей радіоактивного забруднення. Мета роботи –створення чисельної моделі та комп’ютерного коду для оперативного аналізу областей радіоактивного забруднення, що формуються за миттєвого викиду радіоактивних забруднювачів в атмосферу. Методика. Комп’ютерний код створений на базі чисельної моделі, що є різницевим аналогом багатофакторного кінематичного рівняння масопереносу радіоактивної домішки в атмосферному повітрі. Рівняння масопереносу враховує поле швидкості вітру, атмосферну турбулентну дифузію, інтенсивність викиду радіоактивної речовини в повітря. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу застосовується метод розщеплення з наступним використанням скінчено різницевих схем. Обчислення значення величини об’ємної активності на кожному кроці розщеплення реалізується за явною формулою. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель та здійснено її програмну реалізацію для оперативного аналізу формування областей радіоактивного забруднення в атмосфері за екстремальної ситуації на АЕС, що супроводжується емісією радіоактивних речовин. Модель враховує комплекс факторів, що впливають на процес поширення радіоактивної домішки в атмосфері. Практична значущість. Розроблено комп’ютерний код для розрахунку динаміки формування зон радіоактивного забруднення в атмосфері на базі розробленої чисельної моделі. Це дозволяє методом обчислювального експерименту аналізувати наслідки аварійних викидів на території АЕС. Висновки. Створено математичну модель для оперативного аналізу рівня радіоактивного забруднення атмосферного повітря внаслідок екстремальної ситуації на АЕС, що спричинює інтенсивний миттєвий викид радіоактивних речовин. Наведено результати обчислювального експерименту на базі розробленої чисельної моделі.
Peculiarities of High-Temperature Refining of Carbon Materials
(Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro, 2023) Sybir, A. V.; Hubynskyi, Semen M.; Fedorov, Serhii S.; Sukhyy, Kostyantyn M.; Hubynskyi, M. V.; Vvedenska, T. Y.
ENG: The purpose of the study was to determine the influence of the main following factors on the efficiency of the process of high-temperature refining of natural and artificial graphite: processing temperature, distribution of metal oxides, and changes in the aggregate state of ash impurities. Thermal processing of natural graphite from Ukrainian deposits and anthracite from Donetsk coal basin was carried out in a chamber furnace at a holding time of 10–20 minutes in a temperature range of 1500–30000 Ñ. The quality of refining was carried out by ICP-OES and XRF analysis methods. It was established that the refining process may be divided into three following periods: 0–16000 Ñ (removal of moisture, volatiles, and decomposition of carbonates); 1600–26000 Ñ (evaporation of main ash-forming metals Fe, Si, Al, Ca, Mg in the form of oxides, silicides, and carbides); and 2600–30000 Ñ (evaporation of refractory compounds Ti, V, Mo, the content of which in the initial raw material determines the processing temperature and the quality of the final product). The distribution of metal oxides in the initial carbon material is not uniform, which complicates the use of equilibrium state models. The transition of ash into the liquid and then gaseous state has a significant impact on the result of heat treatment. This is what determines the choice of the process scheme. Intermittent process is the heating by an external heater in an inert gas environment. Continuous process is the heating of the material in moving containers or processing in an electrothermal fluidized bed.
Major Lessons Learnt from an Online Teaching of Automation and Control Courses during the Pandemic and the Way ahead: A Critical Interpretative Synthesis
(Public Organization "Ukrainian Assembly of Doctors of Sciences in Public Administration", Kyiv, Ukraine, 2023) Таrasevich, Iryna G.; Tarasevich, Alena V.; Foris, Svitlana M.; Kuzmenko, Mykhailo Y.
ENG: Covid-19 brought in adapted frameworks, concepts, and tools into the design and delivery of automation courses at technical universities. Although university digitalization has been around for a while, it has been used primarily for the administrative purpose rather than for teaching and learning. A natural, powerful stimulator, the pandemic pushed the universities to explore new avenues in further digitalization of education. The goal of this critical interpretive synthesis is to make a summary of the major lessons learnt from the online teaching of automation courses during the pandemic and their further implementation. It is also aimed at exploring major tensions and barriers that users (teaching faculty, students, and administrative personnel) have been grappling with. The tensions and barriers are presented in this paper from three distinct perspectives – from the perspectives of students, teaching faculty, and university administrators. Whether students thrive or survive, the faculty rethink and upskill their teaching, and the institution is capable of meeting multiple, often competing needs and shifting priorities of the market – warrants further research on the topic. An important question to be addressed in future inquiries is whether the stakeholders that are engaged in the process of developing, teaching, and taking an automation course, are able to reconceptualize their roles and continue to grow professionally.
Математичне моделювання нестаціонарного процесу забруднення повітря
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Якубовська, З. М.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача визначення динаміки забруднення повітря в робочому приміщенні під час затікання в нього повітря, що містить хімічно небезпечну речовину. Особливість даної задачі полягає в тому, що на формування областей забруднення в приміщенні впливають багато факторів, особливо внутрішня геометрія (наявність технологічного обладнання в приміщенні, меблі тощо). Тому потрібно мати спеціалізовані математичні моделі, що дозволяють прогнозувати рівень хімічного забруднення повітря в приміщенні заданого типу забруднення. Мета–розроблення тривимірної чисельної моделі аеродинаміки повітряного потоку в приміщенні та масопереносу хімічно небезпечної речовини, що потрапляє в приміщення крізь систему вентиляції, для прогнозування ризику токсичного ураження працівників. Методика. Для моделювання процесу поширення хімічно небезпечної речовини в повітрі робочого приміщення використовується тривимірне рівняння конвективно-дифузійного переносу хімічно небезпечної речовини. Поле швидкості повітряного потоку в робочому приміщенні розраховується на базі моделі потенціального руху нестислої рідини. Для чисельного інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості використовуються дві скінченнорізницеві схеми. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння масопереносу домішки застосовуються метод розщеплення та скінченнорізницеві схеми. На кожному кроці розщеплення невідоме значення концентрації домішки обчислюється за явною формулою. Для проведення обчислювальних експериментів на базі розробленої чисельної моделі створено комп’ютерний код. Наукова новизна. Розроблено тривимірну чисельну модель для аналізу динаміки формування областей хімічного забруднення повітря в робочих приміщеннях у разі потрапляння домішки в приміщення скрізь систему вентиляції. Особливість моделі –врахування основних фізичних факторів, що впливають на формування областей забруднення та швидкість розрахунку. Практична значущість. Чисельна модель та комп’ютерний код, розроблений на її основі, дозволяють розв’язувати специфічні задачі, що виникають під час оцінювання ризику токсичного ураження працівників на хімічно небезпечних об’єктах. Висновки. Створено ефективну тривимірну чисельну модель та комп’ютерний код, що дозволяють прогнозувати рівень хімічного забруднення робочих приміщень за потрапляння токсичної речовини в приміщення крізь систему вентиляції. Наведено результати обчислювального експерименту.
Environmental Engineering, Innovations, and Management. Editorial Review
(Begell House Inc., USA, 2023) Kuzmin, Andrey; Pinchuk, Valeriya A.
ENG: In recent years, special attention has been paid to environmental safety in various fields of application. Among all human activities, applications related to energy are always in high demand. At the same time, many of them affect climate change and can lead to biodiversity degradation and other environmental problems. The International Journal of Energy for a Clean Environment is a periodical that publishes high-quality research on the intersection of energy and the environment. The current issue of the journal presents the results obtained by researchers from different countries and different fields of research, devoted to some points in the field of energy and environmental management.
Аналіз ефективності використання захисних екранів на зниження рівня забруднення повітря
(Український державний університет науки і технологій, ІВК «Системні технології», Дніпро, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
UKR: Розглянуто задачу оцінки зон хімічного забруднення біля магістралі, де розташовані захисні екрани різної геометричної форми. Метою роботи є розробка чисельних моделей для розрахунку зон забруднення, що утворюються біля захисних екранів, а також проведення лабораторного експерименту з аналізу закономірностей формування зон забруднення біля екранів складної геометричної форми. Для математичного моделювання процесу утворення зон забруднення біля захисного екрана використовується рівняння конвективно-дифузійного переносу домішок. Це рівняння враховує атмосферну дифузію, швидкість вітру, інтенсивність викидів хімічно небезпечної речовини, розташування джерела викидів і форму захисного екрана. Для вирішення задачі аеродинаміки використовуються рівняння Нав'є-Стокса і рівняння Лапласа для потенціалу швидкості. Скінченно-різницеві методи використовуються для чисельного інтегрування рівнянь моделювання. На основі розроблених числових моделей створено пакет прикладних програм. Побудовано числові моделі та пакет програм, що дозволяють практично в режимі реального часу досліджувати процес формування ділянок забруднення поблизу автомагістралі. Наведено результати обчислювального експерименту.
Аналіз наслідків екстремальних ситуацій на базі чисельних моделей
(Український державний університет науки і технологій, ІВК «Системні технології», Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна
UKR: У доповіді розглянуто деякі класи чисельних моделей, які були побудовані для прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій на промислових підприємствах. Розроблено перший клас моделей для прогнозування хімічного забруднення повітря при аварійних викидах токсичних речовин. Моделювання здійснюється на основі фундаментальних рівнянь аеродинаміки та масообміну. Для чисельного розв’язування рівнянь моделювання використовуються різницеві схеми розщеплення. Другий клас моделей CFD призначений для оцінки ризику термічного ураження людей у разі теплового забруднення повітряного середовища. Третій клас моделей був розроблений для оцінки ризику ураження людей при русі ударної хвилі. Для вирішення цієї задачі використовувалися рівняння Ейлера. На основі запропонованих числових моделей розроблено комп’ютерні коди.
Суб’єктна межа антропоморфності роботів
(Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Дніпро, Україна, 2023) Бескаравайний, Станіслав Сергійович
UKR: Мета. Обґрунтувати одну з можливих меж антропоморфності у створенні людиноподібних роботів. Актуальність. Виявлення потенційних протиріч у розвитку робототехніки та уточнення загроз, які можуть нести. Формування уявлень про міру антропоморфності роботів, коли вони зможуть заміщати людину у соціумі. Результати. Уявлення про роботи та ШІ, як про інструменти, засноване на інструментальному розумінні техніки взагалі, а також на осмислення роботів як виконавців. Опонують такому підходу переважно філософські та художні точки зору, які часто профанують проблему або розглядають її як віддалену перспективу. Робота, в процесі його наближення до людини (тобто створення повної біологічної та психічної копії людини штучного походження), необхідно розглядати як об’єкт, який набуває якостей суб’єкта. Якщо робот залишається об’єктом, то асимптотичне наближення до антропоморфності перетворює його на «ляльку», на маріонетку, тому що свобода вибору несумісна зі статусом об’єкта. Якщо робот набуває суб’єктності, то для конкуренції з іншими техногенними суб’єктами, йому необхідно усунути обмеження людської форми. Якщо такий суб’єкт якимось чином зберігає контроль над антропоморфною машиною, то для нього це не вмістилище свідомості, а лише інструмент для впливу на специфічне середовище, створене для людини, а також для соціального спілкування з людиною. Тобто для повноцінного техногенного суб’єкту, для загального ШІ ідеальна подоба людини — це лише специфічний антропоморфний орган почуття. Цей процес багато в чому визначений тим, що людина в рамках технічного прогресу перебуває в перманентному протиріччі: люди прагнуть бути метою, а не засобом, але революції в техніці дозволяють відчужувати окремі якості та вміння людей, замінюючи людину механізмом. Ідеальна штучна подоба людини – створює можливість повного відчуження продуктів будь-якої людської діяльності. Для оцінки можливості створення антропоморфного робота за існуючого рівня розвитку техніки використано діалектичний метод, історичний підхід, метод уявного експерименту, критерії автономності та цілепокладання. Висновки. Однією з меж антропоморфності у створенні роботів можливо вважати досягнення ними суб’єктності. Для техногенного суб’єкта сама антропоморфність втрачає сенс як суттєва конкурентна перевага, тому що виникнуть більш досконалі носії психіки.
Prediction of Atmospheric Air Pollution Near a Coal Stack in Adverse Weather Conditions
(IOP Publishing Ltd, 2023) Biliaieva, Viktoriia V.; Berlov, Oleksandr V.; Kozachyna, Vitalii A.; Nochvai, Volodymyr; Yakubovska, Zinaida M.; Oladipo, Mutiu Olatoye
ENG: Coal piles on the territory of enterprises are long-term sources of dust pollution of atmospheric air. Forecasting the level of dust pollution of the air for such objects is carried out, as a rule, for convection conditions. But during inversion, very high concentrations of dust can occur on industrial sites. The task of assessing the level of dust pollution of atmospheric air at an industrial site during dust emission in conditions of inversion from a coal stack is considered. A three-dimensional equation of convective-diffusion dispersion of contamination in atmospheric air, compatible with the approach of Prof. Berliand M. on determining the value of the vertical diffusion coefficient in the surface layer of the atmosphere for the case of inversion, to model dispersion of dust from a coal stack under inversion conditions is used. Numerical integration of the modeling equation of convective-diffusion transport of contamination is carried out on the basis of the splitting method compatible with the use of a locally one-dimensional finite-difference scheme. The results of a computational experiment to determine dust pollution zones at the Prydniprovsk thermal power station are presented.
Комплексне оцінювання зон забруднення за екстремальних ситуацій на 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.