МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Предложена модель трансформации дефектов в термостабильные дефектные центры, обладающие донорными свойствами в арсениде галлия, облученном нейтронами. Природа этих центров определяется взаимодействием искусственных радиационных дефектов с примесями и равновесными дефектами кристалла. Показано, что облучение нейтронами при температуре выше комнатной можно использовать не только для изучения природы и закономерностей дефектообразования, но и как способ направленного изменения свойств кристаллов.

Рассмотрены вопросы нанотехнологического обеспечения показателей качества пластин маятниковых акселерометров. Обосновано применение двухсторонней доводки связанным абразивом для обеспечения требуемой плоско-параллельности пластин. Показана возможность формирования выступов и впадин, предусмотренных конструкцией пластины, методом плазмохимического травления. Предложена методика обеспечения равномерной толщины тонкопленочных покрытий, применяемых в качестве маски при плазмохимическом травлении.

Рассмотрены методология проведения огневых стендовых испытаний, алгоритм вторичной обработки и результаты исследований процессов воспламенения и горения пиротехнических составов (ПС) на основе магния и окислителя — нитрата натрия микронного и нанодисперсного размеров, их анализ и сравнение. Выполнена визуализация и сравнительный анализ газодинамической картины истечения продуктов сгорания двух типов ПС из соплового блока модельного газогенератора. Приводятся степенные законы скорости горения исследуемых ПС на основе микронного и нанодисперсного окислителя от давления. Выполнены термодинамические расчеты для определения равновесных значений температуры, газовой постоянной, относительной массовой концентрации к-фазы, показателя адиабаты продуктов сгорания ПС. Установлено увеличение полноты сгорания, снижение периода задержки воспламенения пиротехнического состава и реализация более однородного потока истекающих из сопла продуктов сгорания в случае использования нанодисперсного окислителя.

Рассмотрен процесс тотальной планаризации поверхности подложек изделий микро- и наносистемной техники методом химико-механического полирования. Отличие процесса планаризации подложек МЭМС/НЭМС-устройств состоит в том, что на одной обрабатываемой поверхности могут располагаться элементы с размерами, отличающимися на два (и более) порядка. В то же время для большинства обрабатываемых поверхностей характерны значительные перепады высоты исходного микрорельефа, кроме того, обрабатываемая поверхность может иметь участки из различных материалов, существенно отличающихся по физико-механическим и химическим свойствам, а подложки обладают повышенной склонностью к хрупкому разрушению. В процессе планаризации необходимо обеспечить эффективное сглаживание микрорельефа обрабатываемой поверхности при минимальной величине припуска на обработку. Проведено теоретическое исследование процесса химико-механического полирования. Рассмотрены факторы, влияющие на скорость локального изнашивания обрабатываемой поверхности. Предложена математическая модель для определения скорости изнашивания, учитывающая действие режимных факторов и условий обработки. Разработана математическая модель для оценки интегральной величины износа в произвольно выбранной точке поверхности подложки. Представлена методика расчета распределения величин износа по обрабатываемой поверхности, которая позволяет учитывать распределение (поля) скоростей абразивной среды, давления, температуры, химической активности среды, геометрию поверхности полировальника. Приведены результаты расчета распределения величин износа по обрабатываемой поверхности для некоторых режимов обработки. Результаты вычислительных экспериментов, проведенных с использованием разработанных математических моделей, позволяют сделать вывод о возможности эффективного управления процессом планаризации методом химико-механического полирования для повышения коэффициента планаризации.

Проведено исследование процессов изменения зарядового состояния МДП-структур с многослойным подзатворным диэлектриком наноразмерной толщины на основе термической пленки SiO2, легированной фосфором, при сильнополевой инжекционной модификации, проводимой при различных режимах инжекции. Выполнена оценка временной и температурной стабильности зарядового состояния диэлектрической пленки после модификации. Установлено, что отрицательный заряд, накапливающийся в пленке фосфорно-силикатного стекла (ФСС) в МДП-структурах с двухслойным подзатворным диэлектриком SiO2-ФСС в процессе сильнополевой туннельной инжекции электронов, может использоваться для модификации электрофизических характеристик приборов с такой структурой. Предложен способ модификации электрофизических характеристик МДП-структур путем сильнополевой туннельной инжекции электронов в диэлектрик в режиме протекания постоянного инжекционного тока. Способ позволяет непосредственно во время модификации контролировать изменение параметров МДП-структуры. Показано, что для получения приборов с высокой термополевой стабильностью после модификации зарядового состояния инжекцией электронов их необходимо отжигать при температурах около 200 °C.

Анализируются перспективы получения нанометровой шероховатости поверхности с помощью ионно-лучевой обработки, необходимой для изготовления элементов оптических систем с шероховатостью поверхности порядка Ra 1…4 нм, например, зеркал лазерных гироскопов, линз и зеркал телескопов и т. п. Приводятся результаты теоретических исследований изменения коэффициента распыления материалов при ионно-лучевой обработке в зависимости от профиля микронеровностей поверхности и угла падения ионов. Описана методика проведения экспериментальных исследований с учетом полученных теоретических зависимостей, а также с различными энергетическими характеристиками пучка ионов и при различной длительности обработки. Представлены результаты исследования рельефа поверхности ситалловой подложки с помощью атомно-силового микроскопа Solver Next до ионно-лучевой обработки и после воздействия на нее потока ионов с энергиями 1 и 3 кэВ, направляемого под различными углами. Показан пример представления результатов измерения микрорельефа поверхности, полученных с помощью зондовых микроскопов, в относительных единицах после компьютерной обработки сканов.

Нелинейные преобразователи радиосигналов являются ключевыми элементами радиотехнических систем. Перспективным направлением повышения качества нелинейных преобразователей радиосигналов является использование нелинейных элементов, функционирующих на основе квантоворазмерных принципов токопереноса. Решается задача обеспечения надежности нелинейных преобразователей радиосигналов СВЧ устройств на основе наноразмерных многослойных полупроводниковых резонансно-туннельных гетероструктур. Рассматривается надежность индивидуальная и в партии изделий. Задача решается на примере смесителя радиосигналов на базе резонансно-туннельного диода. Использование описанной методологии проектирования позволит повысить надежность и серийнопригодность нелинейных преобразователей СВЧ радиосигналов.

Устройства наногетероструктурной электроники позволяют получить совершенно новые, ранее недостижимые свойства РЭС. Принцип работы таких устройств основан на квантоворазмерных эффектах в наноразмерных слоях составляющих их полупроводниковых гетероструктур. Одна из основных проблем, сдерживающих широкое применение указанных изделий в различных радиоэлектронных системах, состоит в недостаточном уровне их надежности (гамма-процентная наработка, согласно опубликованным данным, составляет «четыре девятки» 3–4 года). Это недостаточно для РЭС, используемых в тех областях приборостроения, где цена отказа чрезвычайно велика. Так, для авиационного приборостроения необходимы приемные и передающие устройства с гаммароцентной наработкой в два раза большей, для космической отрасли — в три-четыре раза. В связи с чем, актуальным и важным является вопрос обеспечения надежности таких приборов. Авторами разработана математическая модель и алгоритм проведения конструкторско-технологической оптимизации радиоэлектронных средств нового поколения на базе приборов, функционирующих на квантоворазмерных эффектах в их полупроводниковых гетероструктурах, по критерию их надежности. Показано, что выбор рациональных конструкторско-технологических решений позволяет обеспечить заданный уровень надежности этих изделий.

Обсуждены особенности применения информационных технологий при решении различных задач наноинженерии. Показано, что использование высокопроизводительных вычислений позволяет значительно упростить решение задач наноинженерии. Обсуждаются вопросы обработки результатов моделирования и анализа полученных данных. Показано, что применение методов искусственного интеллекта позволяет формализовать извлечение и представление знаний в области наноинженерии.

Проведен анализ вольт-амперных характеристик МДП-структур для различных температур. Основное внимание уделено проводящему каналу в матрице нестехиометрического оксида кремния. С помощью построения графиков в различных координатах установлено, что лимитирующим механизмом проводимости является эффект Шоттки. Температурная зависимость тока для заданного напряжения позволила определить величину энергетического барьера 0,12 эВ. Показано, что увеличение температуры образца на 200K приводит к значительному снижению эффективной диэлектрической проницаемости материала проводящего канала, что позволяет говорить о дипольной поляризации вещества. Такое поведение может быть обусловлено высоким содержанием заряженных дефектов в матрице нестехиометрического оксида, которые представляют собой трехкоординированные атомы кремния, обладающие большей способностью к ориентации в электрическом поле, чем четырехкоординированные.

С помощью кластерных разложений решается задача о перколяции случайного поля в конечной полосе для решеточной перколяционной модели и ферромагнитной модели Изинга. Вероятность непротекания с верхнего основания цилиндра на нижнее по случайным дефектам представлена в экспоненциальной форме с аналитической функцией в показателе. Описана кластерная структура показателя экспоненты, найдены в явном виде первые несколько членов степенного разложения показателя по перколяционному параметру. Доказаны предельные теоремы пуассоновского типа. Показано, что при некоторых воздействиях мультипликативного характера на форму цилиндра и перколяционный параметр распределение вероятностей количества дефектных контуров сходится к пуассоновскому распределению. И обратно, для любого пуассоновского параметра при фиксированном перколяционном параметре существует последовательность объемов такая, в которой распределение количества контуров стремится к пуассоновскому распределению с этим параметром. Показано, что расчеты без изменений переносятся на значительно более широкий класс решеточных моделей, для которых возможны кластерные разложения.

В статье дано подробное описание основных квантовых объектов нанотехнологий: квантовых точек, углеродных нанотрубок и графена. Изучение квантовых явлений, определяющих уникальные свойства этих объектов, приобретение навыков их исследования и использования в практических целях составляет основную задачу подготовки студентов технических университетов к работе в наиболее перспективных направлениях современной науки и техники. В статье описаны методы получения квантовых точек, их физические свойства, а также свойства углеродных нанотрубок и графена. Значительное внимание уделено анализу уже существующего практического применения квантовых объектов нанотехнологий и обсуждению его широких перспектив. Отмечается, что необходимым условием успешного освоения нанотехнологий в нашей стране является изучение студентами квантовых явлений в курсе физики технических учебных заведений.

Представлены результаты многолетней научноисследовательской работы, проводимой на кафедре «Физической и аналитической химии» МПГУ по созданию и исследованию металлических катализаторов в реакции окисления метана, для последующего использования в разработке топливных элементов или сенсоров на их основе, а также нахождение лучшего селективного катализатора окисления метана в формальдегид. Показана перспективность применения исследуемых катализаторов.

В статье рассмотрено применение информационных технологий, в сочетании с элементами проектной деятельности, при изучении химии студентами c нарушениями слуха в рамках образовательно-реабилитационных программ, в условиях непрерывного двухуровневого интегрированного профессионального обучения в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В статье обоснована необходимость введения в курс химии понятия «зеленой химии» как в общеобразовательных, так и профессиональных учебных заведениях. Проведен анализ современного состояния данной проблемы, в том числе, в российском образовании. В качестве методологической основы преподавания «зеленой химии» предложен системно-аксиологический подход, способствующий формированию химикокологической компетентности обучающихся.

Представлены результаты теоретического обоснования процессов никелирования. Для объяснения электролиза были использованы принципы построения диаграммы Пурбе. Диаграмма позволяет наглядно и компактно показать возможные электродные процессы и проанализировать области их протекания. Выявлены границы рН при прочих известных параметрах, в пределах которых возможен процесс никелирования.

Проведен расчет энергетических молекулярных постоянных (колебательных, вращательных, центробежных) и радиационных параметров (коэффициентов Эйнштейна, сил осциллятора, факторов Франка-Кондона), волновых чисел вращательных линий электронноколебательно-вращательного перехода и радиационных времен жизни для колебательно-вращательных уровней энергии возбужденного состояния димеров цезия и рубидия. Расчеты проведены на основе полуэмпирических потенциальных кривых, построенных в настоящей работе.

Рассматриваются основные предположения, которые сделаны при исследовании физических процессов. При исследовании многих электромагнитных процессов (электроны и другие заряженные частицы являются листами Мебиуса (ЛМ)). Рассматриваются потоки эфира, поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током, взаимодействие двух проводников с электрическим током (эффект Ампера). Предложен механизм излучения света. Показано, что поперечность световых волн не связана с деформацией среды (эфира), а является следствием того, что свет излучается на определенном небольшом расстоянии от электрона во все стороны. Эфир подчиняется законам идеального газа. Поэтому он подчиняется и уравнению Клапейрона — Менделеева. В последние годы разработан метод получения сверхкоротких световых импульсов, длительность которых равна доле периода световых волн. При этом должна создаваться асимметрия светового потока, которая может позволить выяснить, действительно ли световой луч определяется тремя взаимно перпендикулярными векторами.

Рассмотрены основные особенности ядерных сил. Предложена новая модель атомного ядра, согласующаяся с большинством экспериментальных данных, которая позволила предсказать существование нового типа изомерии атомных ядер, установить общую причину радиоактивности атомных ядер, обосновать причину резкого повышения устойчивости нейтрона при включении его в ядро, объяснить повышенную устойчивостъ «магических» атомных ядер, обосновать причину образования достаточно крупных «осколков» при радиоактивном распаде ядра, определить путь расчета ядерных сил.

К факторам, влияющим на физико-химическое взаимодействие в растворах, относят не только механические (например, перемешивание и трение), но и связанные с действием акустических колебаний: ударные волны, гидродинамические течения и кавитация. В данной работе к числу подобных факторов отнесены низкочастотные колебания. Диапазон частот, при воздействии которых получены обсуждаемые результаты, находился в основном в интервале 1 — 100 Гц.

На примере алгоритмов рассмотрена современная методика преподавания курса химии. Показано, что алгоритмы могут быть реализованы в процессе изучения химии при составлении формул и уравнений, при решении и самостоятельном составлении экспериментальных и расчетных задач разного типа, при описании свойств элементов и веществ, при изучении возможности протекания реакций. Уделено особое внимание количественным законам химии (эквивалент), строению атома (Периодической системе элементов Д.И. Менделеева), алгоритмам решения типовых задач по уравнениям окислительно-восстановительных и других реакций.

Рассмотрены примеры реализации новых подходов и технологий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» для обучения студентов 3-его курса, cпециализирующихся по направлениям: «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Инженерная защита окружающей среды». Оптимальными с точки зрения эффективности применения оказались конструктивистский и проблемный подходы к обучению, которые обеспечивают умение пользоваться знанием как инструментом деятельности, приучают студентов мыслить критически, выявлять причинно-следственные отношения между теорией и практикой. Инновационные педагогические процессы в настоящее время связаны с внедрением компетентностного подхода в высшем образовании, который использовался нами при составлении программы и учебных материалов дисциплины. Так как наиболее заметная роль в инновационных подходах принадлежит применению компьютерных технологий, создан дидактический комплекс информационного обеспечения дисциплины. В состав его включены: рабочая программа дисциплины, электронный вариант лекционного курса, база данных. В дидактический комплекс входят также примеры решения задач по каждому модулю, контрольные вопросы и задачи к разделам лекционного курса с элементами научно-технического творчества. Одним из основных направлений является освоение студентами современных методов физико-химического эксперимента. В связи с этим создан маршрутный компьютерный практикум. Выполнение лабораторных работ с применением компьютерной технологии позволяет студентам приобрести навыки использования компьютерных методов для получения экспериментальных данных и их обработки. Новые подходы к обучению включают также ориентированное обучение, связанное с будущей профессией, мотивацию студентов к научно-техническому творчеству, активную связь с представителями кафедры для реализации задач учебного процесса.

Под каталитическим эффектом памяти понимается отклик на модификацию поверхности катализатора субстратом во время приготовления конкретного образца. Под откликом понималось увеличение выхода продукта. Однако ожидаемый эффект не всегда оправдывался, ибо чаще падала общая активность. Для сложных реакций необходимо исследовать эволюцию селективности, что требует использования метода бинарных систем отношений. Ранее доминировал унарный подход, при котором не учитывается связь с другими термодинамически возможными реакционными путями. Современная физика принимает во внимание бинарные системы вещественных отношений или системы комплексных отношений. Цель настоящего сообщения заключается в объяснении непопулярности каталитического эффекта памяти, ибо катализ является в большей мере инженерной наукой. Технолог более заинтересован в общей активности, которая, как правило, антибатна селективности.

В статье рассматриваются вопросы воспроизведения движения объектов графической сцены, заданных в виде скелетных моделей, в реальном масштабе времени. Предлагается подход к оптимизации временных затрат на формирование кадра изображения, заключающийся в реализации комбинированного решения: задавать преобразования набором — кватернион, коэффициенты масштабирования и перенос, а хранение и преобразование выполнять в виде матрицы перехода.

Рассмотрены проблемы внедрения CALS-технологий на современном предприятии. Проанализированы проблемы контроля качества электронной модели машиностроительного изделия. Предложена методология автоматизированного контроля средствами CAD системы Siemens NX и PDM системы Teamcenter.

В работе показано, что смешанное моделирование структур является составной частью метода иерархического моделирования сложных дискретных структур. Рассмотрен вопрос смешанного моделирования сложных дискретных устройств с использованием макромоделей устройств на уровне функциональных блоков и их декомпозиции в элементы дискретных структур с разной степенью детализации для анализа и контроля правильности функционирования дискретных устройств на ранних этапах разработки и проектирования.

В статье обоснованы эргономические, технические и физические причины необходимости создания симулятора рентгеновского дифрактометра и его значение для процесса обучения студентов в технических вузах. На основе результатов проведенных исследований всех особенностей работы с рентгеновским дифрактометром для изучения кристаллической решетки вещества разработана программная модель симулятора, который позволит проводить виртуальный дифракционный эксперимент с целью выполнения рентгеновского фазового анализа.

Статья посвящена иерархическому методу анализа функционирования программного обеспечения, позволяющему обнаружить ошибки проектирования на ранних этапах разработки. Рассмотрен блочно-иерархический подход к проектированию. Приведены иерархические структуры программных систем, использование которых позволяет сделать сложные программные системы обозримыми. Изложенный метод основывается на представлении программного обеспечения иерархической сетью Петри. Обнаружение ошибок проектирования происходит посредством анализа полученной сети Петри.

В статье содержится описание подходов к оценке множества работ, которые выполняются в определенный момент времени на многопроцессорных вычислительных машинах, и объемов работ на заданном отрезке времени. Эти оценки позволяют более эффективно планировать распределение работ по процессорам при статическом решении задач аспараллеливания.

Предложен метод построения срезов, учитывающий особенности динамических языков программирования и основанный на построении траектории в ходе интерпретации программы и последующем формировании на ее основе графа программных зависимостей. Метод реализован для построения срезов программ на языке Lua путем модификации его интерпретатора.

В статье рассматривается вопрос иерархического моделирования сложных дискретных систем с использованием макромоделей устройств на уровне функциональных блоков для анализа и контроля правильности их функционирования на ранних этапах разработки и проектирования. Приведена макромодель функционального блока сложной дискретной структуры, формализованная логической последовательностной схемой.

Выбор трассы прокладки оптического кабеля формализован в виде задачи определения минимального и близких к ней путей на графе. Для решения задачи предложена модификация алгоритма Дейкстры. Трасса прокладки отображается на электронной карте города.

Рассмотрены подходы к решению задач распознавания и классификации людей в видеопотоке, описаны результаты антропологических исследований и возможность применения полученных результатов в рамках сферы компьютерного зрения. Произведен эксперимент, в котором сравниваются результаты распознавания и классификации двух подходов, основанных на анализе статической и динамической информации соответственно.

Рассмотрены методы моделирования волн на поверхности жидкости, включая круговую волну и наложение волн. Предложена программная реализация визуализации волн, основанная на использовании алгоритма построчного сканирования и простой модели освещения Фонга. Рассмотрены способы увеличения скорости работы алгоритма.

В статье проанализированы особенности известных геоинформационных систем (ГИС) и беспилотных летательных аппаратов в случае последующего использования результатов зондирования комплексами воздушной разведки в дорожных информационных системах (ДИС). Рассмотрена также возможность применения этих систем для решения специфических задач ДИС. Описаны необходимые дополнительные компоненты для ГИС, обусловленные спецификой подобных задач. Представлен один из таких компонентов. Обоснованы пути дальнейших исследований.

Статья посвящена разработке метода обнаружения тупиков при использовании в приложениях мьютексов, реализованных по стандарту POSIX. В рамках теории тупиков проанализирован и реализован способ получения информации о блокированных на мьютексах процессах. Показано, что обнаружение замкнутой цепи блокировок соответствует обнаружению цикла в графе запросов — распределений. Описан механизм включения в ядро средств перехвата функции ядра, которая управляет захватом и освобождением потоков на мьютексах. Предложен алгоритм обнаружения тупика на основе полученной информации.

Статья посвящена вопросам, связанным с безопасностью работы ОС Windows. Показано, что драйверы режима ядра, в которых используются средства взаимоисключения, могут быть потенциально опасными для системы и являться причиной краха системы. Анализируются результаты работы включенных в систему средств верификации Driver Verifier. Для проведения анализа разработаны драйверы режима ядра, содержащие разные типы угроз, и выполнена их верификация. Определены возможности и сформулированы практические рекомендации по использованию системных средств верификации с целью обнаружения и исключения из их кода потенциально опасных участков.

Выполнен сравнительный анализ маргинальных скоростных свойств сортировки массивов методами последовательной и дихотомической вставки с учетом операций сравнения, сложения, перестановки и запоминания сортируемых элементов в массивах целых чисел.

Рассмотрены вопросы автоматизации тестирования программ студентов в ходе выполнения лабораторных работ по курсу «Информатика». Предложенный подход позволяет студенту быстро протестировать программу заранее подготовленным и встроенным в его программу кодом, что обеспечивает более высокую интенсивность проводимых занятий, экономит время студента и преподавателя. Предлагаемая реализация ориентирована на проверку программ, написанных в среде VS C++.

Изображения, полученные во время аэрофотосъемки при больших скоростях движения летательного аппарата и на малых высотах, практически всегда подвержены искажению (смаз). При этом часто съемка осуществляется с перекрытием, что позволяет использовать несколько кадров для улучшения качества изображения. В работе предлагается метод восстановления смазанных изображений по двум кадрам. Восстановление изображения производится итеративно на отдельном шаге по методу сопряженных градиентов с регуляризацией. Полученные результаты подтверждают улучшение качества по сравнению с восстановлением по единственному изображению, так как появляется возможность восстановить частоты, которые теряются вследствие смаза.

Поршневые многоступенчатые компрессоры часто используются для заполнения емкостей различного объема. В этом случае имеет место переменный режим работы, т.е. компрессор работает при переменном давлении нагнетания. В статье дано описание математической модели работы поршневого многоступенчатого компрессора в режиме наполнения емкости с учетом последовательного нагружения ступеней. Модель позволяет учесть влияние переменного давления нагнетания на изменение промежуточных межступенчатых давлений, степени повышения давлений по ступеням, коэффициенты подачи ступеней компрессора и затрачиваемую мощность. Дана блок-схема алгоритма расчета, на основании которой разработана программа на языке программирования Delphi. Приведены результаты расчета времени наполнения емкости до заданного давления и результаты эксперимента, подтверждающие адекватность разработанной расчетной модели. Методика расчета может быть использована также для определения времени перекачки газа из одной емкости в другую.

В статье представлен подход к расчету откачной характеристики кинетического вакуумного насоса для молекулярного режима течения газа. Расчет основывается на основных допущениях для молекулярно-кинетической теории газов: распределение молекул по скоростям теплового движения описывается распределением Максвелла, взаимодействие между молекулами газа отсутствует, взаимодействие между поверхностью твердого тела и молекулами газа описывается диффузным законом отражения, коэффициент аккомодации равен единице. Использование методов прямого статистического моделирования для расчета откачных параметров элементов проточных частей и аналитические зависимости, связывающие их совместную работу, позволили значительно сократить время расчета, не снижая его точности и не искажая физики процесса откачки. Представленные математические зависимости позволяют проводить расчет существующих кинетических высоковакуумных насосов (турбомолекулярных, молекулярных и комбинированных турбомолекулярных с молекулярными ступенями) с учетом влияния всасывающего патрубка и перетеканий в проточных частях насосов.

Решение задачи потокораспределения является неотъемлемой и крайне важной проблемой при моделировании работы нефте- и газопроводов, а также водопроводных и тепловых сетей (далее — гидравлические сети). Обычно методики расчета подобных систем базируются на первом и втором законах Кирхгофа, законе сохранения массового баланса и законе сохранения энергии. На этих же законах основаны и численные методы решения гидравлических сетей вплоть до современных программных продуктов. Авторами был совершен переход от методов, основанных на совместном решении законов Кирхгофа, к численному решению распределения потоков в гидравлической сети с помощью дискретизации уравнения неразрывности, которое приводится к разностному аналогу дифференциального уравнения второго порядка относительно давления. Данный метод успешно апробирован на примере решения нескольких тестовых задач.

Авторами предложена методология проведения численных исследований в области гидродинамики и тепломассообмена. Данные методы исследований нашли широкое применение во всех областях промышленности, особенно авиационной, автомобильной, энергетической и нефтегазовой. Однако использование таких методов без четко разработанной методики приводят к получению недостоверных результатов, что, в свою очередь, может повлечь серьезные последствия. Именно этим объясняется очень ограниченное применение численных методов, например, в атомной промышленности и на предприятиях военно-промышленного комплекса. В то же время, использование изложенной методики, которая апробирована при решении широкого круга задач, позволяет получить достоверные результаты и определить требуемые параметры объекта исследования с необходимой точностью и одновременно с приемлемыми временными затратами.

Современное программное обеспечение, используемое для проведения расчетов гидродинамики и тепломассопереноса, позволяет разрабатывать пользовательское программное обеспечение, помогающее автоматизировать процесс проведения численных расчетов. Авторами предложен термин «виртуальный стенд», который описывает алгоритм построения такого программного обеспечения и программный код. В данной статье изложен алгоритм для автоматизации процесса моделирования теплогидравлических процессов в системах трубопроводов сложной пространственной конфигурации, а также особенности процедуры создания соответствующего программного обеспечения в программном комплексе Star-CD 4.16 с применением языка программирования Java.

Создание многокомпонентных газовых сред широко применяется для приготовления эмульсий и суспензий и получения гомогенных сред с контролируемой концентрацией. В данной статье дана оценка перспектив их использования, проблемы разработки смешивающих устройств. Приведен пример схемы системы смешения в вихревом потоке. Представлены схема и методика проведения эксперимента по оценке эффективности данного устройства. Разработана математическая модель для проведения численных расчетов с распределенными параметрами для определения характера течения в устройстве вихревого смешения.

В статье раскрывается актуальность и области применения вихревых регуляторов. На основе обзора литературы и патентного обзора рассмотрено состояние вопроса на сегодняшний день по использованию и разработке вихревых регуляторов, приводятся схемы вихревых регуляторов, оценочный расчет параметров вихревого регулятора при заданных скоростях питающего и управляющего потоков и с заданными размерами вихревой камеры. Рассчитана математическая модель расчета вихревого регулятора, описывающая процессы течения рабочих сред, на базе которой в дальнейшем будет разработан метод расчета по распределенным параметрам, и проведен численный расчет вихревой камеры с помощью современных CFD-пакетов.

Рассмотрены особенности работы различных компоновочных схем вихревых ступеней с периферийным каналом. Показана возможность разгрузки ротора вихревой машины от осевых и радиальных газовых сил, что позволяет использовать ступень с периферийным каналом в установках высокого давления. В то же время указывается на основной недостаток вихревых машин — сравнительно низкий КПД. Для ступени с периферийным каналом описывается предложенный в МГТУ им. Н.Э. Баумана конструктивный прием (фигурный отсекатель), позволивший существенно повысить КПД ступени. На основе регенеративной теории рабочего процесса в вихревой ступени показан механизм действия фигурного отсекателя. Приведены результаты экспериментальных исследований и выданы рекомендации по конструктивному исполнению отсекателя, обеспечивающему повышение напорности и экономичности вихревой ступени с периферийным каналом.

В данной статье приведены результаты исследований диапазона применения уплотнений седел шаровых кранов, выполненных из полимеров, эластомеров и термореактивных полимеров. Представлены результаты экспериментальных исследований на износостойкость различных материалов уплотнений и их работоспособность в зависимости от давления и температуры рабочей среды, а также конструкции седел (стандартных, итальянской фирмы Gasket и предприятия ООО «ИК Энерпред-Ярдос»). На основе экспериментальных исследований приведены рекомендации по выбору материалов для изготовления уплотнений седел шаровых кранов. Особое внимание уделено вопросам повышения стойкости уплотнений к «взрывной декомпрессии». Для анализа и понимания результатов экспериментальных исследований проведены гидродинамические расчеты течения рабочей среды в проточной полости шарового крана. В основе статьи лежит материал, накопленный авторами на протяжении многолетнего опыта в области расчетно-теоретических исследований, конструирования, производства и эксплуатации запорнорегулирующей арматуры, в том числе шаровых кранов.

Проведено экспериментальное исследование процесса течения смеси воды и воздуха через рабочую ячейку блока вакуумной сепарации под действием перепада давления. Анализ результатов эксперимента позволил выявить особенности данного процесса: в рабочей системе имеется неравномерность поля давлений, сопротивление пористых тел переменно в зависимости от номера ячейки и времени прокачки. Также следует отметить огромное влияние капиллярных сил в двухфазной среде на рабочий процесс прокачки исходной смеси через ячейки с пористыми телами. Для описания выявленных аспектов и численного исследования характеристик поля давления и распределения насыщенности фаз была разработана математическая модель нестационарного процесса двухфазного течения газожидкостной смеси через пористое тело в ячейке установки вакуумной сепарации растворов ДНК под действием перепада давления между атмосферным и давлением в вакуумной камере.