Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные предпосылки развития инновационной экономики. Материалы III-й Межвузовской научно-практической конференции
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тамбовский государственный технический университет»
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗВИТИЯ
ИННОВАЦИОННОЙ ЭКОНОМИКИ
III-я Межвузовская научно-практическая конференция
23 апреля 2015 г.
(конференция аккредитована для предварительного отбора проектов
в рамках программы У.М.Н.И.К.-2015 г.)
Научное электронное издание комбинированного распространения
Тамбов
Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
2015
1
УДК 33:001.895
ББК У291.551я45
С56
Оргкомитет:
доктор технических наук, проректор по научно-инновационной
деятельности ФГБОУ ВПО «ТГТУ» (председатель оргкомитета)
С. И. Дворецкий
доктор технических наук, профессор кафедры «Компьютерно-
интегрированные системы в машиностроении», председатель Совета
молодых учёных и специалистов ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
М. В. Соколов
С56
Современные предпосылки развития инновационной экономики [Электронный ресурс] : материалы III-й Межвузовской
научно-практической конференции / под общ. ред. М. А. Истомина. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Системные требования : ПК не
ниже класса Pentium II ; CD-ROM-дисковод 39,8 Mb ; RAM ;
Windows 95/98/XP ; мышь. – Загл. с экрана.
ISBN 978-5-8265-1435-1.
Конференция проводится в рамках Программы развития студенческих объединений ФГБОУ ВПО «ТГТУ» в 2015 году с целью объединения усилий студенчества, молодых учёных и инноваторов в направлении развития инновационной экономики в регионах.
УДК 33:001.895
ББК У291.551я45
Сборник подготовлен по материалам, предоставленным в электронном варианте,
организаторы конференции ответственности не несут.
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
и сохраняет авторскую редакцию.
За содержание предоставленных материалов
ISBN 978-5-8265-1435-1
2
© Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Тамбовский государственный технический
университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»), 2015
А. А. Авдеев, Д. Ю. Пшичкина, Ю. В. Пугачева∗
ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ВИХРЕВЫХ ТРУБ
C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИКЛАДНОГО ПАКЕТА АNSIS
Использование вихревых труб в химической и смежных отраслях
промышленности затруднено вследствие недостаточной изученности
процесса течения двухфазного потока. В связи с развитием методов
численного решения задач газодинамики, некоторые исследователи
изучают вихревой эффект путём математического моделирования на
основе уравнений движения Навье–Стокса и законов сохранения.
Первые из предложенных моделей отличались большим количеством до
пущений (несжимаемый невязкий идеальный газ, ламинарное
движение, двумерная осесимметричная стационарная задача), что объяснялось отсутствием необходимых вычислительных мощностей.
Такие модели показывали результаты, которые имели лишь качественное схождение с экспериментальными данными. С развитием компьютерной техники стали появляться всё более сложные математические
модели с меньшим количеством допущений.
Для оптимизации параметров вихревых тр
уб, наряду с натурными
экспериментальными стендами, может использоваться также и численное моделирование при помощи современных CFD-комплексов,
например, ANSYS FLUENT, Flow vision. Современные CFD-комплексы
позволяют строить так называемые «виртуальные стенды» для исследования и оптимизации параметров изделий. Использование CFD-моделей
позволяет значительно экономить время и средства при анализе чувствительности, проработке различных концептуальных проектов и по-
т отобрать наиболее перспективные конструкции.
зволяе
Ключевые элементы CFD пакетов – это генерация расчётной сетки, вычислительный алгоритм и моделирование турбулентности.
Для первых двух элементов существуют точные математические теории, однако моделирование турбулентности носит лишь полуэмпирический характер. Математическое описание турбулентности требует
большого количества информации, описывающей механику пространственного нестационарного течения.
Современная теория турбу
лентности не располагает возможностями теоретическим путём получить уравнения для определения напряжений Рейнольдса. Поэтому единственным способом, позволяю-
∗
Работа выполнена под руководством канд. техн. наук, доцента
А. Ю. Орлова.
3
щим замкнуть систему, является привлечение полуэмпирических соотношений, связывающих эти напряжения с осреднёнными по времени
компонентами скорости.
Обзор существующих моделей турбулентности указывает на целесообразность применения двухпараметрической k–ε модели как наиболее употребляемой в широком диапазоне чисел Рейнольдса.
В существующих моделях вихревых течений для описания состояния газа многие авторы испо
льзуют уравнение идеального газа
Менделеева–Клапейрона. Такое допущение корректно лишь для узкого диапазона параметров течения газа в вихревой трубе и для однокомпонентных газов. При низких значениях давления и температуры
проявляются критические свойства реальных газов, и уравнение состояния идеального газа даёт погрешность до 80%.
Список литературы
1. Коновалов, В. И. Разработка расчёта вихревых труб Ранка–
Хилша / В. И. Коновалов, А. Ю. Орлов, Т. Кудра // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2012. – Т. 18,
№ 1. – С. 74 – 107.
2. Коновалов, В. И. Сушка и другие технологические процессы
с вихревой трубой Ранка–Хилша: возможности и экспериментальная
техника / В. И. Коновалов, А. Ю. Орлов, Н. Ц. Гата
пова // Вестник
Тамбовского государственного технического университета. – 2010. –
Т. 16, № 4. – С. 803 – 825.
Кафедра «Технологические процессы, аппараты
и техносферная безопасность» ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
И. В. Аносова, аспирант
РАЗРАБОТКА ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ,
МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИАНИЛИНОМ
Полифункциональные материалы на основе углеродных дисперсных носителей (углеродные нанотрубки, графены), модифицированных полианилином (ПАНИ), имеют перспективы применения в таких
областях техники и технологий, как производство электродных материалов и суперконденсаторов, фоточувствительных элементов, сенсоров, сорбентов, упрочняющих и повышающих термическую стабиль-
4
ность добавок к полимерным материалам. Широкое использование
таких композитов может стать реальностью в ближайшие годы благодаря доступности исходных компонентов и простоте способов синтеза.
Однако свойства материалов ПАНИ
/ углеродный носитель могут варь-
ироваться в широких пределах в зависимости от природы и количественного содержания темплата, способа и степени (D
) предваритель-
f
ной функционализации, условий окислительной полимеризации анилина на его поверхности.
Целью настоящей работы явилось исследование свойств композитов ПАНИ
/ углеродные нанотрубки (УНТ) и ПАНИ / многослойный
графен (МГ) и определение рациональных условий синтеза материалов
с необходимыми параметрами (удельная электропроводность, электроёмкость и т.п.).
Для модифицирования использовались УНТ «Таунит-М» и
«Таунит-МД», предварительно функционализированные СООН-группами (D
(15 – 25 графеновых слоёв, S
= 0,1…0,7 ммоль/г), и многослойный окисленный графен
f
= 120 м2/г).
уд
1. Выход полианилина и удельное электрическое сопротивление
синтезированных полифункциональных материалов
/ УНТ и ПАНИ / МГ
Вид
наноматериала
ПАНИ
, ммоль/г
D
f
Выход эмеральдиновой
соли полианилина,
в % от теоретически
возможного
Удельное
электросопро-
тивление, Ом⋅см
Таунит-М
Таунит-МД
Многослойный графен
0,12 87,4 5,2
0,4 89,1 16,3
0,7 86 22
0,2 81,7 9,2
0,4 93,8 15
0,7 93,1 10,6
– 12,96 3,6
Наличие в
реакционной
массе диспер-
20,72 1,2
гатора НФ
5
Увеличению выхода эмеральдиновой соли ПАНИ способствует
предварительное карбоксилирование поверхности в случае УНТ
= 0,4 ммоль/г) и введение ПАВ (диспергатора НФ) в случае МГ
(D
f
(табл. 1).
Определены условия получения композитов ПАНИ
/ МГ с наилучшими проводящими свойствами. В первом случае
ПАНИ
/ УНТ и
необходимо предварительное мягкое карбоксилирование поверхности,
во втором – введение ПАВ (табл. 1). Установлено также, что использование УНТ с низкими значениями D
(«Таунит-М» – 0,3 ммоль/г;
f
«Таунит-МД» – 0,6 ммоль/г) улучшает ёмкостные свойства композитов. В этом случае удельная электрическая ёмкость ПАНИ
«Таунит-М» составляет 191 Ф/г, а ПАНИ
/ УНТ «Таунит-МД» – 188 Ф/г.
Удельная поверхность ПАНИ составляет 35,98…39,18 м
бывает недостаточно при изготовлении сорбентов. Этот показатель
значительно выше у композитов ПАНИ
/ УНТ (137,19…152,23 м
у композита на основе модифицированного «Таунита-МД» с D
/ УНТ
2
/г, что
2
/г –
f
=
= 0,6 ммоль/г).
В настоящее время также ведутся исследования механических
свойств эпоксидных композитов, модифицированных ПАНИ
/ УНТ.
Таким образом, на основе углеродных носителей, модифицированных
полианилином, можно получить полифункциональные материалы,
обладающие полезными свойствами в различных областях применения. Углеродные носители, обладающие высокими удельной поверхностью и электропроводностью, способствуют стабилизации свойств
ПАНИ и появлению синергетических эффектов.
Кафедра «Техника и технологии производства нанопродуктов»
ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
А. Е. Архипов, студент
РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЁРНОГО
КОМПЛЕКСА ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
На сегодняшний день значительно увеличивается количество аварийных ситуаций, произошедших по вине человека. Этот фактор резко
возрос в отрасли химических производств. Это связано с совершенствованием и, соответственно, с усложнением управления химическими
аппаратами и прочим оборудованием. Поэтому качественное обучение, а также повышение квалификации персонала является одной из
важнейших проблем.
6
Традиционные системы обучения имеют некоторые недостатки,
среди них невозможность отработки навыков совместных действий
персонала при возникновении нештатной ситуации. Одним из решений данной проблемы может быть использование интерактивных тренажёрных комплексов, которые смогли бы моделировать широкий
спектр чрезвычайных ситуаций.
Интерактивный 3D-тренажёрный комплекс позволяет:
• повысить профессиональный уровень персонала;
• обучать персонал пр
едприятий работе в штатных и аварийных
ситуациях;
• отрабатывать совместные согласованные действия персонала
по локализации и ликвидации аварийных ситуаций;
• оперативно подготовить операторов при смене ассортимента
выпускаемой продукции;
• повысить надёжность функционирования промышленных тех-
нических систем.
Ядром виртуальных тренажёров является модель деятельности
персонала. Математическая модель описывается с использование графа, где верши
нами графа являются состояния системы в определённый
момент времени, а дуги – это действия, которые необходимо совершить для перехода системы из одного состояния в другое. Таким образом, граф показывает последовательность действий, необходимых для
производства продукции.
Виртуальный тренажёрный комплекс может активно использоваться не только для обучения или повышения квалификации обслуживающег
о персонала промышленных предприятий, но и студентов
инженерного профиля при прохождении определённых дисциплин
специализации. Соответствие виртуальных тренажёров промышленным установкам и техническим системам позволяет значительно повысить уровень квалификации обслуживающего персонала, а также
ещё в образовательном учреждении подготовить специалистов, владеющих основными навыками управления промышленными системами. Это особенно актуально для по
жаро- и взрывоопасных производств, где нет возможности обучения на «пилотных» установках.
Тренинг персонала в нештатных ситуациях на виртуальных тренажёрах позволяет также приобрести практические навыки, необходимые
для локализации возникающих дефектов технологического оборудования и предотвращения аварий и катастроф.
7
1. Краснянский, М. Н. Обучение операторов химических произ-
водств с применением тренажёрных систем / М. Н. Краснянский,
С. В. Карпушкин, Д. Л. Дедов // Химическая промышленность сегодня. –
2011. – № 4. – С. 44 – 49.
2. Краснянский, М. Н. Автоматизированная информационная сис-
тема обучения персонала промышленных предприятий на основе виртуальных тренажёрных комплексов / М. Н. Краснянский, С. В. Карпуш-
Список литературы
кин, Д. Л. Дедов, А. А. Руднев // При
боры и системы. Управление,
контроль, диагностика. – 2013. – № 11. – С. 86 – 94.
Кафедра «Компьютерно-интегрированные системы
в машиностроении» ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
Р. Ю. Банин, студент
ФОРМИРОВАНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ НА ТЕПЛООБМЕННЫХ
ПОВЕРХНОСТЯХ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ЖИДКОЙ БАРДЫ
В процессе производства этилового спирта основным отходом является жидкая послеспиртовая барда. Выход барды может достигать
390 т в сутки при мощности спиртзавода в 3000 дал спирта в сутки.
В технологическом процессе утилизации жидкой барды на стенках теплообменной аппаратуры происходит формирование твёрдых, трудно
отделяемых с поверхности отложений. Скорость роста этих отложений
сильно влияе
т на эффективность работы аппаратов и в общем случае
лимитирует производительность всего спиртового завода в целом.
На сегодняшний день наиболее распространённым способом утилизации барды является технология, включающая применение центрифуг, выпарных установок и сушилок. Главная проблема данной
технологии заключается в быстром образовании отложений перерабатываемой барды на стенках теплообменной аппар
атуры.
С целью выработки рекомендаций по функционированию существующего технологического оборудования и возможного применения
новых конструкций нами были поставлены следующие задачи:
1) создание новых экспериментальных установок, моделирую-
щих формирования отложений на различных теплообменных поверхностях при различных режимах работы установки;
8
2) выработка рекомендаций по снижению скорости роста отло-
жений на стенках технологического оборудования.
Как показали наши исследования кинетики сушки на подложках
жидкой барды, наблюдается формирование определённых структур.
При всех исследованных режимах сушки поверхности высушиваемой
барды формируется тонкая плёнка. Структурирование твёрдой фазы в
плёнке продолжается в течение всего процесса высушивания. Подобное явление наблюдается и на стенках теп
лообменной аппаратуры,
например, в выпарных аппаратах [1].
Для определения влияния режимов проведения процесса, способов механической и тепловой обработки жидкой барды на разработанной нами экспериментальной установке, имитирующей работу типовых кожухотрубчатых теплообменников и трубчатых плёночных выпарных аппаратов, были проведены исследования, моделирующие
процесс возникновения и развития о
тложений высушиваемой барды
на стенках теплообменной аппаратуры [2].
Анализ полученных значений показал, что величина адгезии для
кукурузной барды меньше, чем у зерновой барды в 4 – 10 раз. Увеличение температуры теплообменной поверхности приводит к увеличению величины адгезии в 1,5 – 3 раза [3].
Список литературы
1. Пахомов, А. Н. Возможности самоорганизации дисперсных
систем при сушке на подложке / А. Н. Пахомов, Ю. В. Пахомова,
Е. А. Ильин // Вестник Тамбовского государственного технического
университета. – 2012. – Т. 18, № 3. – С. 633 – 637.
2. Пахомов, А. Н. Экспериментальная установка для изучения
кинетики формирования отложений на стенках теплообменных аппаратов / А. Н. Пахомов, Р. Ю. Банин, Е. А. Черны
х, Е. Ю. Ловягина //
Новый университет. – 2014. – № 03–04(25–26). – С. 93 – 95.
3. Method of Determination of Adhesion of the Film Dries Distillery
Grains on the Substrate / A. N. Pakhomov, R. Yu. Banin, E. A. Chernikh,
E. Yu. Loviagina, N. A. Sorokina // Applied and Fundamental Studies :
Proceedinge of the 5
th
International Academic Conference. – St. Louis,
Missouri, 29–30 April 2014. – Р. 71 – 73.
Кафедра «Технологические процессы, аппараты
и техносферная безопасность» ФГБОУ ВПО «ТГТУ»
9
Г. С. Бесперстова, магистрант
РАЗРАБОТКА ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ИСТИННОЙ ПЛОТНОСТИ
Применение в промышленности сыпучих материалов требует
контроля ряда характеристик, в том числе и истинной плотности, необходимой для реализации таких процессов, как измельчение, гранулирование, транспортирование, сепарирование, распыление, разгрузка
и хранение.
Существуют жидкофазные и газофазные методы контроля истинной плотности. К жидкофазным относят: метод вытеснения жидкости
и ртутной порозиметрии, являющийся времязатратным (4 часа на об-
а использование ртути является не только дорогим, но и опас-
разец),
ным. Метод вытеснения газа – простой и быстрый (3…20 мин на образец), его основное преимущество – отсутствие разрушения образца.
Для реализации этого способа используют газовый пикнометр – дорогостоящий прибор, цена которого обуславливается его точностью.
Например, прибор AccuPyc 1340 (Micromeritics Instrument Corporation,
США) с погрешностью ±
0,03% стоит 2 280 000 рублей, «Порометр»
(Приборостроительная компания ЭкогеосПром, г. Тверь) точностью
0,02…0,2% от 740 000 рублей.
Существуют области производства, для которых не требуется
сверхвысокая точность пикнометра, например, синтез углеродных нанотрубок CVD-методом. В процессе синтеза используют катализатор,
который определяет морфологию нанотрубок. Одним из комплексных
показателей контроля качества катализатора синтеза УНТ является его
истинная плотность. В с
оответствии с вышеизложенным, актуальным
становится разработка и производство конкурентоспособного и доступного по цене прибора для измерения истинной плотности сыпучих
материалов (с допустимой погрешностью измерения не более 0,25%).
Предлагается конструкция прибора (рис. 1) для измерения истинной плотности сыпучих материалов, которая позволит контролировать
данный параметр в научно-исследовательских работах, технологических процессах, пр
и оценке качества сырья и конечного продукта.
Проведённые предварительные исследования показали возможность создания отечественного прибора для измерения истинной плотности. Принцип действия предлагаемого прибора основан на методе
вытеснения газа. Прибор состоит из соединённых между собой
эталонной и измерительной рабочих камер, помещённых в термостат.
Расчётная стоимость составляет 235 000 руб. Низкая цена обусловлена
работанной методикой градуировки, являющейся прикладной
раз
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]