Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series / Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук
Not a member yet
551 research outputs found
Sort by
Каталитические свойства композитного материала на основе белорусских доломитов по отношению к процессу разложения пиролизной смолы
Get PDFThe paper discusses results of an experimental study of the thermal decomposition of pyrolysis tar in a homogeneous process and in the presence of a catalyst. Experiments on thermal decomposition of pyrolysis tar were carried out under isothermal conditions in a laboratory setup at temperatures of 300, 400, 450 and 500 °C. The rate of the homogeneous process of thermal decomposition of tar and maximal degrees of decomposition were determined. According to the data of this work, the activation energy of the homogeneous process was 320 kJ/mol. It was found that the rate of thermal decomposition of the tar increases in the case of introducing samples of natural dolomites into the reaction zone, as well as a composite material based on them. This increase is due to the occurrence of a heterogeneous catalytic decomposition reaction of the pyrolysis tar. The apparent activation energy of this process was 210 kJ/mol (when using dolomites) and 202 kJ/mol (when using composites). It was noted that the composite material has significantly more favorable mechanical properties than dolomite. Based on the established data, it was concluded that the creation of composite catalysts for the thermal decomposition of heavy hydrocarbons formed in the processes of thermochemical conversion of biomass is promising.Обсуждаются результаты экспериментального исследования термического разложения пиролизной смолы в гомогенном процессе и в присутствии катализатора. Опыты по термическому разложению пиролизной смолы выполнены в изотермических условиях на лабораторной установке при температурах 300, 400, 450 и 500 °С. Определены скорость гомогенного процесса термического разложения смолы и предельные степени разложения. Энергия активации гомогенного процесса по данным настоящей работы составила 320 кДж/моль. Установлено, что скорость термического разложения смолы повышается в случае внесения в реакционную зону образцов природных доломитов, а также композитного материала на их основе. Это повышение обусловлено протеканием гетерогенной каталитической реакции разложения пиролизной смолы. Кажущаяся энергия активации этого процесса составила 210 кДж/моль (при использовании доломитов) и 202 кДж/моль (при использовании композитов). При этом отмечено, что композитный материал обладает значительно более благоприятными механическими свойствами, нежели доломит. На основании установленных данных сделан вывод о перспективности создания композитных катализаторов термического разложения тяжелых углеводородов, образующихся в процессах термохимической конверсии биомассы
Методика и аппаратные средства оценки количественных характеристик ПЭТ-изображений при исследовании динамических объектов
Get PDFThe description of the original phantom design for assessing the quantitative characteristics of PET images in the study of dynamic objects is given. The phantom movement is controlled by the breath synchronization system, which records the phantom movement amplitude and the duration of the movement cycle. A curve was obtained that simulates human breathing, the parameters of which (amplitude and period) correspond to those obtained in the study of the chest. The values of the ecovery coefficients and contrast are obtained taking into account the sizes of the spheres, as well as the static and dynamic types of movement of phantoms. An assessment of the discrepancy between the recovery coefficients and the contrast values for the spheres installed inside the phantom in the static and dynamic states has been made. With a decrease in the diameter (respectively, and volume) of the sphere, an increase in the difference in values (between the static and dynamic positions of the phantom) of the recovery coefficient is observed. The optimal values of the recovery coefficients obtained using the QClear reconstruction algorithm have been determined. Recommendations for the use of the developed device in the study of dynamic objects are described. It is advisable to use the installation presented in this work to control the quality of the qualitative and quantitative characteristics of diagnostic images obtained both on PET/CT scanners and during studies using SPECT/CT (single-photon emission tomograph combined with a computed tomograph).Приведено описание оригинальной конструкции фантома для оценки количественных характеристик ПЭТ-изображений при исследовании динамических объектов. Движение фантома контролируется системой синхронизации дыхания, которая фиксирует амплитуду движения фантома и длительность цикла движения. Получена кривая, имитирующая дыхание человека, параметры которой (амплитуда и период), соответствуют показателям, получаемым при исследовании грудной клетки. Установлены значения коэффициентов восстановления и контраста с учетом размеров сфер, а также статического и динамического типов движения фантомов. Произведена оценка несоответствия коэффициентов восстановления и значений контраста для сфер, установленных внутрь фантома в статическом и динамическом состояниях. С уменьшением диаметра (соответственно, и объема) сферы наблюдается возрастание разницы значений (между статическим и динамическим положениями фантома) коэффициента восстановления. Определены оптимальные значения коэффициентов восстановления, получаемых при использовании реконструкционного алгоритма QClear. Описаны рекомендации по применению разработанного устройства при исследовании динамических объектов. Представленную в данной работе установку целесообразно использовать для контроля качества качественных и количественных характеристик диагностических изображений, получаемых как на ПЭТ/КТ сканерах, так и при проведении исследований с использованием ОФЭКТ/КТ (однофотонный эмиссионный томограф, совмещенный с компьютерным томографом)
Определение пластичности металлов ударным вдавливанием сферического индентора
Get PDFThe problems of measuring the plastic characteristics of metals are considered. It is shown that the characteristics of materials used to compare their plasticity are not comparable and depend in the different degrees on the values of strain, strain rate, and modulus of elasticity. At the same time, the value of plasticity is more physically substantiated, which is determined by the ratio of plastic strain to total strain. It is shown that one of the optimal methods for measuring plasticity (plasticity index) is indentation. The possibility of using impact microindentation for this purpose is studied and expressions are proposed that allow calculating the plasticity based on the results of a single indentation of a spherical indenter. The specialties of the calculation of strain for this type of testing are shown. It was found that the values of plasticity obtained from the ratios of the depths of the plastic and elastic penetration of the indenter are equivalent to the values calculated from the energy ratios upon impact. Experimental studies have been carried out on metals with different hardness and type of crystal lattice. For the first time, the effect of strain rate, deformation, and impact energy (initial impact velocity) on the calculated value of plasticity when a sphere is impressed with strain rates of ~ 103 s–1 is shown. It is shown that when the strain corresponding to the onset of full plasticity during indentation is reached, the maximum sensitivity of the measured plasticity parameter for various metals is achieved.Рассмотрены вопросы измерения пластических характеристик металлов. Показано, что характеристики материалов, используемые для сравнения их пластичности, не являются сопоставимыми и зависят в разной степени от величины деформации, скорости деформации, модуля упругости. В то же время более физически обоснована величина пластичности, которая определяется по соотношению пластической деформации к общей деформации. Показано, что одним из оптимальных методов измерения пластичности (индекса пластичности) является индентирование. Изучена возможность применения для этой цели ударного микроиндентирования и предложены выражения, позволяющие рассчитать пластичность по результатам однократного вдавливания сферического индентора. Показаны особенности расчета деформации при данном виде испытаний. Установлено, что значения пластичности, получаемые исходя из соотношений глубин пластического и упругого внедрения индентора, эквивалентны значениям, рассчитываемым исходя из энергетических соотношений при ударе. Проведены экспериментальные исследования на металлах, имеющих различные твердость и вид кристаллической решетки. Впервые показано влияние скорости деформации, деформации и энергии удара (предударной скорости) на рассчитываемое значение пластичности при вдавливании сферы со скоростями деформации ~ 103 c–1. Показано, что при достижении деформации, соответствующей началу наступления полной пластичности при индентировании, достигается максимальная чувствительность измеряемого параметра пластичности для различных металлов
Кинетика тепловлагопереноса и температура в процессе сушки тканей
Get PDFThe methods of approximation of the curve of the drying rate of fabrics according to the methods of A. V. Lykov and V. V. Krasnikov are described. The results of processing experimental data on convective tissue drying are presented. Equations are given for determining the drying time of fabrics, the density of heat flows and the temperature of fabrics during the drying process. The equations for determining the drying coefficient and the relative drying rate are given. An analytical method for determining the temperature for the period of falling drying rate is considered. The comparison of the temperature values according to the results of analytical solutions with the values obtained by the experimental formula is given. It is shown that the number of Bio during drying of fabrics is less than one, and the main limiting factor is the external heat and moisture exchange of the evaporation surface from the surface of the material with the environment. Verification of the reliability of the calculated values obtained with experimental ones is presented. The discrepancy between the values is within 5 % of the accuracy of the experiment and processing.Изложены способы аппроксимации кривой скорости сушки тканей по методам А. В. Лыкова и В. В. Красникова. Приведены результаты обработки опытных данных по конвективной сушке тканей. Даны уравнения для определения времени сушки тканей, плотности тепловых потоков и температуры тканей в процессе сушки. Приведены уравнения для определения коэффициента сушки и относительной скорости сушки. Рассмотрен аналитический метод определения температуры для периода падающей скорости сушки. Дано сопоставление значений температуры по результатам аналитических решений со значениями, полученными по экспериментальной формуле. Показано, что число Био при сушке тканей меньше единицы и основным лимитирующим фактором является внешний тепловлагообмен поверхности испарения влаги с поверхности материала с окружающей средой. Представлена проверка достоверности полученных расчетных значений с экспериментальными. Несовпадение значений находится в пределах 5 % точности проведения и обработки эксперимента
Тепломассоперенос в продуваемом слое растительных материалов при циклическом микроволновом энергоподводе
Get PDFThe results of modeling and experimental study of heat and mass transfer in a dense blown layer of plant materials under cyclic microwave exposure are presented. The two-dimensional mathematical model consists of the equations of conservation of the mass of the gas phase, filtration, heat and mass transfer in phases, which take into account the internal resistance to heat and moisture transfer in the particles when determining the heat and mass transfer coefficients. In this case, the dependences of the heat of the phase transition on the humidity of the particles, their shrinkage during dehydration, and the dependences of the effective coefficients of thermal conductivity of the gas and vapor diffusion on the filtration rate are taken into account. The simulation results of drying chopped potatoes in a dense layer with a cyclic microwave convective energy supply are presented. The possibility of intensifying the process of moisture dehydration and reducing its duration compared with the convective method is shown. Comparison of calculated data with experimental data confirms the adequacy of the model.Приведены результаты моделирования и экспериментального исследования тепломассопереноса в плотном продуваемом слое растительных материалов при циклическом микроволновом воздействии. Двумерная математическая модель состоит из уравнений сохранения массы газовой фазы, фильтрации, тепло- и массопереноса в фазах, которые учитывают внутреннее сопротивление переносу теплоты и влаги в частицах при определении коэффициентов тепло- и массоотдачи. При этом учитываются зависимости теплоты фазового перехода от влажности частиц, их усадки в процессе дегидратации, зависимости эффективных коэффициентов теплопроводности газа и диффузии пара от скорости фильтрации. В качестве примера приводится моделирование сушки нарезанного картофеля в плотном слое при циклическом СВЧ-конвективном энергоподводе. Показана возможность интенсификации процесса дегидратации влаги и сокращения его продолжительности по сравнению с конвективным способом. Выполнено сравнение расчетных данных с опытными данными, подтверждающее адекватность модели
Получение высокопористого углеродного материала с применением термохимической конверсии древесной биомассы под давлением
Get PDFA method is presented for obtaining activated carbons (highly porous carbon materials) based on plant (wood) raw materials using a developed and manufactured experimental setup, consisting of a steam generator, a superheater, a pyrolysis and activation chamber and a cooler with a heat exchanger with forced convection. The analysis of the features of chemical and physical activation of charcoal, obtained by pyrolysis of wood raw materials, is carried out, and a conclusion is made about the advantage of physical activation, based on the use of water vapor as an activating agent. A description of the results of experimental studies carried out using the developed installation is given. These results confirm the conclusions of other studies that excessive pressure increases the mass yield of solid products formed during the thermochemical conversion of plant biomass. It was found that an increase in pressure, at which pyrolysis occurs, leads to an increase in the carbon content in charcoal. So, with an increase in pressure at which pyrolysis was carried out, from 1 to 8 atm, the carbon content in charcoal increased from 88.3 to 93.7 wt.%. Data on the efficiency of physical activation of solid products of pyrolysis of woody biomass using water vapor are presented and a conclusion is made that this direction is promising in the development of the foundations for the production of highly porous carbon materials.Представлен метод получения активированных углей (высокопористых углеродных материалов) на базе растительного (древесного) сырья с использованием разработанной и изготовленной экспериментальной установки, состоящей из парогенератора, пароперегревателя, камеры пиролиза и активации и охладителя с теплообменником с принудительной конвекцией. Проведен анализ особенности химической и физической активации древесного угля, получаемого путем пиролиза древесного сырья, и сделан вывод о преимуществе физической активации на основе применения водяного пара в качестве активирующего агента. Дано описание результатов экспериментальных исследований, выполненных с использованием разработанной установки. Эти результаты подтверждают выводы других исследований о том, что избыточное давление повышает массовый выход твердых продуктов, образующихся в процессе термохимической конверсии растительной биомассы. Установлено, что повышение давления, при котором осуществляется пиролиз, приводит к росту содержания углерода в древесном угле. Так, при повышении давления, при котором осуществлялся пиролиз, от 1 до 8 атм содержание углерода в древесном угле возрастало от 88,3 до 93,7 мас.%. Представлены данные по эффективности физической активации твердых продуктов пиролиза древесной биомассы с использованием водяного пара и сделан вывод о перспективности данного направления при разработке основ производства высокопористых углеродных материалов
Формирование стабильной дефектной структуры в кремениевых диодах генераторов шума
Get PDFvThe possibilities and methods of creating a stable defective structure, including dislocation structure near the zones of p–n-transitions of silicon diodes of noise generators on plates with crystallographic orientations (111) and (001) have been investigated. The effective distribution control of uncontrolled impurities in monocrystalline silicon is achieved by forming a stable dislocation structure in its volume. In order to obtain the reproducible characteristics of noise generator diodes, it is necessary that the dislocation density be homogeneous throughout the plate area. Since the density of dislocations is slightly lower at the edge of the dislocation trail than in the middle, this means that the dislocation traces formed by the adjacent melting zones with the help of a laser beam should overlap. On the basis of experimental studies, it has been established that the necessary degree of uniformity of the density of defects generated is achieved by compliance with the condition of a = (1.5–5.0)d, where a is a step, d is a width of the laser spot on the wafer. The melting process was carried out in a nitrogen environment using a laser hettering unit. The real width of the melting zone turns out to be slightly larger than the diameter of the laser spot due to the thermal conductivity of the silicon and is about 10 μm. Increased dislocation generation on the Si3N4 inclusions, as opposed to dislocations on the Si–SiO2 border, leads to an additional expansion of the dislocation track at the work surface of the plate of noise diodes. The presence of the stable dislocation structure, as well as the presence of impurities and secondary metal atoms in the noise diodes ND 103L structure are confirmed by the secondary ion mass spectroscopy (SIMS) method. The results of the study have been tested at Corporation “INTEGRAL” (Belarus) and can be used in the manufacture of silicon noise diodes.Исследованы возможности и методы создания стабильной дефектной, в том числе дислокационной, структуры вблизи зон p–n-переходов кремниевых диодов генераторов шума на пластинах с кристаллографической ориентацией (111) и (001). Эффективное управление распределением неконтролируемых примесей в монокристаллическом кремнии достигается путем формирования в его объеме стабильной дислокационной структуры. При этом для получения воспроизводимых характеристик диодов генераторов шума необходимо, чтобы плотность дислокаций была однородной по всей площади пластины. Поскольку на краю дислокационного следа плотность дислокаций несколько ниже, чем в его середине, то это означает, что дислокационные следы, образованные соседними зонами оплавления с помощью лазерного пучка, должны перекрываться. На основании экспериментальных исследований установлено, что необходимая степень равномерности плотности генерируемых дефектов достигается при соблюдении условия a = (1,5–5,0)d, где а – шаг, d – ширина лазерного пятна на пластине. Процесс оплавления проводили в среде азота с применением лазерной установки геттерирования. Реальная ширина зоны оплавления оказалась не- много больше диаметра лазерного пятна за счет теплопроводности кремния и составила ∼10 мкм. Усиление генерации дислокаций на образующихся включениях Si3N4 в отличие от дислокаций на границе Si–SiО2 приводит к дополнительному расширению дислокационного следа на рабочей поверхности пластины. Стабильность дислокационной структуры, а также наличие в местах дислокаций примесных и вторичных атомов металлов в исследуемой структуре ND 103L подтверждены методом вторичной ионной масс-спектроскопии (SIMS). Результаты исследования прошли апробацию в ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» и могут быть использованы при изготовлении кремниевых диодов генераторов шума
Силовой режим осесимметричного скоростного комбинированного выдавливания биметаллических дорожных резцов
Get PDFThe article presents a simplified three-stage model of the transition from a flat to axisymmetric deformation during high-speed, combined extrusion of bimetallic road milling picks. The transition is based on the principle of equality of areas, according to which the area of a figure during a flat deformation is replaced by an equal area of a circle. In this case, it is assumed that the kinematically possible field of the slip lines remains unchanged. This approach makes it possible to reduce the number of necessary calculations and at the same time maintain a high degree of correctness of the obtained equations. The first stage shows the transition to a special case of a flat problem, in which a stepped rectangular part is extruded from the original square blank, in which one of the sides is equal to the square side of the original blank. At the second stage of the transition, a flat-step part having square sections along its entire length is extruded from the original square-section blank. Directly at the third stage, the final transition to the axisymmetric deformation of the cutter is formed, in which the area of the square is replaced by the equal area of the circle. The dependences obtained because of solving the axisymmetric problem can be recommended for calculations in the industrial implementation of the technology of high-speed combined extrusion of bimetallic milling picks.Приведена упрощенная, трехэтапная модель перехода от плоской к осесимметричной деформации при скоростном, комбинированном выдавливании биметаллических дорожных резцов. В основу перехода положен принцип равенства площадей, согласно которому площадь фигуры при плоской деформации заменяется равновеликой площадью круга. При этом считается, что кинематически возможное поле линий скольжения остается неизменным. Такой подход позволяет снизить количество необходимых расчетов и при этом сохранить высокую степень корректности полученных уравнений. Первый этап характеризуется переходом к частному случаю плоской задачи, при котором из исходной заготовки квадратного сечения выдавливается ступенчатая деталь прямоугольного сечения, в котором одна из сторон равна стороне квадрата исходной заготовки. На втором этапе перехода осуществляется выдавливание из исходной заготовки квадратного сечения плоскоступенчатой детали, имеющей квадратные сечения по всей длине. Непосредственно на третьем этапе формируется окончательный переход к осесимметричной деформации резца, при котором площадь квадрата заменяется равновеликой площадью круга. Зависимости, полученные в результате решения осесимметричной задачи, могут быть рекомендованы для расчетов при промышленной реализации технологии скоростного, комбинированного выдавливания биметаллических дорожных резцов
Усовершенствованная модель прессования порошковой смеси в валковом прессе
Get PDFA new mathematical model of mineral fertilizer compacting using a roll compactor is developed. This model is based on the transition to the values of stress tensor components averaged over the cross-sectional area of the powder mixture flow. To define these stresses, equations of equilibrium of the elementary layer determined in the mixture by two planes perpendicular to the flow direction are composed. To obtain relatively simple analytical relations in the calculations, the hypothesis of a power-law dependence of hydrostatic pressure on mixture density, accepted in the framework of the Johansen model, was used. In order to take into account changes in the mechanical characteristics of the mixture (angle of internal friction, coefficient of external friction, transverse strain coefficient) while compacting, we approximated the known experimental dependencies of the corresponding characteristics on the density. The inter-particle cohesion parameter was taken to be proportional to the hydrostatic pressure. The model allows calculating the gap between the rolls surfaces for a given initial bulk density and the required flake density. With the known gap value, the distribution of the axial average stresses in the powder mixture, the normal and shear stresses on the rolls’ surfaces are determined. The results of the calculations of the rolls surface gap and the normal roll pressure diagram are compared with the experimental data given in the literature for the urea compacting process.Разработана математическая модель прессования минерального удобрения на валковом прессе. Данная модель основана на переходе к усредненным по площади поперечного сечения потока порошковой смеси значениям компонент тензора напряжений. Для определения этих напряжений составляются уравнения равновесия элементарного слоя, выделяемого в смеси двумя плоскостями, перпендикулярными к направлению потока. Для обеспечения возможности получения относительно простых аналитических соотношений при расчетах использована принятая в рамках модели Йохансена гипотеза о степенной зависимости гидростатического давления от плотности смеси. Для учета изменения механических характеристик смеси (угла внутреннего трения, коэффициента внешнего трения, коэффициента поперечной деформации) в процессе прессования производилась аппроксимация известных экспериментальных зависимостей соответствующих характеристик от плотности. Параметр межчастичного сцепления принимался пропорциональным гидростатическому давлению. Модель позволяет вычислить значение зазора между поверхностями валов при заданных значениях исходной насыпной плотности смеси и требуемой плотности плитки. При известном значении зазора устанавливаются распределения осевых усредненных напряжений в порошковой смеси, нормального и сдвигового напряжений на поверхности валов. Результаты расчетов зазора между поверхностями валов и эпюры нормального давления на вал сопоставлены с приведенными в литературных источниках экспериментальными данными для процесса прессования мочевины
Моделирование механизма гетерогенного ингибирования активных центров пламени струйной горящей системы частицами огнетушащего порошка
Get PDFThe relevance of the work is due to the lack of a physical interpretation of the process of extinguishing jet burning systems with fire extinguishing powders, which is important for ensuring effective fire extinguishing at gas and oil complexes and hazardous chemical industries. A mathematical model of the reaction kinetics of heterogeneous inhibition of active flame centers of a jet burning system by fire extinguishing powder particles in an unsteady mode is considered in the approximation of a purely molecular transfer of matter in the reaction zone. The regularities of the mechanism of heterogeneous inhibition of the active flame centers by the particles of the extinguishing powder under conditions when the active particles of the combustion products participate not only in diffuse, but also in convective transport are established. It is shown, that the convective motion of the active flame centers increases the reaction rate of heterogeneous inhibition of their particles of the extinguishing agent. The results obtained allow us to optimize the conditions for the supply of fire extinguishing powder to the jet burning medium for effective flame suppression.Актуальность работы обусловлена отсутствием на настоящее время физической интерпретации процесса тушения струйных горящих систем огнетушащими порошками, важной для обеспечения эффективного тушения пожаров на газонефтяных комплексах и опасных химических производствах. Рассмотрена математическая модель кинетики реакции гетерогенного ингибирования активных центров пламени струйной горящей системы частицами огнетушащего порошка в неустановившемся режиме в приближении чисто молекулярного переноса вещества в зоне реакции. Установлены общие закономерности механизма гетерогенного ингибирования активных центров пламени частицами огнетушащего порошка в условиях, когда активные частицы продуктов горения участвуют не только в диффузионном, но и в конвективном переносе. Показано, что конвективное движение активных центров пламени повышает скорость реакции гетерогенного ингибирования их частицами огнетушащего вещества. Полученные результаты позволяют оптимизировать условия подачи огнетушащего порошка в струйную горящую систему для эффективного подавления пламени