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
Прогнозная оценка дозовых нагрузок на персонал АЭС-2006 при запроектных авариях с учетом типовой инфраструктуры промплощадки
Get PDFAssessment of radiation effect on nuclear power plant staff was made for beyond design basis accident (4 hours period). The considered accident scenario includes emergency radionuclide emission through containment bypass. Assessment of radiation effect on NPP staff was done on the basis of radionuclide concentration distribution on site considering typical infrastructure. Concentration mapping was calculated by developed program module for COMSOL 3.5a application. The obtained data included average volume radionuclide activities in lower air layer, total inhalation dose, effective dose of external exposure, equivalent and effective dose in thyroid and total effective dose for NPP staff during beyond design basis accident. Doses from radioactive cloud (external exposure) and from inhalation (internal exposure) were estimated for the following radionuclides: 137Cs, 134Cs, 131I, 133I, 90Sr. In the case of selected beyond design basis accident the total effective dose of staff is 61,98 mSv for the first 4 hours after the accident beginning. This number is slightly above the threshold of the allowable annual dose limit for personnel in emergency situations (50 mSv). Taking into account that short-lived iodine radionuclides 131I и133I give the main contribution in the dose (50.23 mSv including 27.23 mSv for thyroid), such emergency actions as respiratory protection and iodine prophylaxis for the staff can significantly decrease the received doses.Приводятся результаты оценки радиационного воздействия выбросов радиоактивных веществ на персонал атомной электрической станции в случае запроектной аварии (за первые 4 ч), а именно рассмотрен аварийный выброс через неплотности двойной защитной оболочки с учетом байпаса контаймента. Для определения дозовых нагрузок на персонал станции проведены расчеты распределения относительной концентрации радиоактивных аэрозолей по зонам удаления от источника выброса с учетом инфраструктуры промплощадки. Расчеты проведены с использованием программного модуля, созданного в среде разработки компьютерных программ COMSOL 3.5а. На основании полученных значений рассчитаны средние объемные активности радионуклидов в приземном слое воздуха, суммарная ингаляционная доза, эффективная доза внешнего облучения, эквивалентная и эффективная дозы на щитовидную железу, общая эффективная доза облучения персонала атомной станции для выбранной запроектной аварии. Прогнозная оценка дозовых нагрузок на персонал АЭС от радиоактивного облака и внутреннего облучения за счет ингаляции выполнялась для таких дозообразующих радионуклидов, как 137Cs, 134Cs, 131I, 133I, 90Sr. Полученная величина общей эффективной дозы облучения персонала за первые 4 ч после начала запроектной аварии составляет 61,98 мЗв, что несколько выше порогового значения предела допустимой годовой дозы для персонала в аварийных ситуациях (50 мЗв). Однако, принимая во внимание тот факт, что основной вклад в аварийную дозу облучения будут вносить короткоживущие изотопы йода (суммарная эффективная доза от ингаляции для 131I и133I составляет 50,23 мЗв, из которой доза на щитовидную железу 27,23 мЗв), можно предположить, что использование таких защитных мероприятий, как блокирование щитовидной железы и защита органов дыхания, могут существенно уменьшить полученные персоналом дозы
Материалы и технологии порошковой металлургии в компонентах авиационной и космической техники
Get PDFExamples of the implementation of powder metallurgy methods and their individual elements in the processes of producing materials with special properties and products thereof are considered. The possibility is shown and the results of producing radar-absorbing and radar-transparent materials in the form of solid bodies and coatings are evaluated. The addition of technological transitions, traditional for powder metallurgy, providing in general the production of radar-transparent materials, with the processes of mechanically activated synthesis and mechanically activated self-propagating high-temperature synthesis at the stages of preparing powders for molding, makes it possible to make the transition to the production of radar-absorbing materials. The high efficiency of both has been confirmed experimentally. The transition from a single-component composition of the initial charge mixture through the formation of the phase composition of the material due to the inclusion of powder components into the mixed charge, the composition and crystal structure of which remain unchanged at all stages of its preparation, to the synthesis of the required phase composition due to the interaction of powder components at one of the stages of technological conversion makes it possible to synthesize, for example, silicon carbide ceramics directly in practically useful products, particularly, substrates of optical mirrors for remote sensing of the Earth. The technological operations developed in powder metallurgy have become a background for the production of energy-saturated heterogeneous composite materials. Actively developing additive technologies, as a relatively new branch of powder metallurgy, expands its capabilities practically boundless.Рассмотрены примеры реализации способов порошковой металлургии и их отдельных элементов в процессах получения материалов со специальными свойствами и изделий их них. Показана возможность и оценены результаты получения радиопоглощающих и радиопрозрачных материалов в виде сплошных тел и покрытий. Дополнение традиционных для порошковой металлургии технологических переходов, обеспечивающих в целом производство радиопрозрачных материалов, процессами механоактивированного синтеза и механоактивированного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на стадиях подготовки порошков к формованию позволяет осуществить переход к получению радиопоглощающих материалов. Высокая эффективность радиопрозрачных и радиопоглощающих материалов подтверждена экспериментально. Переход от однокомпонентного состава исходной шихты через формирование фазового состава материала за счет включения в перемешиваемую шихту порошковых компонентов, состав и кристаллическое строение которых остаются неизменными на всех этапах его получения, к синтезу требуемого фазового состава за счет взаимодействия порошковых компонентов на одной из стадий технологического передела позволяет получать, например, карбидокремниевую керамику непосредственно в практически полезных изделиях, в частности в подложках оптических зеркал для дистанционного зондирования Земли. Разработанные в порошковой металлургии технологические операции стали основой для получения энергонасыщенных гетерогенных композиционных материалов. Активно развивающиеся аддитивные технологии как относительно новая ветвь порошковой металлургии расширяют ее возможности до практически необозримых пределов
Плазменный источник заряженных частиц для формирования совмещенных ионно-электронных пучков
Get PDFOne of the ways to increase the efficiency of the implementation of ion-plasma technologies of exposure to the surfaces of various materials is partial or full compensation of the positive charge of ions in the stream or on the treated surface, for which additional emitting systems are used that create compensating electron flows in the discharge space, accelerating gap or on the processed surface. It was previously shown that for the implementation of such a compensating effect, it is possible to use plasma sources of charged particles, capable of forming beams of both signs when the polarity of the accelerating voltage is changed. The main problem in this case is the difficulty in achieving simultaneously high emission efficiency of ions and electrons, since the conditions for their emission from plasma are significantly different. This article proposes a concept and a design developed on its basis for a prototype of a multi-discharge plasma electron-ion source for the joint or alternating formation of electron and ion beams. It is shown that the proposed design realizes the possibility of increasing the perveance by compensating for the space charge by particles of the opposite sign. A number of characteristics of the developed model of a plasma electron-ion source (current-voltage characteristics of the extraction of electrons and ions) are presented and its prospects for further development of an electron-ion source for industrial use on its basis are shown. Combined or alternating ion-electron beams formed in the presented source can be used to implement the technology of applying thin-film layers of metals, semiconductors, and dielectrics to maintain ionization processes and ensure stable discharge burning, compensation of both the space charge in the beam and the surface charge on the formed film.Одним из способов повышения эффективности реализации ионно-плазменных технологий воздействия на поверхности различных материалов является частичная или полная компенсация положительного заряда ионов в потоке или на обрабатываемой поверхности, для чего используются дополнительные эмитирующие системы, которые создают компенсирующие электронные потоки в разрядное пространство, ускоряющий промежуток или на обрабатываемую поверхность. Для реализации такого компенсирующего воздействия возможно применение плазменных источников заряженных частиц, способных при изменении полярности ускоряющего напряжения формировать пучки обоих знаков. Основная проблема при этом заключается в сложности достижения одновременно высокой эффективности эмиссии ионов и электронов, поскольку условия их эмиссии из плазмы существенно различаются. В данной статье предложена концепция и разработанная на ее основе конструкция макета мультиразрядного плазменного электронно-ионного источника для совместного или попеременного формирования электронных и ионных пучков. Показано, что в предложенной конструкции реализуется возможность повышения первеанса за счет компенсации объемного заряда частицами противоположного знака. Приведен ряд характеристик разработанного макета плазменного электронно-ионного источника (вольтамперные характеристики извлечения электронов и ионов) и показана его перспективность для дальнейшей разработки на его основе электронно-ионного источника для промышленного применения. Совмещенные или попеременные ионно-электронные пучки, формируемые в представленном источнике, могут быть использованы при реализации технологий нанесения тонкопленочных слоев металлов, полупроводников и диэлектриков для поддержания процессов ионизации и обеспечения устойчивого горения разряда, компенсации как объемного заряда в пучке, так и поверхностного на формируемой пленке
Использование транспортной телематики и дистанционной диагностики для совершенствования технического обслуживания и ремонта транспортных средств
Get PDFThe article considers the possibility of using planned-prevention system in modern conditions. The system of vehicle telematics and remote diagnostics allows you to automate the getting of correction coefficients to determine the standard values of labor intensity of maintenance and repair and make calculations with high accuracy. The mileage before major repairs or write-off of the vehicle set by the manufacturer is also corrected for coefficients. The use tools of navigation allows you to determine the location of the vehicle in the coordinates of navigation maps with characteristics of the road surface, locality, with the definition of height above sea level and road-climate zoning. This method is an alternative solution that allows you to automate the mileage and labor intensity of technical actions and can be used to clarification parameters. To implement these principles, we propose a flowchart for processing transport telematics data for calculating correction coefficients, followed by calculating the periodicity and labor intensity. The proposed flowchart is implemented by a standard vehicle telematics system, but it can be upgraded with the possibility of remote diagnostics, which allows performing the functions of general diagnostics of individual systems and the vehicle as a whole. The use of systems of transport monitoring make it possible to improve the system of maintenance and repair. Analysis of the existing requirements regulated by documents in the perspective of the capabilities of modern transport telematics systems allows us to justify and create a new approach to the calculation of mileage before technical impacts and adjust the standards for the complexity of performing these impacts. The introduction of the general remote diagnostics function for individual systems and the vehicle as a whole makes it possible to eliminate errors in the calculation of correction coefficients, as well as to prevent the occurrence of failures during operation.Рассматривается возможность применения планово-предупредительной системы в современных условиях. Система телематики транспортных средств и дистанционной диагностики позволяют автоматизировать получение корректирующих коэффициентов для определения нормативных значений трудоемкости технического обслуживания и ремонта и производить расчеты, как предполагается, с приемлемой для прикладного применения точностью. Пробег до капитального ремонта или списания транспортного средства, установленный заводом-изготовителем, также корректируется с учетом коэффициентов. Использование средств навигации позволяет определять расположение транспортного средства в координатах карт навигации с характеристиками дорожного покрытия, населенного пункта, с определением высоты над уровнем моря и дорожно-климатического районирования. Данный способ является альтернативным решением, позволяющим автоматизировать пробеги и трудоемкость технических воздействий и может быть применен для уточнения параметров. Для реализации заложенных принципов предлагается блок-схема обработки данных транспортной телематики с целью определения корректирующих коэффициентов с последующим расчетом периодичностей и трудоемкостей. Предложенная блок-схема реализуется стандартной системой телематики транспортного средства, однако возможна модернизация с возможностью дистанционной диагностики, позволяющей выполнять функции общей диагностики отдельных систем и транспортного средства в целом. Использование систем мониторинга транспорта позволяет усовершенствовать систему технического обслуживания и ремонта. Анализ существующих требований, регламентируемых документами в ракурсе возможностей современных систем транспортной телематики, позволяет обосновать и развивать новый подход к расчету пробегов до технических воздействий и скорректировать нормативы трудоемкостей выполнения этих воздействий. Внедрение функции общей дистанционной диагностики отдельных систем и транспортного средства в целом делает возможным исключение погрешности при расчетах корректирующих коэффициентов, а также упреждение возникновения отказов в процессе эксплуатации
Сплавы системы Cr–Ni–Si для получения резистивных элементов интегральных микросхем методом магнетронного распыления
Get PDFThis article presents the results of the study of the effect of annealing on the sheet resistivity and temperature coefficient of resistance (TCR) of resistive films obtained from targets of the Cr–Ni–Si system using magnetron sputtering. A diagram of the composition–sheet resistivity of the Cr–Ni–Si system films with a thickness of 100 nm is proposed. It was established that resistive films of the Cr–Ni–Si system deposited by magnetron sputtering on silicon semiconductor plates with a SiO2 sublayer with a thickness of 100 nm, have sheet resistivity up to 350 Ω/square. It is shown that it is necessary to determine their eutectic compositions for the manufacture of targets by casting. Calculations were carried out and it was established that eutectics of the Cr–Ni–Si system contain 36.4 and 38.5 at.% Ni, which is 4 to 6 times higher than in the PC series alloys of this system. Due to the high content of Ni sheet resistivity films of eutectic compositions with a thickness of 100 nm is in the range from 100 to 200 Ω/square. It was noted that it is necessary to develop new four-five-component alloys based on the Cr–Ni–Si system with the introduction of refractory (Mo, Nb) and rare-earth (La, Y) elements into it, in order to increase the sheet resistivity of films and to decrease the melting temperature of alloys.Представлены результаты исследования влияния режимов термообработки на удельное поверхностное сопротивление (УПС) и температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистивных пленок, полученных из мишеней системы Cr–Ni–Si методом магнетронного распыления. На основании обобщения экспериментальных данных предложена диаграмма состав–УПС пленок системы Cr–Ni–Si толщиной 100 нм. Установлено, что резистивные пленки системы Cr–Ni–Si, нанесенные методом магнетронного распыления на кремниевые полупроводниковые пластины с подслоем SiO2, при толщине 100 нм имеют УПС до 350 Ом/кв. Показано, что для изготовления мишеней магнетронных распылительных систем (МРС) методом литья необходимо снизить температуру плавления и хрупкость сплавов, то есть определить их эвтектические составы. Проведены расчеты и установлено, что эвтектики в системе Cr–Ni–Si содержат 36,4 и 38,5 ат.% Ni, что в 4–6 раз выше, чем у сплавов серии РС этой системы. В связи с большим содержанием Ni УПС пленок эвтектических составов толщиной 100 нм находится в диапазоне от 100 до 200 Ом/кв. Отмечено, что для повышения УПС резистивных пленок и снижения температуры плавления сплавов целесообразна разработка новых четырех- и пятикомпонентных сплавов на основе системы Cr–Ni–Si с введением в нее тугоплавких (Mo, Nb) и редкоземельных (La, Y) элементов
Особенности формирования структуры и свойств порошковых сталей с добавками, активирующими диффузионные процессы при спекании
Get PDFEffect of activating the sintering process of powder steel alloyed with nickel or chromium by grinding the initial powders and introducing alkali metal compounds was investigated. The kinetics of grinding the initial iron powders, Cr30, and a mixture of iron powders with 4 % nickel was studied. It is shown that, depending on the hardness of the powder, it is grinded in three or two stages. When grinding more hard powders, there is no stage of intensive deformation of particles and an increase in their size. Crystalline lattice defects resulting from grinding of powders accelerate diffusion processes. This reduces sintering temperature by 100–200 °С compared to the sintering temperature of steels from the initial powders, contributes to a homogeneous structure, reduces porosity by 4–17 %, and increase strength of powder steels by 1.5–1.6 times. The mechanism of the effect of sodium bicarbonate on the acceleration of diffusion of carbon, nickel and chromium into iron has been established. With the introduction of sodium bicarbonate under the action of water vapor, formed upon its decomposition to carbonate, thin oxide films are formed on iron particles, which are actively recovered in a protective-recovering atmosphere during sintering. This leads to formation of a metal contact between the particles, acceleration of the self-diffusion of iron atoms and the diffusion of alloying additives into iron by 5–7 times, depending on the sintering temperature and the amount of added additive. Sodium forms nanodispersed complex compounds of the ferritic type Na3Fe5O9 along the grain boundaries of the iron base, which provide grain refinement and the formation of a homogeneous structure. Changes in the structure of powder steel with the introduction of sodium bicarbonate cause an increase in its strength by 1.5–1.7 times. The results can be used to obtain structural products from alloyed powder steels.Исследовано влияние активирования процесса спекания порошковой стали, легированной никелем или хромом, за счет диспергирования исходных порошков и введения соединений щелочного металла. Изучена кинетика размола исходных порошков железа, Х30 и смеси порошков железа с 4 % никеля. Показано, что в зависимости от твердости порошка его измельчение происходит в три или две стадии. При размоле более твердых порошков отсутствует стадия интенсивной деформации частиц и увеличения их размера. Дефекты кристаллической решетки, образующиеся при размоле порошков, ускоряют диффузионные процессы, что способствует при температуре спекания на 100–200 °С ниже по сравнению с температурой спекания сталей из исходных порошков образованию однородной структуры, снижению на 4–17 % пористости, а также повышению прочности порошковых сталей в 1,5– 1,6 раза. Установлен механизм воздействия бикарбоната натрия на ускорение диффузии углерода, никеля и хрома в железо. При введении бикарбоната натрия под действием паров воды, образующихся при его разложении до карбоната, формируются тонкие оксидные пленки на железных частицах, активно восстанавливающиеся в защитно-восстановительной атмосфере при спекании. Это приводит к образованию металлического контакта между частицами, ускорению самодиффузии атомов железа и диффузии легирующих добавок в железо в 5–7 раз в зависимости от температуры спекания и количества вводимой добавки. Натрий образует по границам зерен железной основы нанодисперсные сложные соединения ферритного типа Na3Fe5O9, которые обеспечивают измельчение зерен и образование однородной структуры. Изменения в структуре порошковой стали при введении бикарбоната натрия обуславливают повышение ее прочности в 1,5–1,7 раза. Полученные результаты могут быть использованы при получении конструкционных изделий из легированных порошковых сталей
Особенности технологии нагрева при индукционной термообработке внешним электромагнитным полем
Get PDFAccording to the data of performed calculations and modeling of the hardening process, a design of inductors with magnetic cores for hardening long flat parts has been developed. At the design stage of this type of inductors, it was necessary to find out the degree of influence of the magnetic circuit design on the distribution of the temperature field during heating. To do this, we simulated electromagnetic and temperature fields to assess the concentration of the electromagnetic field at different heights of the “legs” of the inductor. As a result, a significant effect of the length of the “legs” of the magnetic circuit on the intensity of heating and the operability of the system as a whole was established. It is noted that insufficient height of the “leg” leads to a significant decrease in the field concentration, which leads to insufficient heating temperature and uneven distribution of heat zones in the heated part. In turn, an increase in the height of the “legs” leads to a narrowing of the heat release zone in the part compared to the total width of the coil and magnetic circuit. With a significant lengthening of the “legs”, the cooling circuit of the inductor will not be able to remove heat from the magnetic circuit obtained from the part, which will lead to the destruction of the magnetic circuit. The developed design of a two-turn single-circuit inductor and the general methodology made it possible to obtain a high-quality hardened layer with a depth of up to 3 mm with the formation of a martensitic structure of the required hardness on a planar-type flat part without significant energy loss. The part was machined by fixing it on a rigid base to compensate for the effect of temperature changes in linear dimensions. To obtain a uniform gap between the part and the inductor, a special pressure roller was used. The resulting structure of the hardened layer adequately meets the stated requirements for the part. The results of the research were used to develop a flat part of the “guide” type for lifting equipment (for example, a guide for the movement of the traction chain) and were introduced into production.На основе результатов расчета и моделирования разработана конструкция индукторов с магнитопроводами, предназначенных для закалки длинномерных плоских деталей. На этапе проектирования данного типа индукторов требовалось определить особенности влияния конструкции магнитопровода на распределение температурного поля при нагреве. Для этого выполнено моделирование электромагнитных и температурных полей для оценки концентрации электромагнитного поля при разной высоте «ножки» индуктора. В результате установлено значительное влияние длины «ножек» магнитопровода на интенсивность нагрева и работоспособность системы в целом. Отмечено, что недостаточная высота «ножки» приводит к значительному снижению концентрации поля, что обуславливает недостаточную температуру нагрева и неравномерность распределения зон тепловыделения в нагреваемой детали. В свою очередь, увеличение высоты «ножек» приводит к сужению зоны тепловыделения в детали по сравнению с суммарной шириной витка и магнитопровода. При значительном удлинении «ножек» контур охлаждения индуктора не сможет отводить тепло из магнитопровода, получаемое от детали, что приводит к разрушению магнитопровода. Разработанная конструкция двухвиткового одноконтурного индуктора и новая методика нагрева позволили получить качественный упрочненный слой глубиной до 3 мм с образованием мартенситной структуры требуемой твердости на плоской детали типа «направляющая» без существенных потерь энергии. Обработка детали производилась путем фиксации ее на жестком основании для компенсации эффекта температурного изменения линейных размеров. Для получения равномерного зазора между деталью и индуктором использовался специальный прижимной ролик. Полученная в итоге структура закаленного слоя в должной мере соответствует заявленным требованиям к детали. Результаты выполненных исследований использованы при разработке плоской детали типа «направляющая» для грузоподъемного оборудования (например, направляющая для движения тяговой цепи) и внедрены в производство
Идентификация радионуклидов в воде контура охлаждения циклотрона Cyclon 18/9-HC
Get PDFIn the present work the patterns of relationship of photonic radiation dose rate from Cyclone 18/9HC water cooling system were studied at production of positron-emitting nuclides. Reaction (n, p) was shown to be the main source of activation nuclides in cyclotron cooling water at 18F production, resulting in formation of 16N (T1/2 = 7 s) from 16О. In water targets with high accumulated dose, when beam partially irradiates a target body, proton-induced reactions: 16О(p, α)11С and 18О(p, n)18F take place. Fluoride 18F–, carbonate 11СО32– and hydrocarbonate Н11СО3– anions, formed in proton-induced activation reactions, efficiently precipitate on anion-exchanging resin during water circulation resulting in circuit purification from the named radionuclides. Activation of cooling water does not occur at irradiation of gas targets. Projected annual dose for cyclotron operator from cooling water activation is less than 1 % of annual dose limit for personnel from technogeneous radioactive sources. In order to minimize operator`s accumulated doses it is recommended to decrease the duration of personnel activities at the distance less than 1 meter from heat exchanger during 18F production. At operation of water targets with absorbed dose higher than 2500 μA·h it is desirable to conduct the preventive maintenance of water cooling system not earlier than in half an hour after the end of irradiation and with mandatory dosimetry control. To decrease the activation of impurities it is essential to use only deionized water in cooling circuit. In case of its specific conductivity increase due to corrosion the coolant should be replaced promptly.Изучены закономерности изменения мощности дозы фотонного излучения от системы водного охлаждения ускорителя Cyclone 18/9-HC при производстве позитрон-излучающих радионуклидов. Показано, что основной реакцией активации воды контура охлаждения циклотрона при производстве 18F является реакция (n, p), в результате которой из 16О образуется 16N с периодом полураспада 7 с. В водных мишенях с большой накопленной дозой, когда пучок частично бьет в тело мишени, протекают ядерные реакции, индуцированные протонами: 16О(p, α)11С и 18О(p, n)18F. Анионы фторида 18F–, карбоната 11СО32– и гидрокарбоната Н11СО3 –, которые образуются в реакциях активации с участием протонов, в процессе циркуляции воды осаждаются на ионно-обменной смоле, что приводит к очистке контура охлаждения от указанных радионуклидов. При облучении газовой мишени не происходит активации воды контура охлаждения. Среднегодовая дозовая нагрузка оператора циклотрона от продуктов активации в контуре охлаждения эквивалентна менее 1 % от предельной годовой дозы персонала от техногенных источников излучения. Для снижения дозовой нагрузки на операторов рекомендуется максимально сокращать продолжительность пребывания персонала на расстоянии менее 1 м от теплообменника во время наработки 18F. При эксплуатации водных мишеней с набранной дозой свыше 2500 мкА · ч профилактическое обслуживание системы охлаждения желательно проводить не ранее, чем через 30 с после окончания облучения, и обязательно после дозиметрического контроля. С целью снижения активации примесей необходимо использовать в контуре охлаждения только деионизованную воду, а в случае увеличения ее удельной проводимости из-за коррозии – своевременно менять
Определение рациональных компоновочных решений для аппарата воздушного охлаждения масла систем смазки компрессорных установок с использованием методов физического и численного моделирования
Get PDFThe objective of the present work was to study heat and hydraulic parameters of an air cooling apparatus of oil (ACAO), whose geometry of its flow-through part is changed to decrease hydraulic losses in its air conduit and to increase the cooling efficiency of oil. Using numerical simulation methods of heat transfer, we have developed and tested the computational techniques applied in a wide class of heat exchange apparatuses, including those consisting of the sections of finned flat tubes manufactured by extrusion with subsequent deforming cutting. We have proposed to make a finned part of a heat-exchange surface in the form of porous inserts. This has allowed us to reduce numerical simulation equipment requirements and to decrease computational time. Predicted results well agree with experimental data; their analysis shows that the calculated value of thermal performance of the oil cooler due to the revealed construction drawbacks of the air conduit is by 19 % less than that of the designed one. Based on the results of the numerical simulation studies, a number of recommendations have been made how to improve the layout inside the air cooling apparatus for oil in order to enhance its thermal performance and aerodynamic quality. In particular, we have proposed to mount new fan blades to enhance its performance; to change the construction of the air outlet valve by taking away a baffle that partially overshadows the exit area of the bottom fan; to modify the shape of the bottom collector of the oil cooler in order to make a uniform velocity profile at the entrance of cooling sections. Connecting in series heat exchange sections may be a perspective engineering decision. The outcomes of all proposed engineering decisions can be assessed by numerical simulation methods that will allow us not to design expensive equipment.С помощью методов численного моделирования исследованы тепло- и гидравлические параметры аппаратов воздушного охлаждения масла (АВОМ) при изменении геометрии проточной части для снижения аэродинамического сопротивления воздушного тракта АВОМ и повышения эффективности охлаждения масла. Для этого на основе методов численного моделирования конвективного теплообмена разработана и апробирована методика расчетов, применимая к широкому классу теплообменных аппаратов, в том числе состоящих из секций оребренных плоских труб, полученных методом экструзии с последующей обработкой методом деформирующего резания. Отличительной особенностью методики является представление оребренной части теплопередающей поверхности в виде пористых вставок. Разработанная методика позволяет уменьшить требования к оборудованию для численного моделирования и снизить время расчетов. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с результатами эксперимента; их анализ показывает, что тепловая мощность маслоохладителя вследствие выявленных конструктивных недостатков воздушного тракта АВОМ на 19 % меньше проектного значения. На основе численных исследований выработан ряд рекомендаций по дальнейшему совершенствованию компоновочных решений для аппарата воздушного охлаждения масла с целью повышения его тепловой эффективности и аэродинамического совершенства. В частности, предложено установить новые лопатки вентиляторов для повышения их производительности; изменить конструкцию выходного воздушного клапана (жалюзи), исключив перегородку, частично затеняющую проходное сечение нижнего вентилятора; изменить форму нижнего коллектора маслоохладителя с целью обеспечения равномерного профиля скорости на входе в охлаждающие секции. Перспективным техническим решением, приводящим к увеличению общей производительности маслоохладителя, может быть последовательная схема подключения теплообменных секций. Эффективность всех предложенных технических решений может быть оценена с помощью методов численного моделирования, без создания дорогостоящей пилотной установки
Определение оптимальной силы контактного взаимодействия инструмента и детали при отделочно-упрочняющей обработке методом алмазного выглаживания
Get PDFThe main factors of the process of diamond smoothing are considered in the work: the force of the contact interaction of the tool and the part in the deformation zone and the friction on the contact surface of the part and the smoother. The technique of analytical determination of the optimal smoothing force for the finishing-hardening treatment mode is presented. The calculated values were obtained for some characteristic grades of materials of small and medium hardness (≤ 210 HB, indenter radius 3.4 mm) and a number of hardened steels of high hardness (indenter radius 2.0 mm). The force values are also determined using expressions for the deformation component of the friction coefficient. A comparative analysis of the results indicates that the calculation options are adequate for practical purposes. On specific examples of processed materials, graphical dependencies are shown, which reflect the relationship between the coefficient of friction, including its deformation component, and the smoothing force. With an increase in the leveling force, the friction coefficient increases, this is explained by an increase in the depth of penetration of the diamond tip and, consequently, an increase in the deformation component. The depth of penetration of the indenter into the surface to be treated, and therefore the coefficient of friction during ironing, depends on the hardness of the material being processed. With increasing hardness, the penetration depth decreases, which leads to a decrease in the deformation component and in general the coefficient of friction. The friction coefficient is also affected by the radius of the working part of the tool, since the indenter penetration depth also depends on its value. The research results can be used in the development of technology for finishing and hardening diamond smoothing, the development of the process and its introduction into production.Рассмотрены основные факторы процесса алмазного выглаживания: сила контактного взаимодействия инструмента и детали в зоне деформации и трение на контактной поверхности детали и выглаживателя. Представлена методика аналитического определения оптимальной силы выглаживания для отделочно-упрочняющего режима обработки. Расчетным путем получены значения силы для некоторых характерных марок материалов небольшой и средней твердости (≤210 HB, радиус индентора – 3,4 мм) и ряда закаленных сталей высокой твердости (радиус индентора – 2,0 мм). Также определены значения сил с использованием выражений для деформационной составляющей коэффициента трения. Сравнительный анализ результатов свидетельствует о достаточной для практических целей адекватности вариантов расчета. На конкретных примерах обрабатываемых материалов показаны графические зависимости, отражающие связь коэффициента трения, в том числе его деформационной составляющей, и силы выглаживания. С увеличением силы выглаживания увеличивается коэффициент трения, что объясняется увеличением глубины внедрения алмазного наконечника и, следовательно, ростом деформационной составляющей. Глубина внедрения индентора в обрабатываемую поверхность, а следовательно, коэффициент трения при выглаживании зависит от твердости обрабатываемого материала. С повышением твердости глубина внедрения уменьшается, что приводит к снижению деформационной составляющей и в целом коэффициента трения. На коэффициент трения также влияет радиус рабочей части инструмента, так как от его величины тоже зависит глубина внедрения индентора. Результаты исследований могут быть использованы при разработке технологии отделочно-упрочняющего алмазного выглаживания, освоении процесса и внедрении его в производство