Введение. При ухудшении очистки стоков следует повысить интенсивность работы очистных сооружений. Некоторые подходы к решению данной задачи описаны в литературе. Известно, как в целях интенсификации процесса коагуляции используется регулируемое механическое перемешивание коагулянта со стоками, перемешивание с помощью воздуха, ввод коагулянта посредством струйных или камерных смесителей. Авторы данной статьи предлагают интегрировать в одном корпусе фильтр осветлительный вертикальный (ФОВ) и камеру перемешивания. Такой подход описан впервые. Исключены недостатки, характерные для эксплуатации обособленных устройств: не нужны дополнительные площади, можно расположить рядом зоны образования агрегатов и их удаления на фильтрах, а также избежать разбивания хлопьев в соединяющих трубопроводах. Эффективность установки ранее подтвердилась экспериментально. Цель данного исследования — разработать научно обоснованную методику расчета комбифильтра, что важно для массового внедрения.

Материалы и методы. Эффективность перемешивания псевдоожиженного слоя определяли по критерию Кэмпа, который характеризует энергию, затрачиваемую на перемешивание. Учитывались публикации, посвященные исследуемой проблеме. Особое внимание уделяется тому, как описана коагуляция. До разработки методики расчета авторы провели эксперименты и создали математическую модель установки. Рассматривается функционирование комбифильтра с камерой перемешивания, которая состоит из чаши интенсивного перемешивания с плавающей загрузкой и чаши успокаивания. Основные исходные данные для методики расчета: максимальный расход стоков, вязкость воды, диаметр фильтра, высота от загрузки до корпуса, интенсивность обратной промывки и объем расширения загрузки при обратной промывке.

Результаты исследования. Показано, как критерий Кэмпа зависит от массы частиц, их площади, времени контакта и вязкости псевдоожиженного слоя. На этой зависимости основан расчет камеры перемешивания комбифильтра. Принимается во внимание регенерация фильтров, связанная с эффективностью обратной промывки. Приводится методика расчета камеры перемешивания. Учитываются факторы снижения эффективности обратной промывки. В качестве компенсации предлагается усилить интенсивность промывки или уменьшить высоту фильтрующего слоя. Показано, как рассчитать габариты элементов камеры перемешивания — диаметр и высоту чаш. В расчете также заложена самопроверка, которая позволит избежать ошибок.

Обсуждение и заключение. Впервые описаны усовершенствованная конструкция комбифильтра и методика его расчета. Предложенный подход позволяет определить габариты камеры перемешивания и обеспечить необходимую эффективность обратной промывки. Новое решение представляет практический интерес для предприятий, которые эксплуатируют очистные сооружения с ФОВ.

Введение. В научной литературе довольно активно обсуждается тема математического моделирования развития лесных пожаров для прогнозов скорости их распространения и площади, которую они охватят. С точки зрения процессов турбулентности оцениваются потенциальная высота и отклонение столбов огня, дыма, горячего воздуха, разброс частиц горения и рациональные направления гашения огня. Однако известные модели не дают четкого представления о том, как срабатывает турбулентность при переходе пожара с приповерхностного слоя на нестационарный приземный и выше. Иными словами, сложно просчитать переход низового пожара в его более опасную интенсивную форму. Восполнение этого недостатка — актуальная научная и прикладная задача. Цель данной работы — уточнить уравнения математических моделей распространения низовых лесных пожаров для лучшего контроля за этими инцидентами, что в итоге будет способствовать уменьшению рисков и сокращению ущерба от них.

Материалы и методы. Для достижения цели исследования были изучены труды, охватывающие разные подходы, как теоретические, так и прикладныепрогнозирования развития пожаров. В качестве основных приняты работы Д.Л. Лайхтмана, А.С. Гаврилова, П.М. Матвеева. Кроме анализа этих литературных источников, авторы применяли статистические методы обработки информации и использовали возможности математического моделирования.

Результаты исследования. Интерпретирована общепринятая эллиптическая форма контура низового лесного пожара в модели Р. Ротермела. Показаны ее недостатки для прогнозирования пятнистых и интенсивных верховых пожаров. Оценено введение в уравнение таких параметров, как относительная влажность воздуха, уклон местности, шероховатость или вязкость поверхности, особенности горящего вещества. Обозначены виды конвекций, характерных для пятнистого и интенсивного верхового пожара: внутренняя (термическая) и внешняя (механическая). Обоснован отказ от учета приповерхностной турбулентности. Для рассмотрения турбулентности приземных слоев воздуха авторы руководствовались представлениями о нестационарности и соответствующих физических закономерностях. В итоге базовая формула модели Р. Ротермела была дополнена вторым слоем, чтобы можно было прогнозировать развитие пожара от низового к интенсивному верховому. Безразмерный параметр 0,397 заменен коэффициентом турбулентности k_z, этот показатель внесен в откорректированное равенство Р. Ротермела и дополнен средним числом Ричардсона, которое показывает зависимость между температурой и скоростью диффузии в соседних слоях. Из этих составляющих была сформирована обновленная формула. В виде таблиц представлены результаты моделирования характерных случаев развития конвективной турбулентности и пожаров (с учетом и без учета турбулентности). Сводные данные позволяют говорить об адекватности модели, созданной в рамках представленной работы.

Обсуждение и заключение. При уточнении полуэмпирической модели Р. Ротермела для нестационарного приземного слоя обосновано введение коэффициента турбулентности. Кроме того, показана необходимость дополнения однослойной модели формулами второго уровня, характеризующими развитие пожара в нестационарном приземном слое. Откорректированная модель должна более эффективно прогнозировать параметры пятнистых и интенсивных верховых пожаров. Перспективны дальнейшие уточнения уравнений полуэмпирических моделей лесных пожаров. Целесообразно продолжить исследования в этом направлении.

Введение. Проблема тепловыделения в металлургии актуальна из-за возможных опасностей для персонала и окружающей среды. Действенный контроль за тепловыми процессами и управление ими требуют дополнительных мероприятий и могут предотвратить пожары, взрывы и травматизм в целом. Эффективное управление тепловыми процессами — один из ключевых факторов безопасности и надежности металлургического оборудования. Высокие температуры свойственны металлургии, но контроль за ними необходим для успешного выполнения процессов плавки и обработки стали. Применяемые способы контроля теплопереносом (аэрация, общеобменная и местная вентиляция) не всегда позволяют снизить тепловую нагрузку до требуемого значения. Выбор режима пульсирующей вентиляции для повышения эффективности управления теплопереносом обусловлен двумя основными причинами: низкие скорости движения воздуха, которые свойственны крупным цехам металлургического производства, и большое количество труднодоступных ниш с тепловыделяющим оборудованием в них. Целью данного исследования в связи с этим является изучение процессов тепломассопереноса в зонах со слабой аэродинамической связью при пульсирующем режиме вентиляции.

Материалы и методы. Для получения статистических данных был использован метод физического моделирования. Процесс тепломассопереноса оценивался на основании изменения температуры с течением времени в различных точках модели ниши при разных режимах вентиляции (стационарном и пульсирующем). Для обработки полученных результатов измерений применялся метод системного анализа.

Результаты исследования. Было установлено положительное влияние пульсирующего движения воздуха на тепломассоперенос в плохо проветриваемой импровизированной нише внутри лабораторной установки. Определена степень эффективности влияния пульсирующей вентиляции на тепломассоперенос. Установлено, что при использовании метода пульсирующей вентиляции температура в центральной части ниши повышалась медленнее в 3,8 раза, чем при общеобменной принудительной вентиляции.

Обсуждение и заключение. Данные, полученные в смоделированных условиях вышеуказанного вида производства, позволяют разработать методику борьбы с отрицательным воздействием теплового излучения, что дает возможность повысить безопасность при отводе излишнего тепла в условиях слабой аэродинамики участков цехов горно-металлургических производств.

Введение. В ближайшее время сохранит актуальность проблема выбора средств определения эффективности рыбозащитных устройств (РЗУ). Ранее необходимые данные можно было получить только ихтиологическими исследованиями. Для этого используются специфические методики и оборудование. Ситуацию изменила новая редакция Свода правил СП 101.13330.2023[1], которая предусматривает возможность применения гидроакустических средств для определения эффективности РЗУ. В открытом доступе нет публикаций об особенностях и перспективах такого подхода. Можно предположить, что метод подводного видеонаблюдения сопоставим по результатам с ихтиологическим (гидроакустическим). Цель работы — подтвердить данную гипотезу.

Материалы и методы. При ихтиологических исследованиях на Заинской электростанции рыб отлавливали сетями с ячеей 10, 18, 20, 22, 30 и 70 мм. Для отбора проб фитопланктона применяли батометр Молчанова
ГР-18. Пробы зоопланктона отбирали сетью Апштейна. Зообентос собирали автоматическим дночерпателем
ДАК-250. Подводное видеонаблюдение вели с помощью камеры «Практик Мурена» с разрешением 720 HD (1280´720 пикселей). Это оборудование оснащено встроенной инфракрасной подсветкой. Информация выводится на надводный мониторный блок. Объектив — широкоугольный, с углом обзора 130°.

Результаты исследования. Преимущество предложенного метода, выявленное в ходе научных изысканий, касается объема выборки. При видеонаблюдении она оказалась в 2,25 раза больше, чем при традиционном методе. Очевидно, что видеокамеры фиксируют больше особей в сравнении с количеством рыб, попавших в сети. Широкая выборка обеспечивает статистически более значимый эффект. С ростом объема данных увеличивается точность характеристик генеральной совокупности, сокращается случайная ошибка. Для определения коэффициента эффективности (Кэф) РЗУ учитывали концентрацию рыб до и после РЗУ, а также показатель выживаемости особей после контакта с РЗУ. При использовании традиционного метода в 2023 году средний Кэф рыбозащитной эффективности РЗУ на береговой насосной станции № 3 Заинской электростанции составил 86,9 %. Новый подход, предложенный авторами данной статьи, в тех же условиях показал аналогичную среднюю эффективность — 87,3 %. Разница совершенно несущественна — 0,46 %. Максимальное расхождение фиксировалось весной 2023 года. Тогда показатель альтернативного метода был на 9,3 % больше в сравнении с традиционным. Минимум отметили осенью — 0,1 %.

Обсуждение и заключение. Удалось подтвердить гипотезу, согласно которой метод подводного видеонаблюдения сопоставим по результатам с ихтиологическим (гидроакустическим). Новый подход все еще не признан законодательно, и его можно использовать только как вспомогательный. Во-первых, видеонаблюдение позволит выяснить, нужны ли ихтиологические изыскания. Во-вторых, эксплуатант водозабора может задействовать экспериментальный метод между ихтиологическими исследованиями для получения оперативной информации об эффективности РЗУ.

Введение. Вопросы устойчивого развития, охраны окружающей среды и перехода к низкоуглеродной экономике не теряют своей актуальности для стран по всему миру, в том числе и для Российской Федерации. В условиях глобальных изменений климата и истощения традиционных источников энергии необходимость в развитии зелёной энергетики приобретает особую значимость. Однако несмотря на наличие определённого потенциала данный сектор в России пока ещё недостаточно развит, что обусловлено различными экономическими, технологическими и законодательными факторами. В научной литературе существует ряд теоретических исследований, посвящённых вопросам возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Тем не менее, многие аспекты функционирования и становления зелёной энергетики пока еще мало изучены, этот научный пробел затрудняет полноценное понимание механизмов и стратегий её дальнейшего развития.

В связи с вышеизложенным цель данного исследования заключается в том, чтобы проанализировать существующие особенности и тенденции развития зелёной энергетики в Российской Федерации, выявить потенциальные препятствия и возможности для её расширения, определить пути преодоления негативных аспектов её функционирования. Задачи авторов исследования сосредоточены на анализе приоритетов государственной политики России, подписавшей Рамочную конвенцию ООН об изменении климата, Парижское соглашение по климату и Киотский протокол о сокращении выбросов парниковых газов, на определении влияния государственной политики, технологий и инвестиций на развитие возобновляемых источников энергии, а также на изучении факторов, которые могут способствовать ускорению перехода страны к более устойчивым энергетическим моделям. Результаты исследования призваны не только заполнить текущий пробел в научном знании, но и стать основой для выработки рекомендаций, направленных на оптимизацию политики в сфере развития зелёной энергетики в стране.

Материалы и методы. Авторами проанализированы законодательные материалы, касающиеся исследуемой темы. Были использованы статистические данные по видам энергетических мощностей страны за последнее десятилетие. Исследование проводилось на основе нормативных и правовых актов РФ. Изучены результаты мониторинга реализации государственных программ и стратегий по рассматриваемому вопросу. В качестве основных методов исследования были использованы контент-анализ и структурно-функциональный анализ. Современное положение дел в энергетической отрасли представлено на основе анализа иерархий как совокупности элементов, каждый из которых отражает конкретную ступень в достижении поставленной цели.

Результаты исследования. Эксплицирован явный рост использования возобновляемых источников энергии в общей мировой энергетической мощности. Установлено, что в России уделяется значительное внимание развитию возобновляемых источников энергии, при этом акцент делается на внедрение механизмов государственно-частного партнерства в этой области. Проанализированы методы и принципы государственной поддержки, направленные на развитие данного сегмента, а также технологии конкурсного отбора (ДПМ ВИЭ.1 и ДПМ ВИЭ.2) для ввода в эксплуатацию генерирующих объектов, использующих разнообразные виды возобновляемых источников энергии. Подтверждено, что дорожная карта развития энергетики в России соответствует предложенной иерархии стратегий, разработанной на основе гибридного подхода. Также установлены приоритеты в области сокращения парникового эффекта и борьбы с загрязнением окружающей среды.

Обсуждение и заключение. Данные, полученные в результате проведенного авторами исследования, свидетельствуют о том, что Россия начала движение в направлении активного внедрения возобновляемых источников энергии, не оставляя при этом без внимания и функционирование традиционной энергетики на невозобновляемых источниках, осуществляя мероприятия по минимизации возникающих при этом издержек. Становление зелёной энергетики в стране пока идёт медленными темпами, её развитие тормозят, с одной стороны, уже имеющийся мощный потенциал энергетических мощностей, а с другой стороны, негативные факторы, отрицательно влияющие как на изготовление, так и на применение ВИЭ. Но, ратуя за повсеместное форсирование внедрения зелёной энергетики, нельзя не принимать во внимание тот факт, что процесс перехода к ней таит в себе немало угроз, которые надо уметь прогнозировать и устранять. Для этого должно быть проведено тщательное исследование влияния различных видов возобновляемых источников энергии на окружающую среду и здоровье людей. Поэтому внедрение ВИЭ должно быть поэтапным, тщательно продуманным. В связи с этим данная тема требует дальнейшего изучения.

Введение. В научной литературе описываются возможности искусственного интеллекта (ИИ) для обеспечения производственной безопасности. Рассматриваются методы контроля рисков, даются рекомендации по предотвращению инцидентов. Изучена связь между компетенциями машинистов грузоподъемных кранов и вероятностью аварий. Есть примеры использования нейросетей для определения надежности съемных грузозахватных приспособлений. Описан дистанционный мониторинг эксплуатационной безопасности. При этом недостаточно проработаны вопросы применения ИИ для контроля рисков в автосервисе. Представленное исследование призвано закрыть данный пробел. Цель работы — показать возможности использования нейросетей для формирования системы мониторинга безопасности на авторемонтном предприятии.

Материалы и методы. В качестве базовой информации использовали проектные материалы станции технического обслуживания при Центре по ремонту и обслуживанию техники. Это предприятие создали специалисты кафедры «Эксплуатация транспортных систем и логистика» (ЭТСиЛ) Донского государственного технического университета (ДГТУ). Риски классифицировали по ГОСТ ISO 12 100¹ и ГОСТ Р 58 771². Нейронные сети обучали по открытым библиотекам для языка «Питон» (Python). Модель системы цифрового мониторинга с визуализацией реализовали в системе имитационного моделирования «Эни лоджик» (AnyLogic).

Результаты исследования. Авторы представленной работы обучили 20 нейросетей и отметили пять с наименьшими значениями функций ошибок (от 74 % до 78 %). Из пяти наиболее корректно сработавших нейросетей выбрали ту, которая точнее предсказала выходной параметр — 74 %. Наилучшая нейронная сеть, определяющая уровень риска для зоны кузовного ремонта, — это многослойный персептрон с 30 нейронами во входном слое, 15 нейронами в скрытом слое и 3 нейронами в выходном слое. Ее задействовали для создания цифрового двойника, который в режиме реального времени предупреждает о потенциально опасных событиях: движении автомобиля, крана, открытии осмотровой канавы. Кроме того, обнаруживаются работники без средств индивидуальной защиты и лица без допуска в зону работ.

Обсуждение и заключение. Применение модели цифровой системы мониторинга безопасности позволит заранее обнаруживать зоны с повышенным риском проведения работ, сокращать аварийность и производственный травматизм. Внедрение этой модели в центрах по ремонту автотранспортных средств предполагает установку датчиков и систем оповещения. В перспективе планируется исследовать возможность дополнения системы мониторинга риска алгоритмами, которые помогут персоналу в ремонте конкретных видов машин.

Введение. Как известно, закалка стали сопровождается объёмными изменениями, вызванными разностью удельных объёмов превращающихся фаз. Возникающие объёмные изменения приводят к структурным напряжениям в стали. Присутствие напряжений в закаленном изделии сказывается отрицательно на сопротивлении хрупкому разрушению, что обуславливает, например, снижение безопасности при эксплуатации стальных конструкций. В связи с этим важным является совершенствование методов термической обработки (ТО) стали, которые позволяют снизить закалочные напряжения. Наложение постоянного магнитного поля в процессе фазового превращения оказывает влияние на кинетику перехода и образующиеся продукты превращения. Для этого перспективного метода ТО недостаточно данных об объёмных изменениях при закалке. Цель работы — исследование особенностей влияния постоянного магнитного поля на объёмные изменения и структурные напряжения при закалке стали.

Материалы и методы. Исследования проводились на техническом железе и углеродистых сталях 35, 45, У8, У10, У12. Магнитные поля напряженностью 1,4 и 1,6 МА/м создавались в межполюсном зазоре электромагнита ФЛ-1 конструкции МГУ. Количественная оценка объёмных изменений после обычной и магнитной закалки выполнялась путём измерения удельных объёмов методом гидростатического взвешивания.

Результаты исследования. Получены концентрационные зависимости изменения удельных объёмов углеродистых сталей при закалке в магнитном поле от температур 800 и 1 000 °С, на которых отмечалось отсутствие изменений объёмного эффекта мартенситного превращения в техническом железе и стали У10 при закалке от 800 °С, а также наличие разных по знаку изменений объёмного эффекта в сталях с содержанием углерода: от 0 до 1 % — уменьшение удельного объёма, от 1,0 до 1,2 % — увеличение удельного объёма. Расчётные данные показывают, что после закалки без поля уровень структурных напряжений возрастает с увеличением содержания углерода в аустените и повышением температуры нагрева под закалку. Влияние магнитного поля сводится к уменьшению структурных напряжений в низко- и среднеуглеродистых сталях и к их увеличению — в высокоуглеродистых. При низких температурах отпуска уровень структурных напряжений после закалки в магнитном поле для среднеуглеродистой стали 45 ниже, а для стали У12 — выше, чем после закалки без поля.

Обсуждение и заключение. Полученные данные для низко- и среднеуглеродистых сталей объясняются большей степенью распада мартенсита in statu nascendi при охлаждении в магнитном поле и увеличением количества мартенситной фазы в высокоуглеродистых сплавах железа. Изменение объёмного эффекта, вызванное приростом под действием магнитного поля количества мартенситной фазы, превалирует над изменением объёмного эффекта, обусловленного ее распадом в процессе закалочного охлаждения. Величина и знак наблюдаемых эффектов определяются содержанием углерода в исходном аустените, причем существует узкий диапазон концентраций, для которых магнитная закалка не оказывает практически никакого воздействия на уровень структурных напряжений. Действие магнитного поля во время отпуска несколько замедляет снижение остаточных напряжений в температурном интервале распада мартенсита. Структурные напряжения после термической обработки в магнитном поле без учёта температурного градиента по сечению в основном определяются эффектами, полученными при закалке в магнитном поле. Усиление явлений распада мартенсита вызывает снижение, а увеличение полноты мартенситного превращения — повышение уровня структурных напряжений.

Введение. Полиуретан, состоящий из полиола и изоцианата, считается одним из самых эффективных теплоизоляционных материалов. Вероятно, его изоляционные качества можно усилить, если добавить такие наполнители, как солома, уголь и пенопласт. При этом есть риск ухудшения сцепления. В литературе описано введение добавок в полиуретан как укрепляющих компонентов. Незначительные объемы наполнителей объясняются необходимостью сохранить однородность образцов. Отметим, что большинство добавок не оказали значительного влияния на термические свойства. Цель данного исследования — изучить возможность повышения термических и механических характеристик полиуретана добавлением наполнителей.

Материалы и методы. Изучались образцы полиуретана компании «Даумерк» (Daumerk, Турция) с различными добавками: четыре образца без наполнителей и шесть с добавлением 5 % и 10 % угля, соломы и пенопласта. Теплопроводность оценивали методом горячей пластины. Для испытания на сжатие задействовали устройство, обеспечивающее нагрузку до 5000 Н. Акустические свойства измеряли прибором для оценки звукопоглощения.

Результаты исследования. Образец, содержащий 63 % изоцианата и 37 % полиола, обладает наименьшей плотностью (33 кг/м³). Причины: отсутствие наполнителей и однородная структура материала. Добавление 5 % наполнителей не оказало значительного влияния на плотность образца, потому что плотности соломы и пенопласта близки к плотности полиуретана без добавок. Низкое водопоглощение — у образцов без добавок (50 % изоцианата и 50 % полиола) и с добавкой пенопласта 5% (62 % изоцианата и 33 % полиола).  При увеличении доли изоцианата водопоглощение растет. Образцы с более высокой плотностью и без наполнителей демонстрируют лучшие показатели звукопоглощения. При низком содержании добавок (5 %) звукопоглощение увеличивается благодаря однородности структуры. При более высоком объеме добавок (10 %) звукопоглощение снижается из-за недостаточно прочных связей в материале. Добавка 10 % пенопласта обеспечивает максимальную устойчивость к воде.

Обсуждение и заключение. Оптимальное содержание наполнителей улучшает термические, механические и акустические характеристики полиуретана, открывая новые возможности для его применения. Большой объем наполнителей негативно сказывается на свойствах материала. Так, высокое содержание соломы заметно повышается водопоглощение. Рекомендуется использовать 5 % соломы с 62 % изоцианата и 33 % полиола. Теплопроводность этого состава — 0,023 Вт/м·K, плотность — 37 кг/м³, прочность на сжатие — 358 кН/м². Результаты исследования подтверждают возможность и целесообразность использования наполнителей (особенно угля и соломы) в производстве полиуретановых материалов. Модифицированный состав будет дешевле и с лучшими физическими характеристиками. Задачей дальнейших исследований может быть изучение других видов наполнителей для полиуретана.