Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – Екологічна безпека. – Національний авіаційний університет, Київ, 2019.Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального науково-практичного завдання підвищення рівня екологічної безпеки очищення виробничих стічних вод від іонів хрому (ІІІ) та нікелю (ІІ) шляхом застосування природних глинистих сорбентів.За допомогою рентгенографічного аналізу, газової адсорбції та гравіметричного методу досліджено структуру та хімічний склад глинистих сорбентів. Досліджено сорбційні властивості природних глинистих матеріалів (глини спонділової зеленої та суглинку темно-бурого) щодо іонів хрому (ІІІ) та нікелю (ІІ), визначено основні параметри протікання процесу адсорбції та умови максимальної ефективності застосування сорбентів. Встановлено, що для досягнення максимального ступеня очищення при мінімальних витратах сорбційного матеріалу необхідне співвідношення «тверда речовина - рідина» складає 1:50. Проведено інтерпретацію даних у межах моделей сорбції та обрано моделі, які найкраще описують процес. Встановлено, що максимальна адсорбційна ємність зразку глини спонділової зеленої щодо іонів Ni2+ у 1,5 рази вища ніж у зразка суглинку темно-бурого і складає 0,245 мг/г. Сорбційна ємність глини глини спонділової зеленої по відношенню до іонів Cr3+ - 0,042 мг/г, а при застосуванні СТБ – сорбція не спостерігається. Отримано нові сорбційні глинисті матеріали на основі природних зразків шляхом їх хімічної модифікації з метою покращення сорбційних властивостей. Визначено основні умови процесу модифікації та встановлено зростання максимальної сорбційної ємності.Встановлено екологічний ризик застосування глинистих сорбентів при очищенні води від іонів металів на основі результатів біотестування за допомогою тест-об'єктів Allium cepa L. та Lactuca sativa L. Методом кореляційно-регресійного аналізу встановлено тісноту зв'язку між зміною відносного екологічного ризику застосування глини спонділової зеленої і суглинку темно-бурого для очищення стічних вод та змінами індикаційних ознак у тест-об'єктів Allium cepa L. та Lactuca sativa L. Розраховані коефіцієнти кореляції вказують на сильний зв'язок при застосуванні Lactuca sativa L. та достатню тісноту зв'язку для тест-об'єкту Allium cepa L. Досліджено та обґрунтовано напрям утилізації відпрацьованих сорбентів через їх депонування у будівельних сумішах на основі цементу, що дозволяє зменшити кількість шламу та забезпечує надійну фіксацію сорбату, запобігаючи міграції важких металів у системі «вода-грунт», у тому числі при змінах значень рН та температури навколишнього середовища.Ключові слова: екологічна безпека, сорбція, очищення стічних вод, іони хрому (ІІІ) та нікелю (ІІ), модифіковані глинисті сорбенти, екологічний ризик.^UPhD Thesis for the degree of the candidate of Engineering sciences in the specialty 21.06.01 - Environmental safety. – National Aviation University, Kyiv, 2019.The thesis is aimed at solving the topical scientific and applied task of improving the level of environmental safety of the industrial waste water treatment from chromium (III) and nickel (II) ions using natural clay sorbents.The structure and chemical composition of clay sorbents have been investigated by X-ray analysis, gas adsorption and gravimetric method. The sorption properties of natural clay materials (spondyl green clay and dark brown loam) have been studied for chromium (III) and nickel (II) ions, the main parameters of the adsorption process and the maximum efficiency of the sorbents application have been determined. It has been established that in order to achieve the maximum level of pollutants removal with minimum consumption of sorption material, the ratio of “solid matter – liquid” should be 1:50.The sorption data has been arranged into sorption models and the models that best describe the process are selected. It has been found that complete adsorption capacity of the sample on the spondyl green clay ions Ni2+ is 1.5 times higher than the standard dark brown loam and it reaches 0.245 mg/g. The adsorption capacity of spondyl green clay in relation to ions of Cr3+ is 0,042 mg/g, and when applying DBL - sorption is not observed.New sorption clay materials have been obtained on the basis of natural samples by their chemical modification in order to improve the sorption properties. The basic conditions of the modification process and the growth of the maximum sorption capacity are also determined.The ecological risk assessment of the clay sorbents application in water treatment from metal ions is based on the results of biotesting with the help of test objects Allium cepa L. and lactuca sativa L. The method of correlation-regression analysis has demonstrated the close dependence between the change in the relative ecological risk and waste water treatment with spondyl green clay and of dark brown loam, which is seen from the changes in the indicative parameters of the test objects Allium cepa L. and Lactuca sativa L. The calculated correlation coefficients indicate a strong correlation in the application of Lactuca sativa L. and the sufficient correlation for the Allium cepa L.The method of the worked sorbents management through their deposit in constructional mixtures based on cement has been explored and discussed; it allows reducing the amount of sludge and provides reliable fixation of sorbate, preventing the migration of heavy metals in the water-soil system, including changes in ambient pH and temperature.Key words: environmental safety, sorption, treatment of waste water, chromium (III) and nickel (II) ions, modified clay sorbents, ecological risk.

Досліджено хелатоутворюючі сорбенти на основі високодисперсних кремнеземів з адсорбційно закріпленими N,O- та S,N-вмісними азореагентами та їх комплексами з Zn(II). Спектроскопічними методами встановлено хімізм їх взаємодії з поверхнею кремнеземної матриці. Визначено закономірності процесу сорбції та умови концентрування Ag(I), Hg(II), Pb(II), Cu(II), Co(II) та Zn(II) модифікованими сорбентами. Розраховано умовні константи стійкості комплексів металів з іммобілізованими реагентами. Запропоновано методики сорбційно-фотометричого та візуально-тестового їх визначення у водах (на рівні 0,01 ГДК) та біологічних рідинах (на рівні вмісту в крові людини).

  Скачати повний текст

Створено та науково обгрунтовано новий метод визначення поверхневого натягу рідин з повільним установленням адсорбційної рівноваги та відмінним від нуля крайовим кутом змочування, який є універсальним та експресним методом, забезпечує високу точність та достовірність даних поверхневого натягу поверхнево-активних речовин, одержаних експериментально. На базі моделі нелокалізованої моношарової адсорбції з використанням методу оптимізації ізотерм поверхневого натягу розраховано ізотерми адсорбції неіонних ПАР (НПАР) та інтегральні характеристики процесу адсорбції індивідуальних НПАР на межі поділу фаз розчин - газ. Показано, що модель нелокалізованої моношарової адсорбції детально описує процес адсорбції НПАР на цій межі з урахуванням усіх можливих взаємодій речовини та міжфазної поверхні, повною мірою може використовуватись для аналогічних розрахунків НПАР різної природи. Доведено, що розраховані інтегральні характеристики процесу адсорбції індивідуальних НПАР на межі поділу фаз розчин - газ дають змогу прогнозувати колоїдно-хімічні властивості багатокомпонентних розчинів НПАР на цій межі, зокрема величини адсорбції та поверхневого натягу. Вперше з одночасним вимірюванням поверхневого натягу одержано експериментальні значення крайового кута змочування молібденового скла катіонною ПАР, які дають змогу виявити вплив гідролізуючої дії іонної ПАР на процеси агрегації та флотосепарації цих частинок. Запропоновано новий метод використання аніонної ПАР як інтенсифікуючої домішки до неорганічного коагулянта в процесі флотосепарації високодисперсних забруднень з водних розчинів та емульсій.

  Скачати повний текст

Проведено дослідження процесів екстрагування цільових компонентів з лінійних капілярів та капілярно-пористих частинок. Описано гідродинаміку та масообмін за умов вакуумування системи. Показано, що основним фактором інтенсифікації є утворення, ріст та відрив парової бульбашки. Одержано графічні залежності, які дають можливість визначити коефіцієнти турбулентної дифузії процесу екстрагування з лінійних капілярів та з капілярно-пористих частинок, що дозволяє оцінити швидкість процесу. Вперше досліджено вплив вакуумування системи та пароутворення на процес десорбції. Показано, що вакуумування системи за екстрагування дозволяє знизити енергетичні затрати, пов'язані з подрібненням сировини. Запропоновано принципову схему масообмінного апарату для системи тверда фаза - рідина, на який одержано патент України.

  Скачати повний текст

Обгрунтовано шляхи інтенсифікації процесів екстрагування компонентів з рослинної сировини з застосуванням низькочастотних механічних коливань і розроблено високоефективні малогабаритні екстрактори безперевної дії для малотоннажних екстракційних виробництв. На підставі вивчення результатів теоретичного й експериментального дослідження процесу екстрагування у системі тверде тіло - рідина визначено раціональні параметри вібраційного впливу, що забезпечують інтенсифікацію вилучення з рослинної сировини цільових компонентів. Розроблено конструктивні рішення й інженерні методи розрахунку ефективного технологічного обладнання для малотоннажних виробництв харчової, мікробіологічної та фармацевтичної промисловості.

  Скачати повний текст

Досліджено вплив низькочастотних механічних коливань як джерела утворення пульсуючих вібротурбулізувальних знакозмінних потоків у системі тверде тіло - рідина, на інтенсифікацію масообміну в процесі періодичного ектрагування з рослинної сировини. Визначено найбільш ефективні конструкції віброперемішувальних пристроїв, на базі яких створено нові віброекстрактори для раціональної переробки рослинної сировини або її відходів. Встановлено вплив режимних і технологічних параметрів на зовнішній масообмін у процесі періодичного віброекстрагування. Запропоновано нову методику оцінювання зовнішнього масообміну за твердофазного екстрагування. Одержано математичні моделі, які дозволяють прогнозувати якісні характеристики екстрактів й оптимізувати періодичне віброекстрагування цільових компонентів із рослинної сировини. Розроблено нові конструкції екстракторів періодичної дії з віброперемішувальними пристроями, які здатні створювати у робочому середовищі апарата ефективні гідродинамічні умови перебігу процесу за рахунок вібротурбулізувальних знакозмінних струменів. Обгрунтовано переспективи використання нових конструкцій екстракторів періодичної дії з віброперемішувальними пристроями у харчовій, фармацевтичній та інших галузях промисловості.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота присвячена дослідженню теплофізичних і металургійних закономірностей при інтенсифікації технології плазмово-індукційного вирощування крупних профільованих монокристалів вольфраму, установлення впливу основних технологічних параметрів і режимів плазмово-індукційного процесу на їх структуроутворення, а також розробці дослідно-промислової технології з високими показниками продуктивності й економічної ефективності виробництва монокристалів.Установлено, що в умовах підвищення інтенсифікації процесу при базовому підігріві спостерігається зростання динамічного впливу плазмової дуги на теплове поле монокристала, тому при підвищенні інтенсифікації процесу зниження температурного градієнта безпосередньо в ближній зоні межі фазового переходу рідина-кристал було досягнуто шляхом збільшення температури у верхній області злитка за рахунок потужності тепловкладення від індукційного джерела нагрівання.Установлено за допомогою математичного моделювання, що при рівні підігріву індукційного джерела енергії, при якому забезпечується температура площини нарощування 2273, 2773, 3273 K, можливо отримати зростання інтенсифікації процесу в 3, 8 та 18 разів при швидкостях плазмового джерела енергії 60, 160, 360 мм/хв відповідно з забезпеченням характеристик теплового поля, наближених до базового рівня та дозволяє отримати зниження витрат електромагнітної енергії, що становить у порівнянні з базовою технологією 50%, 56% і 64%, чи 80, 94 і 104 кВт×год/кг.Установлено при дослідженні структурної досконалості отриманих великих профільованих монокристалів вольфраму, що з ростом інтенсифікації процесу в межах від 17 до 70 мм/хв відбувається подрібнення субструктури при рівномірному (безградієнтному) розподілі щільності дислокаційної картини і показано, що при отриманих швидкостях злиток є монокристалічним тілом із кристалографічною орієнтацією, відповідною до орієнтації зародкового кристала, із забезпеченням розорієнтації малокутових меж, що не перевищують 2 град. та лежить в межах допустимих значень для металевих монокристалів.На базі проведених досліджень розроблена технологія отримання великих монокристалів тугоплавких металів у вигляді пластин при плазмово-індукційному зонному вирощувані, яка забезпечує високі показники продуктивності та економічної ефективності з забезпеченням монокристалічної структури злитків вольфраму.^UThe dissertation is devoted to the study of thermophysical and metallurgical laws during the intensification of the technology of plasma-induction growing of large profiled tungsten single crystals, the establishment of the influence of the main technological parameters and modes of the plasma-induction process on their structure formation, as well as the development of a pilot-industrial technology with high productivity and economic efficiency of production single crystals.It was been established that under conditions of increased intensification of the process, while providing the power of induction heating at the level of the basic technology, an increase in the dynamic effect of the plasma arc on the thermal field of the single crystal is observed. A decrease in the temperature gradient directly in the near zone of the liquid-crystal phase transition boundary was achieved by increasing the temperature in the upper region of the ingot by increasing the heat input from the induction heating source.It was established by means of mathematical modeling that, at the level of heating of the induction energy source, at which the temperature of the build-up plane is 2273, 2773, 3273 K,, it is possible to obtain an increase in the intensification of the process by 3, 8 and 18 times at the speeds of the plasma energy source 60, 160, 360 mm/min, respectively, with the provision of the characteristics of the thermal field close to the basic level, and allows you to obtain a reduction in electricity consumption, which is 50%, 56% and 64%, or 80, 94 and 104 kW×h/kg in comparison with the basic technology.In the study of the structural perfection of the obtained large profiled tungsten single crystals, it was found that with an increase in the intensification of the process in the range from 17 to 70 mm / min, subgrains are refined with a uniform (gradientless) distribution of the density of the dislocation pattern. It is shown that at the corresponding velocities of the plasma heating source, the ingot is a single-crystal body, the crystallographic orientation of which corresponds to the orientation of the seed crystal, with the provision of misorientation of low-angle boundaries, which do not exceed 2 deg and lie within the permissible values for metal single crystals.On the basis of the studies carried out, a technology has been developed for growing large profiled single crystals of tungsten in the form of plates in the process of plasma induction zone melting, which provides high performance and economic efficiency with the provision of a monocrystalline structure of tungsten ingots.

Запропоновано нові структурні методи підвищення точності автоматичних рефрактометрів, які дозволили зменшити вплив дестабілізувальних факторів (температури вимірюваної рідини та навколишнього сердовища, забрудення чутливого елемента) на результати вимірювання вмісту сухих речовин у рідинах. Розроблено та теоретично досліджено математичну модель первинного перетворювача вмісту сухих речовин на базі прозорого порожнистого циліндра (ППЦ) й обгрунтовано конструктивне виконання автоматичних рефрактометрів. Досліджено вплив температури та відхилень геометричних параметрів ППЦ на передавальні характеристики рефрактометрів на базі ППЦ і запропоновано нові структурні способи підвищення точності автоматичних рефрактометрів.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота орієнтована передусім на створення теплоізоляційних тонкошарових високонаповнених акрилових водно-дисперсійних покриттів з поліпшеними технологічними та експлуатаційними властивостями будівельного призначення. Об'єкт дослідження – процеси структуроутворення та формування адгезійно-міцнісних і експлуатаційних властивостей акрилових водно-дисперсійних покриттів.Предмет дослідження – акрилові водні дисперсії, наповнені порожнистими алюмосилікатними мікросферами та гідрофобізованим аеросилом.Метою дисертаційної роботи є створення теплоізоляційних тонкошарових акрилових водно-дисперсійних покриттів будівельного призначення з поліпшеними технологічними й експлуатаційними властивостями, стійких до впливу кліматичного старіння.Методи дослідження. Із метою вивчення властивостей акрилової дисперсії та розроблених високонаповнених тонкошарових покриттів на її основі застосовано метод визначення теплопровідності й термічного опору за стаціонарного теплового режиму згідно з нормативними документами ДСТУ Б В.2.7-105-2000. Величину теплових втрат розраховано шляхом теплопередачі плоскої та циліндричної стінки в умовах стаціонарного режиму. Дослідження структурно-механічних характеристик здійснено ротаційним методом. Із метою визначення вільної поверхневої енергії твердих поверхонь використано метод Оуенса-Вендта-Каблі за кутом змочування тестовими рідинами. Адгезійну міцність до бетону визначено методом відриву згідно з ISO 4624:2002. Клас паропроникності та водопроникності встановлено відповідно до ДСТУ EN 1062-1:2012. Фізико-механічні характеристики досліджено за стандартними методиками. Морфологію покриттів вивчено за допомогою растрового електронного мікроскопа в режимах вторинних і зворотньорозсіяних електронів. Статистичне оброблення експериментальних даних проведено методом найменших квадратів. Крім того, використано методи кореляційного аналізу та розрахунку довірчих інтервалів.Новітність новопроваджуваного. Продемонстровано можливість отримання високонаповнених акрилових покриттів із рівномірним розподілом гідрофільних порожнистих алюмосилікатних мікросфер і гідрофобізованого аеросилу, що сприяє поліпшенню теплоізоляційних властивостей і утворення покриттів із високою паропроникністю (наближаються до класу V1) та зниженою водопроникністю (клас W3).Розширено уявлення про закономірності зміни реологічних властивостей, змочувальної здатності, фізико-механічних і теплоізоляційних властивостей акрилових дисперсій залежно від співвідношення алюмосилікатних мікросфер та гідрофобізованого аеросилу;Досліджено можливості застосування розроблених акрилових водних дисперсій як теплоізоляційних покриттів (коефіцієнт теплопровідності – 0,0416 Вт/(м2∙К)) на поверхні плоскої та циліндричної стінки. Установлено, що розроблені тонкошарові теплоізоляційні покриття на основі акрилової дисперсії внаслідок кліматичного старіння зберігають стабільні фізико-механічні властивості, а саме: адгезійна міцність зменшується на 7 %, паропроникність збільшується на 15–20 %, водопоглинання зростає на 15–18 % зі збереженням теплоізоляційних властивостей на рівні 90–95 %, що вможливлює прогнозування терміну експлуатації в умовах континентально помірної кліматичної зони не менш ніж 10 років.Ступінь упровадження та сфера використання. Розроблено тонкошарові теплоізоляційні акрилові покриття будівельного призначення з поліпшеними технологічними й експлуатаційними властивостями, склади яких захищені 1 Патентом України на винахід і 3 Патентами України на корисну модель; покриття знайшли використання в практиці будівництва підприємств як теплоізоляція елементів конструкцій шляхопроводів, тепловий захист трубопроводів системи автономного газового опалення та водопостачання, декоративний захист обробки оштукатурених фасадів будівель на підприємстві. Розроблено технологічну інструкцію щодо приготування та застосування водно-дисперсійних теплоізоляційних покриттів, а також проєкт технічних умов на водно-дисперсійні теплоізоляційні покриття, призначених для промислового й побутового застосування в тепловій ізоляції та декоративному захисті зовнішніх і внутрішніх огороджувальних конструкцій, трубопроводів будь-якої конфігурації за температури експлуатації від -30°С до +100°С, за відносної вологості в приміщенні – не більше 75 %.^UThe purpose of the dissertation is to create heat-insulating thin-layer acrylic water-dispersion coatings for construction purposes with improved technological and operational properties, resistant to climatic aging.The object of research is the processes of structure formation and formation of adhesive-strength and operational properties of acrylic water-dispersion coatings.The subject of research is acrylic aqueous dispersions filled with hollow aluminosilicate microspheres and hydrophobized aerosil.In the context of the outlined dissertation work is focused primarily on the creation of heat-insulating thin-layer highly filled acrylic water-dispersion coatings with improved technological and operational properties of construction.Research methods. In order to study the properties of acrylic dispersion and developed highly filled thin-layer coatings based on it, the method of determining thermal conductivity and thermal resistance under stationary thermal regime in accordance with the regulations of DSTU B B.2.7-105-2000. The amount of heat loss is calculated by heat transfer of flat and cylindrical walls in steady state. The study of structural and mechanical characteristics was carried out by the rotational method. In order to determine the free surface energy of solid surfaces, the Owens-Wendt-Cable method at the wetting angle of the test liquids was used. Adhesion strength to concrete is determined by the separation method according to ISO 4624:2002. The vapor permeability and water permeability class is set in accordance with DSTU EN 1062-1:2012. Physico-mechanical characteristics were studied according to standard methods. The morphology of the coatings was studied using a scanning electron microscope in the modes of secondary and backscattered electrons. Statistical processing of experimental data was performed by the method of least squares. In addition, methods of correlation analysis and calculation of confidence intervals were used.Novelty of the newly introduced. The possibility of obtaining highly filled acrylic coatings with uniform distribution of hydrophilic hollow aluminosilicate microspheres and hydrophobized aerosil has been demonstrated, which improves thermal insulation properties and the formation of coatings with high vapor permeability (close to class V3) and reduces.The notion of regularities of change of rheological properties, wetting ability, physical-mechanical and heat-insulating properties of acrylic dispersions depending on the ratio of aluminosilicate microspheres and hydrophobized aerosil is expanded;Possibilities of application of the developed acrylic water dispersions as heat-insulating coverings (coefficient of thermal conductivity - 0,0416 W/(m2∙K)) on a surface of a flat and cylindrical wall are investigated.It is established that the developed thin-layer thermal insulation coatings based on acrylic dispersion due to climatic aging retain stable physical and mechanical properties, namely: adhesive strength decreases by 7%, vapor permeability increases by 15-20%, water absorption increases by 15-18% while maintaining thermal insulation properties. at the level of 90–95%, which allows forecasting the service life in a continental temperate climate zone of at least 10 years.Degree of implementation and scope. Thin-layer heat-insulating acrylic coatings for construction purposes with improved technological and operational properties have been developed, the compositions of which are protected by 1 Patent of Ukraine for invention and 3 Patents of Ukraine for utility model; coatings are used in the practice of construction of enterprises as thermal insulation of elements of structures of overpasses, thermal protection of pipelines of the system of autonomous gas heating and water supply, decorative protection of finishing of plastered facades of buildings at the enterprise.The technological instruction on preparation and application of water-dispersion heat-insulating coverings, and also the project of technical conditions on water-dispersion heat-insulating coverings intended for industrial and household application in thermal insulation and decorative protection of external and internal enclosing designs, pipelines at any configuration is developed. operation from -30 ° C to + 100 ° C, at relative humidity in the room - no more than 75%.

Установлено кількісні взаємозв'язки між геометричними параметрами зануреної струминної оболонки та частотою генерованого акустичного сигналу, амплітудно-частотними характеристиками струминних гідродинамічних випромінювачів (ГДВ), спектром генерованого звуку; між швидкістю потоку та рівнем і частотою генерованого акустичного сигналу, яка суттєво знижується зі зростанням швидкості; між гідростатичним тиском у рідині, її властивостями, рівнем і частотою цього сигналу, які суттєво зростають з підвищенням тиску за оптимальної швидкості струменя на виході сопла; між геометричними параметрами, властивостями двофазного середовища, швидкістю струменя та частотою пульсації квантуючої області між соплом і перешкодою струминного ГДВ. Запропоновано акустичну модель коливань струминної оболонки ГДВ та розв'язано межову задачу про випромінювання звукових хвиль цією оболонкою. Одержано вираз для залежності частоти пульсацій кавітуючої області від її геометричних параметрів, властивостей двофазного середовища та швидкості потоку рідини струминної оболонки. Для дослідження струминних ГДВ застосовано математичну модель коливань занурених струминних оболонок. Одержано аналітичні залежності для здійснення розрахунків, а саме: частоти основної (нижчої) гармоніки генерованого звуку для двох типів розглянутих джерел звуку; амплітудно-частотних характеристик струминних ГДВ прямо- та протиточного типу; спектра сигналу, генерованого зануреними кільцевими струменями. Розроблено новий спосіб визначення міцності рідини на розрив шляхом виміру частоти нижчої гармоніки генерованого звуку та гідростатичного тиску у робочій ємності. Проведено експериментальні дослідження акустичних характеристик струминних ГДВ з розвинутою кавітацією, зокрема за умов високого гідростатичного тиску у різних робочих рідинах, а також ерозійної активності ближнього поля струминних ГДВ за надмірного статичного тиску. Виявлено кореляцію між нелінійним згасанням негармонійних акустичних імпульсів і ерозійною активністю у ближньому полі цих джерел звуку.

  Скачати повний текст

  Скачати повний текст

Сформульовано нову постановку задачі дослідження процесу автоматичного балансування рідиною роторів з вертикальною віссю обертання, що відрізняється від існуючих урахуванням гідромеханічних властивостей рідини та демпфування системи. Удосконалено методику розв'язання даної задачі на підставі системного підходу щодо вивчення роботи рідинного автобалансувального пристрою (АБП). З урахуванням одержаних результатів розроблено рекомендації щодо використання АБП з рідинними робочими тілами. Вперше встановлено аналітичну залежність ефективності автоматичного балансування від параметрів системи ротор - АБП - рідина, з використанням якої розроблено науково-методичний апарат розрахунку АБП з рідинними робочими тілами. Запропоновано нове технічне рішення щодо підвищення ефективності балансування за рахунок зменшення впливу сили ваги баластної рідини, наведено його теоретичний опис. Створено конструкцію АБП з параболічними боковими стінками. Удосконалено методи та засоби вивчення швидкоплинних динамічних процесів руху робочих тіл у камері АБП, зокрема, запропоновано використовувати високошвидкісну відеозйомку та динамічну фотозйомку камерою, що обертається, з наступним уповільненим переглядом і розкадровкою цифрових записів, що надає можливість послідовно порівнювати динаміку поведінки системи та рідини в АБП, наочно спостерігати за поведінкою рідини та перевірити достовірність теоретичного обгрунтування роботи рідинного АБП.

  Скачати повний текст

Сформульовано нову постановку задачі дослідження процесу автоматичного балансування рідиною роторів з вертикальною віссю обертання, що відрізняється від існуючих урахуванням гідромеханічних властивостей рідини та демпфування системи. Удосконалено методику розв'язання даної задачі на підставі системного підходу щодо вивчення роботи рідинного автобалансувального пристрою (АБП). З урахуванням одержаних результатів розроблено рекомендації щодо використання АБП з рідинними робочими тілами. Вперше встановлено аналітичну залежність ефективності автоматичного балансування від параметрів системи ротор - АБП - рідина, з використанням якої розроблено науково-методичний апарат розрахунку АБП з рідинними робочими тілами. Запропоновано нове технічне рішення щодо підвищення ефективності балансування за рахунок зменшення впливу сили ваги баластної рідини, наведено його теоретичний опис. Створено конструкцію АБП з параболічними боковими стінками. Удосконалено методи та засоби вивчення швидкоплинних динамічних процесів руху робочих тіл у камері АБП, зокрема, запропоновано використовувати високошвидкісну відеозйомку та динамічну фотозйомку камерою, що обертається, з наступним уповільненим переглядом і розкадровкою цифрових записів, що надає можливість послідовно порівнювати динаміку поведінки системи та рідини в АБП, наочно спостерігати за поведінкою рідини та перевірити достовірність теоретичного обгрунтування роботи рідинного АБП.

  Скачати повний текст

Проведено модельно-незалежне дослідження астрофізичних властивостей частинок темної матерії. Перевірено гіпотезу про збереження фазової густини для реалістичних розподілів ферміонної темної матерії та можливість формування модельно-незалежного та модельно-залежного обмеження знизу на масу частинок темної матерії на підставі аналізу її фазового розподілу в астрофізичних об'єктах. Запропоновано метод обчислення нижніх значень на масу частинок темної матерії за допомогою одержаних обмежень. Розроблено методи дослідження та критерії вибору найкращих об'єктів для пошуку лінії розпаду темної матерії, одержання обмеження на параметри темної матерії, що розпадається, на підставі аналізу рентгенівських спостережень гало галактики Андромеди. Досліджено механізм підвищення ефективності нейтринного нагріву області ударної хвилі за допомогою кипіння ядерної речовини у зв'язку з можливим негативним впливом стерильних нейтрино на механізм вибуху масивних наднових. Розкрито можливості даного механізму у ядерній речовині всередині прото-нейтронної зорі та визначено ефективність його впливу на процес сплаху масивних наднових.

  Скачати повний текст

Вивчається методами квантової теорії поля ефективна електромагнітна взаємодія у двох та трьох вимірах простору в густому ферміонному середовищі. У двовимірній квантовій електродинаміці (КЕД) в середовищі обчислено поляризаційний оператор та трьохфотонну вершинну функцію для статичного випадку та вивчено їх властивості. Побудовано ефективний лагранжіан статичного електромагнітного поля довільної конфігурації в густому середовищі. Записано модифіковані рівняння Максвелла для густого середовища з урахуванням нелінійності електромагнітної взаємодії і розглянуто їх розв'язок для кількох конкретних випадків статичної взаємодії в гутому середовищі. В 3+1-вимірній КЕД обчислено трьохфотонний поляризаційний тензор при довільному зв'язку частот та імпульсів. Розглянуто і детально описано розщеплення фотона в густому середовищі.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота присвячена розробці реалістичної базисної системи, яка допускає теоретичне трактування включно з можливістю аналітичного опису, з метою використання в методі теорії збурень для побудови мікроскопічної молекулярної теорії простих, неасоціативних плинів у широкому діапазоні термодинамічних параметрів. Наявність такої теорії для плинів є однією із найголовніших цілей прикладної молекулярної фізики. Теорія Ван дер Ваальса (vdW) вперше задекларувала, що рівняння стану простого плину містить два внески - один від виключеного об'єму, а другий від енергії далекосяжного притягання. Для ілюстрації своєї теорії Ван дер Ваальс використав найпростішу модель, яка задовольняла умові існування виключеного об'єму - систему пружних сфер (HS) і використав для її опису найпростіше рівняння стану.Тільки приблизно через півтора століття стало зрозуміло, що теорія vdW має строге статистико-механічне обгрунтування як перше наближення термодинамічної теорії збурень Цванціга. Базисна система HS у теорії збурень Цванціга і доданок виключеного об'єму в рівнянні стану vdW були ототожнені. Точність теорії збурень суттєво погіршується щоразу, коли ця подібність втрачається. Типовими умовами, коли це відбувається, є малі густини і низькі температури. На даний час стало зрозумілим, що сновним джерелом цих проблем є базисна система з короткосяжним відштовхуванням та модель пружних сфер, яка використовується для її опису.На противагу до термодинамічних властивостей, динамічні властивості плину пружних сфер, зокрема, поперечна колективна динаміка є значно менше дослідженими. Тому в дисертаційній роботі було проведено молекулярно-динамічне (MD) дослідження колективних збуджень у плині пружних сфер у широкому дапазоні густин.Окрім обмежень, які плин пружних сфер, будучи використовуваним як базисна система, накладає на термодинамічні властивоості досліджуваної системи, було також виявлено суттєві відмінності у колективній динаміці такого плину у порівнянні з плином м'яких сфер. Дуже специфічною особливістю твердосферних плинів є зростання співвідношення питомих теплоємностей зі збільшенням густини, що відображає посилення зв’язку між в’язкими та тепловими процесами, продукуючи сильніший вплив теплових флуктуацій на дисперсію поздовжніх колективних збуджень. Навпаки, прості рідини і, відповідно, базисна система з м’яким відштовхуванням мають відношення питомих теплоємностей, що зменшується зі збільшенням густини системи. Поряд з цим, для всіх досліджуваних густин ми отримали дисперсію поздовжніх колективних збуджень без типової для плинів з м'яким короткосяжним відштовхуванням «позитивної звукової дисперсії». Навпаки, спостерігалося негативне відхилення від лінійного гідродинамічного закону дисперсії, що можна пояснити сильним внеском теплових флуктуацій. У роботі запропоновано оригінальну функціональну форму парного потенціалу базисної системи з короткосяжним відштовхуванням типу Вікса-Чандлера-Андерсена (WCA), яке на умовах неперервності доповнено швидко загасаючим короткосяжним притяганням у вигляді суми двох експонент Юкави (Y). У якості критерію короткосяжності використано радіус першої координаційної сфери (FCS), значення якого оцінено і знайдено з положення першого мінімуму RDF плину Ленарда-Джонса (LJ) для випадку значень густини і температури у типовій рідкій фазі.Запропонована базисна систем з короткосяжним притяганням досліджена на предмет існування фазового переходу пара-рідина. Отримане значення 0.55 безрозмірної критичної температури базисної системи знаходиться нижче від безрозмірної трикритичної температури 0.661 плину LJ, що є важливою необхідною передумовою до базисної системи класу простих плинів в цілому. Показано, що RDF базисної системи з короткосяжним притяганням найкраще з усіх інших моделей базисної системи відтворює FCS плину LJ в широкому діапазоні термодинамічних станів, включно з діапазоном малих густин та низьких температур.Розраховано три перших віріальних коефіцієнти базисної системи з короткосяжним притяганням і показано їх якісну подібність до відповідних віріальних коефіцієнтів вихідного плину LJ.Порівняння отриманих результатів для фактора стисливості ілюструє, що включення до базисної системи всіх взаємодій в радіусі FCS, дозволяє отримати результат досить добре наближений до його значення для вихідного плину LJ. Виходячи з умови рівності температур Бойля, сформульовано критерій для співставлення системи твердих сфер з притяганням Юкави у відповідність до розробленої у дисертаційній роботі базисної системи з короткосяжним притяганням. Розглянуто можливість використання цього критерію з метою побудови аналітичного опису термодинамічних властивостей запропонованої базисної системи з короткосяжним притяганням, скориставшись вже існуючими в літературі аналітичними результатами в рамках середньосферичного наближення (MSA) для системи твердих сфер з притяганням Юкави.^UThe dissertation work is devoted to the development of a realistic reference system, which allows theoretical interpretation, including the possibility of analytical description, with the aim of using in the perturbation theory approach to build a microscopic molecular theory of simple, non-associative fluids in a wide range of thermodynamic parameters. The availability of such a theory for fluids is one of the main goals of applied molecular physics.Van der Waals (vdW) theory first declared that the equation of state of a simple substance contains two contributions - from the excluded volume and from the energy of attractive forces. To illustrate his theory, van der Waals used the simplest model of a molecule that satisfied the condition of the existence of an excluded volume - a hard sphere, and used the simplest equation of state for this model.Only about a century and a half later it became clear that the vdW theory has a rigorous statistical-mechanical justification as a first approximation of the thermodynamic perturbation theory. The reference system of hard spheres in the Zwanzig perturbation theory and the excluded volume term in the vdW equation of state were identified.Typical conditions where this occurs are low density and temperature, or conditions around the critical point vicinity. The main source of these problems is the reference system with short-range repulsion and the hard sphere model used to describe it analytically.In contrast to the thermodynamic properties, the dynamic properties of the hard-sphere fluids, the high-frequency transverse dynamics, are much less studied. Therefore, an MD study of the hard-sphere fluids in a wide range of densities was carried out.In addition to the limitations that the hard-sphere fluid, being used as a reference system, imposes on the thermodynamic properties of the studied system, significant differences in the collective dynamics of such a fluid in comparison with the fluid of soft spheres were also found. A very specific feature of hard-sphere fluids is the growth of the ratio of specific heat capacities with increasing density, which reflects the strengthening of the connection between viscous and thermal processes, producing a stronger influence of thermal fluctuations on the dispersion of longitudinal collective excitations. On the contrary, simple fluids and, accordingly, the reference system with soft repulsion have a ratio of specific heats that decreases with increasing system density. Along with this, for all values of the packing fraction, we obtained the dispersion of the longitudinal collective excitations without the "positive sound dispersion" typical of a liquid with soft short-range repulsion. On the contrary, a negative deviation from the linear hydrodynamic law of dispersion was observed, which can be explained by a strong contribution of thermal fluctuations.An original functional form of the pair potential of the reference system with WCA-like short-range repulsion is proposed, which, under continuity conditions, is supplemented by a rapidly decaying short-range attraction in the form of the sum of two Yukawa exponents. As a short-range criterion, the FCS radius was used, the value of which was estimated from the position of the first minimum of the radial distribution function (RDF) of the LJ fluid in a typical liquid phase.The reference system with short-range attraction was investigated for the existence of a vapor-liquid phase transition. The obtained value of 0.55 of the dimensionless critical temperature of the reference system is lower than the dimensionless tricritical temperature of 0.661 of the LJ fluid, which is an important prerequisite for the reference system of the class of simple flows in general. It is shown that the RDF of the reference system with short-range attraction better than all other models of the reference system reproduces the FCS of the LJ fluid in a wide range of thermodynamic states, including the range of low densities and low temperatures.The first three virial coefficients of the reference system with short-range attraction are calculated and their qualitative similarity to the corresponding virial coefficients of the LJ fluid is shown.A comparison of the obtained results for the compressibility factor, illustrates that the inclusion of interactions acting within the FCS into the reference system allows obtaining a result sufficiently close to its value for the initial LJ fluid.Based on Boyle temperature equality, a criterion is formulated for comparing the system of hard spheres with Yukawa attraction to the proposed reference system with short-range attraction. The possibility of using this criterion in order to derive an analytical description of the thermodynamic properties of the proposed reference system with short-range attraction was considered, using the results already available in the literature for the system of hard spheres with Yukava attraction.

Узагальнено базисний підхід у теорії фермі-систем на випадок відмінних від нуля температур та його застосування до розрахунку інтегральних і одночастинкових характеристик моделей вироджених фермі-систем в області низьких температур. Досліджено особливості n-частинкових кореляційних функцій ідеальної системи ферміонів за відмінних від нуля температур. Запропоновано один з можливих шляхів розрахунку одночастинкових характеристик у рамках базисного підходу. Визначено температурну залежність поправки на локальне поле моделі електронної рідини, залежність поправки на локальне поле вироджених фермі-систем від характеру потенціалу взаємодії між частинками. Проведено розрахунки інтегральних, одночастинкових і динамічних характеристик моделі виродженої електронної рідини у широкій області параметра неідеальності за відмінних від нуля температур. Висвітлено температурну залежність ефективних потенціалів взаємодії у рамках іонної моделі металу.

  Скачати повний текст

У дисертаційній роботі методами статистичної фізики та із застосуванням принципу подібності відповідних станів розглянуті в'язко-пружні та поляризаційні властивості систем зі сферичними та анізотропними молекулами в газовій та рідкій фазах. В рамках підходу, генетично пов'язаного з роботами Фішера, побудовано діелектричну проникність водяної пари, яка розглядається як суміш мономерів та димерів. З'ясовано, що теплові збудження коливань димерів, що супроводжуються флуктуаціями їх дипольних моментів, призводять до виникнення ефективної поляризовності димера води, яка на два порядки перевищує її електронну поляризовність, внески до теплоємності водяної пари теплових збуджень коливань димерів досягають (6-8)%. Встановлено, що аномально велике значення діелектричної проникністі рідкої води визначається суперпозицією внесків: електронної поляризовності мономерів, димерів, тетрамерів і таке інше, дипольними внесками від цих самих кластерів, а також їх ефективними поляризовностями. Доведено неадекватність застосувань активаційних теорій до визначення коефіцієнтів зсувної в'язкості та дифузії в рідинах. Кінетичні коефіцієнти мають суттєво колективний характер та є суперпозицією двох складових теплового руху молекул в рідинах: циркуляторного руху невеличких груп молекул, тобто руху на наномасштабах, та вихрового руху, що породжується гідродинамічними флуктуаціями на мезомасштабах. Встановлено, що зсувна в'язкість рідин визначається ефектами тертя між молекулярними шарами і запропоновано відповідну формулу для зсувної в'язкості, а внески колективного дрифту молекул у полі теплових гідродинамічних флуктуацій досягають (20-25)% від загального значення коефіцієнта самодифузії в рідинах. Сформульовано узагальнений принцип подібності до процесів в'язкості та самодифузії у всіх низькомолекулярних аргоноподібних рідинах, включаючи воду (для температур, вищих від Т_Н ). Показано, що внески до коефіцієнта самодифузії води у водних розчинах електролітів, які відповідають циркуляторному перемішуванню частинок і описується за допомогою формули Айнштайна, визначаються радіусами частинок, які по'вязані з виключним об'ємом у потрійній точці і не залежать від температури. Коефіцієнт самодифузії катіонів визначається ефективними радіусами, які відображають існування слабких ефектів гідратації у водних розчинах.^UIn the dissertation work, the visco-elastic and polarization properties of systems with spherical and anisotropic molecules in the gas and liquid phases are considered by methods of statistical physics and using the similarity principle of the corresponding states. Within the framework of the approach genetically related to the works of Fisher, the model of the dielectric constant of water vapor was constructed, which is considered as a mixture of monomers and dimers. It has been established that thermal excitations of dimer oscillations accompanied by fluctuations of their dipole moments lead to the effective polarizability of the water dimer, which is two orders of magnitude higher than its electronic polarizability and the thermal excitations of dimer oscillations reach 6-8% in the heat capacity of water vapor. It is established that the anomalously large value of the dielectric constant of liquid water is determined by the superposition of the contributions: the electronic polarizability of the monomers, dimers, tetramers, etc., the dipole contributions from these clusters, as well as their effective polarizabilities. The inadequacy of activation theories to the determination of shear viscosity and diffusion coefficients in liquids has been proved. Kinetic coefficients are essentially collective in nature and are a superposition of two components of the thermal motion of molecules in liquids: the circulatory motion of small groups of molecules, that is, the movements at nanoscale and the vortex motion generated by hydrodynamic fluctuations on mesoscale. It is established that the shear viscosity of liquids is determined by the effects of friction between molecular layers moving one relative to another and a corresponding formula for shear viscosity is proposed, and the contributions of the collective drift of molecules in the field of thermal hydrodynamic fluctuations reach (20-25)% of the total self-diffusion coefficient in liquids. A generalized principle of similarity is formulated with respect to viscosity and self-diffusion processes in all low-molecular-weight argon-like liquids, including water (for temperatures above Т_Н). It is shown that contributions to the self-diffusion coefficient of water in aqueous electrolyte solutions, which correspond to circulatory mixing of particles and are described using the Einstein formula, are determined by the radii of particles, which are associated with the excluded volume at the triple point and do not depend on temperature. The self-diffusion coefficient of cations is determined by the effective radii that reflect the existence of weak hydration effects in aqueous solutions.

Всебічно досліджено взаємозв'язки між спінорним полем Дірака та електромагнітним полем в термінах напруженостей: між відповідними розв'язками, симетріями, законами збереження, лагранжіанами, квантуванням, описами спектра атома водню. На цій основі одержано точний аналітичний розв'язок рівнянь Максвелла з класом струмів та зарядів градієнтного виду, знайдено нові бозонні симетрії рівняння Дірака та ферміонні симетрії рівнянь Максвелла з електричними та магнітними джерелами градієнтного виду. Доведено несподівані можливості мікропричинного бозе-квантування безмасового спінорного поля та мікропричинного фермі-квантування електромагнітно-скалярного поля, повністю описано клас законів збереження першого порядку (за похідними) для вільного електромагнітного поля. Отримано нові лагранжіани для електромагнітного поля в термінах напруженостей, запропоновано класично-електродинамічну модель релятивістського атома.

  Скачати повний текст

Теоретично та експериментально досліджено адсорбцію поверхнево-активних речовин на міжфазній межі (рідина - рідина та рідина - газ) за нерівноважних умов. Дослідження виконано методами об'єму краплі та максимального тиску в бульбашці. Розвинено математичну модель кінетики адсорбції на поверхні зростаючої краплі з урахуванням масопереносу в суміжну фазу. За методом об'єму краплі визначено величину адсорбції на свіжоутвореній поверхні краплі. Експериментально визначено залежність коефіцієнта розподілу октилфенілового ефіру поліетиленгліколей від довжини оксиетильного ланцюга та природи міжфазної межі. Наведено опис поведінки молекул поверхнево-активних речовин у нерівноважних адсорбційних шарах з урахуванням можливої переорієнтації молекул. Визначено ефективний час адсорбції для вивчених методів. Теоретично та практично обгрунтовано застосування режиму зупиненого потоку за методом максимального тиску в бульбашці.

  Скачати повний текст