Отдел моделирования и идентификации тепловых процессов

Руководитель отдела:
академик НАН Украины

Мацевитый Юрий Михайлович

E-mail: matsevity@ipmach.kharkov.ua   E-mail: kostikov@ipmach.kharkov.ua

Отдел моделирования и идентификации тепловых процессов

    Отдел создан в 1972 году. С момента создания отдела его возглавил Ю.М.Мацевитый, под руководством которого создана школа теплофизиков в области решения нелинейных прямых и обратных задач теплопроводности. В составе отдела существует лаборатория, в которой разработаны методы расчета термодинамики тепломассообменных процессов. В отделе работает 25 человек, из них 3 доктора и 11 кандидатов наук. Учеными отдела опубликовано 15 монографий и более 600 статей в научных журналах. Подготовлено 27 кандидатов и 10 докторов наук.

Основные научные направления

  • Нелинейная теплопроводность
  • Моделирование теплофизических процессов (прямые задачи)
  • Идентификация параметров тепловых систем (обратные задачи)
  • Диагностика тепловых объектов
  • Теплонасосные установки (процессы и конструкции)
  • Комплексная переработка высокозольного угля с получением Fe-Si-Al сплавов, редкоземельных элементов и водорода
  • Исследование тепловых процессов в объектах энергетики, радиоэлектроники и в технологических процессах

Направления фундаментальных исследований

  • Аналитическое моделирование, идентификация и регионально-аналитическое управление тепловыми процессами
  • Исследование тепловых процессов и совершенствование конструкций теплонасосных установок и других трансформаторов теплоты
  • Экспериментально-расчетные исследования тепловых процессов в теплообменных аппаратах
  • Численное моделирование и идентификация параметров тепловых процессов
  • Разработка технологии малозатратной модернизации и поузловой реконструкции оборудования мощных энергоблоков
    ТЭС, АЭС, ГЭС с целью повышения его эффективности и надежности
  • Разработка технологий диагностирования и продления ресурса энергетического оборудования ТЭС, АЭС, ГЭС
  • Разработка методологии решения геометрических обратных задач теплопроводности

Направления прикладных исследований

  • Разработка методов, алгоритмов и программного продукта для численно-аналитического моделирования
    нелинейных нестационарных тепловых процессов в элементах конструкций и зданий, подверженных воздействию пламени
  • Совершенствование конструкций ТНУ и других трансформаторов теплоты
  • Разработка методик и программного обеспечения для идентификации параметров тепловых систем
  • Разработка новых и совершенствование конструкций существующих конвекторов
  • Разработка методик малозатратной модернизации энергетического оборудования
  • Исследования в области комплексной переработки высоко-зольного угля, редкоземельных элементов и водорода

Фундаментальные исследования

Разработаны аналитические и численные методы решения нелинейных многомерных нестационарных прямых и обратных задач теплопроводности. В частности, на базе совместного применения структурного и вариационных методов к решению нелинейных задач теплопроводности для областей сложной формы разработаны методы и универсальные алгоритмы, позволяющие точно на аналитическом уровне учитывать геометрию исследуемого объекта. Получены приближенные аналитические решения нелинейных задач теплопроводности в виде функциональных рядов по определенным базисным функциям структурного и регионально-структурного методов. Это дает возможность расширить объемы анализа, переработки и хранения информации в базах данных, что приобретает особое значение в связи с разработкой новых информационных технологий.

Выработана методология решения обратных задач теплопроводности различных типов (граничных, внутренних, геометрических, комбинированных). Разработан ряд методов для решения обратных задач телпопроводности, в частности метод автоматизированного подбора, метод спектральных функций влияния, метод оптимальной динамической фильтрации. Разработаны регуляризирующие методы определения теплофизических свойств материалов путем решения обратной задачи теплопроводности. Разработаны методики оптимального теплового проектирования теплонагруженных объектов с учетом температурных ограничений.

Разработаны принципы математического моделирования тепловых процессов, сопровождающих шлифование твердых и сверхтвердых материалов.

Установлены физические закономерности конвективного теплообмена в замкнутых герметичных полостях. Получены критериальные регрессионные уравнения для расчета теплоотдачи и аэродинамического сопротивления в зависимости от геометрических и режимных параметров для решетчатой, спиральной и спирально-тороидальных теплообменных поверхностей с поперечным и продольным обдувом, образованных гибким оребренным нагревательным проводом.

Разработаны методы диагностирования тепломеханического состояния элементов энергетического оборудования с целью повышения эффективности и надежности его работы и продления ресурса. Разработаны технологии малозатратной модернизации паровых турбин.

Разработаны методы рационального проектирования специализированных теплонасосных установок, в том числе парокомпрессорной теплонасосной установки, реверсивного кондиционера-теплового насоса. Рассмотрена возможность применения углекислоты в качестве хладагента для ТНУ. Проведены исследования по разработке принципиально новых теплообменных аппаратов с вращающимся потоком теплоносителя. Сформулирован методологический подход к проектированию такого типа теплообменников.

Разработаны физико-химические основы тепло- и массообмена при фазовых и химических превращениях. Разработаны теоретические основы нетрадиционной энергетики. Созданы методы расчета циркуляционных и пленочных испарителей, методы расчета реакторов для получения водорода из воды с использованием сплавов и гидридов.

Прикладные исследования

Разработаны методики диагностики технического состояния энергетического оборудования по результатам косвенных измерений с целью определения его остаточного ресурса. Определены условия теплообмена в охлаждающих каналах турбомашин, на поверхностях корпусов и роторов паровых турбин, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Проведена оптимизация теплового режима корпуса паровой турбины.Разработаны методики диагностики технического состояния энергетического оборудования по результатам косвенных измерений с целью определения его остаточного ресурса. Определены условия теплообмена в охлаждающих каналах турбомашин, на поверхностях корпусов и роторов паровых турбин, в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Проведена оптимизация теплового режима корпуса паровой турбины.

Идентифицированы теплофизические свойства поликристаллических сверхтвердых материалов, металлогидридов, аморфных металлов, керамических материалов. Решена задача одновременной идентификации теплофизических характеристик и граничных условий теплообмена для охлаждаемого диспергированной жидкостью стрежня при индукционной наплавке твердых сплавов.

Проведены исследования, связанные с обеспечением тепловых режимов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Определены граничные условия на поверхностях элементов РЭА, термические контактные сопротивления между элементами РЭА. Проводилось оптимальное тепловое проектирование радиоэлектронных устройств, а также разработка металлокерамических нагревательных элементов, систем жидкостного микроканального охлаждения, контурных тепловых труб с капиллярной прокачкой двухфазного теплоносителя.

Проведена идентификация и оптимизация тепловых процессов некоторых объектах промышленного назначения при выполнении технологических процессов. В частности, получены мощности внутренних тепловых источников при индукционном нагреве металлов, индукционной наплавке твердых полупроводниковых пластин. Определены глубина прокаливания листового проката, геометрия кессонированных конструкций огнетехнических агрегатов, глубина разрушения подины печи взвешенной плавки. Оптимизированы: тепловые процессы при индукционной наплавке твердых сплавов, процесс активационного отжига полупроводниковых пластин, теплотехнический процесс грануляции шлаков.