3670

Выпуск № 8, 2015

В настоящее время наиболее пригодными для низкотемпературных АФП считаются парафины, представляющие собой смесь алифатических углеводородов ряда CnH2n+2 , также называемые предельными углеводородами. Может применяться другая органика, например, эффективным оказывается применение восков или других органических материалов с близкими свойствами.

Достоинства парафинов: Физические свойства

-большая теплота фазового перехода;

-отсутствие эффекта переохлаждения;

-низкий коэффициент вязкости;

-парафин в жидком состоянии – неполярная жидкость и поэтому не смешивается с полярными, такими как вода и спирт. Это важно при использовании их в качестве теплоносителей в при прямом контакте с ТАМ;

-низкая электропроводность, из-за которой их относят к хорошим электроизоляторам;

Химические свойства

-химически инертны по отношению к почти всем материалам;

-парафины долговечны и стабильны при циклическом изменении агрегатного состояния;

-парафины воспламеняемы, однако температура воспламенения у них намного выше 250о С;

-стабильность при нагреве примерно до 250о С;

-парафины не кипят, т.о. нет опасности возникновения высокого давления пара даже при высоких рабочих температурах

Экологически безопасные материалы

-экологически безвредные продукты, которые не оказывают неблагоприятного воздействия на поля, животных и микроорганизмы. Они классифицируются как нулевой уровень вреда воде и 100% регенерируемые;

-не токсичны и не вредны для здоровья;

-очищенные парафины используются в качестве материалов контактирующих с продуктами.

Перечисленные свойства парафина делают его идеальным материалом для различных приложений, связанных с низкотемпературной аккумуляцией теплоты. Однако,

упарафинов, как и у многих органических ТАМ, имеются недостатки.

К недостаткам парафинов относятся:

– низкий коэффициент теплопроводности (примерно 0,15 Вт/(м К)). Это приводит к усложнению и удорожанию парафиновых АФП;

- изменение плотности при фазовом переходе также играет отрицательную роль, поскольку приводит к необходимости компенсации изменения объема, например, обеспечению полостей в ТАЭ или др. способов;

- низкая теплопередающая способность приводит к усложнению конструкции, поскольку возникает необходимость предусмотреть меры по улучшению теплообмена между ТАМ и теплоносителем.

Способ работы аккумулятора теплоты на фазовом переходе, заключающийся в поочередном пропускании теплоотдающей и теплопоглощающей сред по трубкам, которые окружены веществом, претерпевающим фазовые переходы при его нагреве и охлаждении, причем теплоотдающую среду пропускают через все трубки теплообменника одновременно, отличающийся тем, что теплопоглощающую среду пропускают сначала поочередно через отдельные группы трубок, причем через одни и те же группы по несколько раз, а затем через все группы трубок одновременно [7].

На рис.4 приведен пример расположения групп трубок, например четырех, в поперечном сечении теплообменника.

231

Выпуск № 8, 2015

Рис.4. Схема расположения элементов установки с четырьмя группами теплообменивающихся поверхностей

Пример расположения групп трубок в поперечном сечении теплообменника показан на рис.5. Для четырех групп трубки расположены таким образом, что вокруг каждой из трубок одной группы расположены трубки трех других групп по вершинам правильного шестиугольника.

Рис.5. Расположения групп трубок в поперечном сечении

Выводы Тепловое аккумулирование на основе фазовых переходов различных материалов

относится к числу перспективных и наиболее интенсивно разрабатываемых в настоящее время способов аккумулирования тепловой энергии. Эффективность этого способа обусловлена тем, что для многих веществ значение энтальпии фазового перехода значительно выше теплосодержания за счет теплоемкости. Таким образом, разработка новых технических решений в области тепловых аккумуляторов на основе фазового перехода различных веществ является актуальной задачей, решение которой позволит снизить энергозатраты за счет использования альтернативных источников энергии, а также повысить эффективность работы имеющегося энергетического оборудования.

Библиографический список

1.Токарь, Б.З. Способ работы аккумулятора теплоты на фазовом переходе / Б.З. Токарь, А.А. Плотников, Э.В. Котенко// Энергосбережение. 2001.- №6. - С.65-70.

2.Петрикеева, Н.А. Пути снижения энергопотребления зданиями/ Н.А. Петрикеева, А.Н. Садовников, А.В. Никулин// Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2012. - № 1.- С. 13-17.

232

Выпуск № 8, 2015

3.Петрикеева, Н.А. Оптимизация систем теплоснабжения зданий с использованием возобновляемых источников энергии/ Н.А. Петрикеева, Л.В. Березкина // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2010. - № 2. - С. 128-132.

4.Сотникова, О.А. Расчет экономической эффективности применения конденсационных теплообменных устройств теплогенерирующих установок / О.А. Сотникова, Н.А. Петрикеева// Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. - 2008. - № 1. - С. 113.

5.Волкова, Ю.В. Технологические схемы очистки дымовых газов от оксидов серы/ Ю.В. Волкова, Н.А. Петрикеева// Инженерные системы и сооружения. – Воронеж: ВГАСУ, 2012. – № 2. - С. 10-13.

6.Петрикеева, Н.А. Экологический эффект при полном сгорании топлива в котельных установках/ Н.А. Петрикеева, С.Н. Кузнецов// Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2013. № 1 (29). - С. 108-113.

7.Петрикеева, Н.А. Экономически целесообразный уровень теплозащиты зданий при работе систем теплогазоснабжения и вентиляции / Н.А. Петрикеева, О.В. Тюленева, Н.Н. Кучеров// Инженерные системы и сооружения. – Воронеж: ВГАСУ, 2012. – Вып. № 1

(6). - С. 9-12.

233

Выпуск № 8, 2015

ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА, ЭКСПЕРТИЗЫ И УПРАВЛЕНИЯ

УДК 543.5+532

Калинина А. С., Кузива И. В.

ИНВАРИАНТНОЕ ОПИСАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ВОДНОГО РАСТВОРА АЦЕТОНИТРИЛА ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ И

ДЛИНЫ ВОЛНЫ

На основе алгоритма построения регрессионных моделей, описывающих симметрию гомогенных систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия выполнены расчеты оптической плотности бинарного водного раствора ацетонитрила, что позволяет изучать механизмы межмолекулярного взаимодействия, приводящие к отличию свойств гомогенных систем от определяемых аддитивными моделями и оптимизировать информационно-экспертные системы оценки свойств бинарных растворителей.

Ключевые слова: гомогенная система, термодинамическое равновесие, симметрия, инвариантное описание, бинарный растворитель, регрессионная модель, оптимизация, информационно-экспертная система.

Kalinina A. S., Kuziva I. V.

INVARIANT DESCRIPTION OF DEPENDENCE OF OPTICAL DENSITY OF ACENITRIL-WATER SOLUTION ON CONCENTRATION AND WAVELENGTH

Calculations of optical density of acetonitril-water solution were made on the base of the algorithm of obtaining the regression models, which describe the symmetry of the homogeneous equilibrium thermodynamic systems. These calculations can be used to study intermolecular interaction mechanisms, which cause the difference between the real characteristics of homogeneous systems and the characteristic, defined by an additive model. These calculations can be used for optimization of information-expert systems of binary solvent characteristic estimation.

Key words: homogeneous system, symmetry, thermodynamic equilibrium, invariant description, binary solvent, regression model, optimization, information-expert system.

Построение математических моделей зависимостей физико-химических характеристик сложных систем от концентрации компонентов и температуры преследует две цели. Во-первых, эти модели необходимы для инженерных расчетов при проектировании и оптимизации технологических процессов (дистилляции, ректификации, возгонки и др.). Во-вторых, они представляют и научный интерес, поскольку позволяют выявить механизмы межмолекулярного взаимодействия компонентов смеси.

Эксперименты свидетельствуют о том, что свойства гомогенной смеси, находящейся

_____________________________________________________________________________

© Калинина А. С., Кузива И. В.

234

Выпуск № 8, 2015

в состоянии термодинамического равновесия, определяются не только свойствами отдельных компонентов. Свой вклад вносят и межмолекулярные взаимодействия различных типов. Как нам уже известно, квантово-химические методы теоретического описания этих взаимодействий весьма сложны. Поэтому практические методы описания межфазного равновесия строятся на базе эмпирической информации. Такие аппроксимации могут быть построены двумя путями – во-первых, на основе нейросетевых технологий и, во-вторых, с помощью регрессионных моделей.

Одним из важнейших свойств растворов, определяющих возможность их применения в жидкостной хроматографии является оптическая плотность. Инвариантное описание зависимости оптической плотности водного раствора ацетонитрила может быть построено, например, при помощи построения нейросетевой модели системы. Нейросетевые алгоритмы обладают рядом важных преимуществ перед альтернативными методами, главное из которых состоит в том, что нейросетевая модель не требует определения класса функций, на котором строится описание. Такая модель полностью определяется архитектурой системы, наборами тренировочных примеров, методами обучения и значениями входных параметров. Погрешности нейросетевой модели, определяемые ее параметрами, могут быть в принципе сделаны сколь угодно малыми. Поэтому в нейросетевом подходе точность описания ограничивается полнотой и достоверностью экспериментальных данных. Генетические алгоритмы позволяют оптимизировать и минимизировать входные наборы, однако для их реализации требуются значительные объемы информации во всей области изменения исследуемых параметров. Нарушение данного условия приводит к необходимости далекой экстраполяции отображаемых зависимостей, которая математически приводит к значительным погрешностям. Накопленные к настоящему времени экспериментальные данные не удовлетворяют условию применимости нейросетевых методов, вследствие чего такие модели многокомпонентных растворов не получили распространения.

Альтернативным нейросетевому подходу является описание эмпирических данных с помощью регрессионных моделей, базис которых определяется свойствами исследуемой системы. В регрессионном подходе свойства базиса функций, на которых строится отображение эмпирического массива, в значительной мере определяют адекватность модели исследуемой системе. Наибольшее распространение при описании различных свойств многокомпонентных систем в настоящее время получил полиномиальный базис Редлиха – Кистера (Redlich-Kister expansion). Однако этот базис не учитывает свойств исследуемых систем, вследствие чего он не является оптимальным, для отображения поведения даже бинарных систем в этом базисе необходимо использовать до десяти параметров.

Оптимизировать базис регрессии позволяет учет особенностей физико-химических характеристик систем. Одним из фундаментальных свойств систем является их симметрия, точное количественное определение которой впервые дано в классической работе. Учет свойств симметрии (инверсионной, трансляционной, ротационной, хиральной и др.) отдельных молекул и перестановочной симметрии атомов в молекуле нашел широкое применение в химии при описании свойств чистых веществ. Многокомпонентные системы обладают дополнительной перестановочной симметрией. Эта симметрия определяет инвариантность регрессионных функций относительно одновременной перестановки характеристик компонентов и их концентраций. Плодотворность подхода, основанного на учете перестановочной симметрии, к описанию зависимости оптической плотности от концентрации и температуры физико-химических свойств гомогенных многокомпонетных систем продемонстрирована в работе.

Целью настоящей работы является использование алгоритма построения регрессионного базиса, инвариантного относительно преобразований симметрии, для описания зависимости оптической плотности водного раствора ацетонитрила от концентрации в широком диапазоне длины волны.

235

Выпуск № 8, 2015

Постановка задачи.

Данная работа посвящена применению этих методов к расчету зависимости ряда свойств бинарного водного раствора ацетонитрила от концентрации компонентов смеси.

концентрация.

В данной работе впервые выполнены расчеты оптической плотности бинарного раствора «ацетонитрил – вода», результаты которых приведены в таблицах и на рисунках

1 – 2.

Таблица 1

Зависимость неаддитивных поправок к оптической плотности гомогенного бинарного водного раствора ацетонитрила от объемной концентрации модификатора при различных длинах волны

236

237

Выводы Зависимость оптической плотности от концентрации принципиально различна в

диапазонах 195 – 235 нм и при 240 нм. В первом диапазоне наблюдается резкая

нелинейность при больших концентрациях модификатора, а во втором – нелинейность сравнима по порядку величины с флюктуациями оптической плотности. Этот характер поведения оптической плотности определяется наличием окна прозрачности ацетонитрила в указанном диапазоне длин волн.

Библиографический список.

1.Преображенский М.А., Рудаков О.Б. // Известия Академии наук. Серия химическая, 2014, № 3, С.610 – 620.

2.Преображенский М.А., Рудаков О.Б. // Журнал физической химии, 2015, том 89,

№1, с. 69–72.

3.Преображенский М.А., О.Б.Рудаков, Л.В.Рудакова, И.С.Суровцев Инвариантный подход к описанию экспериментальных изотерм показателя преломления бинарных жидких систем, ФАГРАН-2012, Воронеж, 15 – 19 октября 2012 г., Воронеж, 360 – 361.

4.Преображенский М.А., О.Б.Рудаков, А.Исаев, Е.А. Хорохордина Термодинамически инвариантные аппроксимации зависимости вязкости бинарных растворов от состава./там же стр. 364 – 365.

238

Выпуск № 8, 2015

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

УДК 504.75

Е.И. Головина, К.Е. Летникова, А.И. Бочарова

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АВТОТРАНСПОРТА НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ

Всовременном мире, потребности человека растут в геометрической прогрессии, что приводит к увеличению средств на их удовлетворение. Увеличивается количество машин, которые загрязняют окружающую среду по средствам выбросов в воздух. Автомобиль, поглощая кислород, вместе с тем интенсивно загрязняет воздушную среду токсичными компонентами.

Вданной работе рассмотрен сравнительный анализ загрязнения окружающей среды автотранспортом и оценка экологического риска для населения в г.Воронеж.

Ключевые слова: автотранспорт, загрязнение атмосферного воздуха, выбросы, болезнь, Воронежская область, вредное воздействие на здоровье человека.

E.I. Golovina, K.E. Letnikova , A.I. Bocharova

ASSESSING THE IMPACT OF VEHICLES ON AIR POLLUTION IN THE VORONEZH REGION

In the modern world , human needs are growing exponentially , resulting in an increase in funds to their satisfaction. The number of vehicles that pollute the environment by means of air emissions . Car absorbing oxygen, at the same time intensely pollute the air environment by toxic components .

In this paper the comparative analysis of environmental contamination by road and environmental risk assessment for the population in Voronezh .

Keywords: road transport, air pollution, emissions, illness, Voronezh region, adverse effects on human

health.

Современный Воронеж - индустриально-развитый город с почти миллионным населением. Территория города разделена на шесть муниципальных районов. В правобережной части города расположены Центральный, Ленинский, Коминтерновский и Советский районы, на левом берегу Воронежского водохранилища - Левобережный и Железнодорожный.

Крупные автомагистрали, пролегая через плотно заселенные микрорайоны, в большинстве случаев не только не соответствуют современным нормативам транспортной

_____________________________________________________________________________

© Головина Е.И., Летникова К.Е., Бочарова А.И.

239

Выпуск № 8, 2015

инфраструктуры в городах, но не в состоянии обеспечить достаточную пропускную способность, надежную защиту населения, проживающего вблизи автомагистралей, от выхлопных газов и шума. Положение в последние годы особенно обострилось в связи с огромным числом личного автотранспорта и маршрутных такси, буквально «наводнивших» город.

Причина высокого загрязнения атмосферы помимо загруженности автотранспортом магистралей города кроется в низком качестве дорожного покрытия, отсутствии надлежащего озеленения, приближенности зоны жилой застройки к проезжей части, т. е. невыполнении современных градостроительных нормативов.

Динамика выбросов автотранспорта в придорожной полосе в г. Воронеж.

Для оценки техногенного загрязнения воздушного бассейна вдоль улично-дорожной сети наиболее детальные исследования проведены в г.Воронеже.

Согласно проведенным исследования были произведены расчеты по суммарному выбросу загрязняющих веществ над дорожно-транспортной сетью г. Воронежа с уточнением расчета на каждой категории и по каждому району. Расчет проводились по программе «Расчет выбросов автотранспорта» (методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов, утвержденная приказом Госкомэкологии России №66 от 16.02.1999) [1]. Исходными данными для расчета послужили интенсивность автотранспорта на каждой категории улично-дорожной сети города Воронежа, средняя скорость потока, количество полос движения и длина каждой категории дороги по району. Согласно «Положению о присвоении категориям улиц и автомобильных дорог города Воронежа шифров и кодов», объеденных в группы по геометрическим параметрам дорог и возможности пропуска автотранспорта на единицу времени, устанавливается порядок категорирования улиц и дорог муниципального образования, присвоение кодов категорий в соответствии с их расположением и назначением с целью обеспечения безопасности дорожного движения, учета и систематизации улиц и дорог муниципального образования в виде уличнодорожной сети.

1 Б – ул.Остужева, Бульвар Победы;

2Б – Московский пр-т, ул.Кольцовская, пр-т Труда, ул.Кирова;

2В – ул. Никитинская, ул. Ломоносова, ул. Пушкинская;

2Г – 60-ой Армии, ул.Тимирязева;

3А – ул. Верещагина, ул.Володарского, ул. Цюрупы;

3 Б – ул. Текстильщиков, ул. П.Осипенко, ул. Серафимовича; 3 Г – ул. Переверткина, ул. 60 лет ВЛКСМ, ул. Фрунзе; 3 Д – переулки.

По приведенным параметрам и объединенным категориям нами были исследованы все категории улиц дорожно-транспортной сети города. На каждой категории было подсчитано количество проезжающего автотранспорта по нескольким улицам 7-10 шт., объединение которых, вследствие малых различий (не более 5%), позволило нам определить определяющую интенсивность для каждой категории улицы. Данная интенсивность автотранспорта, движущегося по улицам города, служит источником загрязнения, которая определяет формирование объемов выбросов по категориям дорожно-транспортной сети.

Согласно проведенным расчетам от автотранспорта, движущегося по дорожнотранспортной сети, в 2010 году выделилось 66269,42 т/г газообразных вредных веществ.

240