WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Асташина Мария Александровна МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПОТОКИ В СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТАХ С УЧЕТОМ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ Специальность 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009 2

Работа выполнена на кафедре низких температур Московского энергетического института (технического университета) Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Нестеров Сергей Борисович Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор Розанов Леонид Николаевич – кандидат технических наук Кряковкин Вячеслав Петрович Ведущая организация – Ракетно-космическая корпорация им. С.П.Королева

Защита состоится «04» декабря 2009 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.04 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 17., корп. Т, ауд. Т-206

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_» _ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.04, к.ф.-м.н. доцент В.И. Мика 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Многие области, в которых используется вакуум, такие как аэрокосмическая промышленность, большие и малые электрофизические установки, физика твердого тела, являются ответственными приложениями, предъявляющими все более жесткие требования к системам обеспечения и контроля вакуума. И, если задача обеспечения необходимого уровня вакуума решается с использованием все более совершенных разрабатываемых средств откачки, то задача контроля сводится не только к доработке и совершенствованию аппаратной базы, но и к разработке методик анализа молекулярных потоков, с учетом основных факторов, влияющих на их изменение. К таким факторам стоит отнести сложную многокомпонентную структуру установок, в которых необходимо контролировать молекулярные потоки, наличие распределенных источников и стоков газа, что формирует неравномерность концентрации, а также, присутствие в реальных условиях нестационарных и неравновесных процессов – изменение быстроты откачки в зависимости от давления, появление и исчезновение течей и нерегламентированных источников газовыделения.

Главной целью такой методики анализа молекулярных потоков является формирование исчерпывающей картины о характере распределения молекулярных потоков, распределении концентрации и их изменении в течение технологического процесса. Актуальность разработки такой методики обусловливает еще и то, что зачастую, в сложных системах аппаратные возможности контроля достаточно ограничены, а значение контроля уровня вакуума велико. Например, возникновение даже небольшой течи или паразитного газового потока в системе вакуумной изоляции сверхпроводящих катушек тороидального магнитного поля в термоядерном реакторе может привести к серьезным последствиям.

Столь же существенна роль контроля газовых потоков в ускорительнонакопительных комплексах и космической аппаратуре. При этом, как правило, конструктивные особенности таких систем не позволяют устанавливать в них необходимые аппаратные средства контроля в каждом ответственном участке, поэтому нужно определять распределение молекулярных потоков и концентрации с учетом ограниченности получаемых объективных данных. Главной целью такого подхода является индикация наличия газовых потоков или процессов, не предусмотренных технологическим регламентом, а значит, способных негативно повлиять на работу установки.

Цель работы. Разработка методики анализа молекулярных потоков в сложных объектах и системах с учетом газовыделения поверхностей, позволяющей с помощью ограниченного количества объективных данных формировать и отслеживать относительные распределения потоков и концентраций частиц в исследуемом объеме, и, по возможности, прогнозировать соблюдение технологических условий протекания процесса. Разработка и создание модельной экспериментальной установки для расчетно-экспериментального исследования значения уровня газовыделения различных материалов.

Для достижения данной цели необходимо решить ряд задач:

Сформулировать основные этапы и влияющие факторы, необходимые для создания методики анализа молекулярных потоков в сложных объектах и системах.

На основе обзора и сравнительного анализа существующих подходов, которые позволяют анализировать молекулярные потоки в сложных многокомпонентных вакуумных системах выявить наилучший подход для использования в методике анализа молекулярных потоков в сложных объектах и системах с учетом газовыделения поверхностей. Выработать рекомендации по его применению, и, при необходимости, доработать его для использования в рамках разрабатываемой методики.

Выполнить обзор методов и результатов исследования уровня газовыделения материалов в вакууме и разработать на его основе систему анализа и управления данными по газовыделению различных материалов в разных условиях («ПОТОК»).

Выполнить экспериментальные исследования влияния различных факторов на структуру и значение газовыделения. Выработать рекомендации по анализу результатов исследований и использованию системы «ПОТОК».

Разработать общий алгоритм методики анализа структуры молекулярных потоков с учетом ограниченных возможностей получения объективных данных.

На примере задачи исследования и анализа молекулярных потоков вблизи космического аппарата применить разработанную методику:

Выполнить обзор задач и методов исследования молекулярных потоков вблизи космического аппарата.

Осуществить моделирование молекулярных потоков вблизи космического аппарата с учетом различных факторов, оказывающих влияние на них.

Выработать необходимые рекомендации для изготовления регистрирующего устройства, с помощью которого будет осуществляться мониторинг молекулярных потоков вблизи космического аппарата.

Научная новизна. Разработана и создана модельная экспериментальная установка для расчетно-экспериментального исследования влияния различных факторов на структуру и значение уровня газовыделения различных материалов. Установка включает в себя современные безмасляные откачные средства, что позволяет более точно анализировать газовые потоки с поверхностей исследуемых объектов без учета влияния паров рабочих жидкостей.

Получены экспериментальные результаты по определению времени откачки вакуумной технологической системы в зависимости от способов присоединения высоковакуумных насосов, выявлен один из важнейших факторов, влияющих на правильность выбора откачного оборудования. С помощью данной установки в дальнейшем планируется проводить экспериментальные исследования уровня газовыделения различных материалов.

Впервые разработана информационно-аналитическая система для сбора, представления, анализа и управления данными по газовыделению различных материалов в широком диапазоне условий, включающая различные материалы (нержавеющая сталь, медь, алюминий, фторопласт, резина, стекло, витон) при давлениях (до 10-8 Па), температурах (от 25 до 450°С), продолжительности откачки (от 30 минут до 250 часов).

Впервые разработана методика анализа структуры молекулярных потоков в сложных объектах и системах с учетом газовыделения поверхностей, позволяющая с помощью ограниченного количества объективных данных формировать и отслеживать относительные распределения потоков и концентраций частиц в заданном объеме.

На основе разработанного алгоритма впервые создана программа для моделирования собственной внешней атмосферы космического аппарата с использованием метода пробной частицы, в базовые соотношения которого внесены изменения.

Практическая ценность. Разработанная модельная экспериментальная установка для расчетно-экспериментального исследования влияния различных факторов на структуру и значение уровня газовыделения различных материалов используется в ФГУП «Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского».

Разработанная в рамках работы система управления данными по вакуумным свойствам материалов «Поток» используется в ФГУП «Научноисследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского».

Алгоритм расчета сложных многокомпонентных систем используется при проектировании технологических установок в ОАО «Электроприбор», г. Тамбов.

Разработанная методика анализа молекулярных потоков в сложных объектах и системах может использоваться в задачах и приложениях, в которых необходимо контролировать состояние разреженной газовой среды, и при этом, имеются существенные ограничения использования средств такого контроля – мониторинг собственной газовой среды вблизи космического аппарата, поиск, прогнозирование и диагностика течей или нерегламентированных газовых потоков внутри сложных замкнутых вакуумных системах ускорительнонакопительных комплексов, установок термоядерной энергетики, многослойных системах вакуумной изоляции больших криогенных резервуаров.

Методика и результаты расчетов молекулярных потоков в сложных объектах и системах с учетом газовыделения поверхностей используются в РКК «Энергия» им. С.П. Королёва.

Автор защищает Комплексный алгоритм проектирования многокомпонентных вакуумных систем.

Результаты экспериментальных исследований зависимости газовыделения от времени откачки, а также времени откачки вакуумной технологической системы от способов присоединения высоковакуумных насосов.

Методику анализа молекулярных потоков в сложных объектах и системах с учетом газовыделения поверхностей, позволяющую с помощью ограниченного количества объективных данных формировать и отслеживать относительные распределения потоков и концентраций частиц в исследуемом объеме.

Результаты расчета молекулярных потоков вблизи источников разных типов в зависимости от расположения регистрирующего устройства.

Информационно-аналитическую систему для сбора, представления, анализа и управления данными по газовыделению различных материалов в широком диапазоне условий «ПОТОК».

Достоверность полученных результатов.

Достоверность результатов расчета подтверждается использованием в различных алгоритмах методик и подходов, достоверность которых многократно подтверждена ранее.

Достоверность экспериментальных исследований подтверждается анализом паспортных данных используемых приборов и методической погрешностью метода исследования.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на XIII, XV, XVI научно-технических конференциях «Вакуумная наука и техника» (Судак 2005 г. и Сочи 2007, 2008 г.г.), XII, XIV и XV Международных студенческих школах-семинарах «Новые информационные технологии» (Судак, 2005, 2007, 2008 г.г.), VII, VIV Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006, 2009 г.г.), XXXI Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2005 г.), 2-ой Курчатовской молодежной научной школе (Москва, 2004 г.), научно-технических семинарах «Вакуумная техника и технология» (Санкт-Петербург, 2004, 2008 г.г.), 2-ой, 3ей студенческих научно-технических конференциях «Вакуумная техника и технологии» (Казань, 2005, 2007 г.г.), научных сессиях «МИФИ» (Москва, 2006, 2007 г.г.), XIV международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России» (Москва, 2008 г.), итоговой конференции «Всероссийский конкурс на лучшие научные работы студентов по естественным, техническим наукам и инновационным научно-образовательным проектам» (Звенигород, 2004 г.), федеральной школе-конференции по результатам всероссийского конкурсного отбора инновационных проектов аспирантов и студентов по инновационному малому предпринимательству в приоритетных направлениях науки и высоких технологий (Звенигород, 2005), III международной научно-технической конференции «Вакуумная техника, материалы и технология» (Москва, 2008 г.), 4-ой международной научно-практической конференции «Криогенные технологии и оборудование. Перспективы развития» (Москва, 2008 г.).

Разработанная база данных, содержащая информацию по величинам газовыделения материалов, используемых в вакуумной технике, используется в ФГУП «Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского». База данных подтверждена свидетельством № 08-210 о регистрации объекта интеллектуальной собственности в системе сертификации и оценки объектов интеллектуальной собственности, зарегистрированной в государственном реестре Госстандарта России 19 июля 1995 г. № РОСС RU.0001.04Я300. Создана в 2006 г.

Часть работы выполнялась в рамках работы по заказу РКК «Энергия» им.

С.П. Королёва и ОАО «Электроприбор».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 печатных работ, в том числе 21 статья и материал в трудах конференции, 4 тезиса докладов, 4 статьи в журнале «Вакуумная техника и технология», включенном в перечень изданий ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения и имеет объем 156 стр., включая 55 рисунков, 17 таблиц и 2 приложения. Библиография включает 84 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы, определены цели и поставлены задачи. Показана научная новизна и практическая ценность работы. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»