Збірники наукових праць ЦНТУ
Permanent URI for this communityhttps://dspace.kntu.kr.ua/handle/123456789/1
Browse
14 results
Search Results
Item Термодинамічні закономірності структуроутворення високоміцного чавуну при модифікуванні та різних умовах кристалізації розплаву(ЦНТУ, 2024) Кропівний, В. М.; Босий, М. В.; Кузик, О. В.; Кропівна, А. В.; Молокост, Л. А.; Kropivnyi, V.; Bosyi, V.; Kuzyk, O.; Kropivna, A.; Molokost, L.У статті проведено результати аналізу термодинамічних закономірностей структуроутворення високоміцного чавуну при модифікуванні та різних умовах кристалізації розплаву. Запропоновано концепцію утворення зародків графіту у високоміцному чавуні. Визначено наступне: завдяки суттєвому перерозподілу всіх елементів, які розчиняються в розплаві чавуну при його модифікуванні стається очищення від сірки, фосфору та ін., а це дозволяє одержати структуру чавуну з кулястим графітом при застосуванні модифікаторів. Під час кристалізації чавуну з виділенням аустеніту відповідна пряма мікроліквація кремнію з коефіцієнтом розподілу буде меншою за одиницю, проте марганець буде більш рівномірно розподілятися у металі, а, відповідно, карбідостабілізуючі елементи ліквувати у рідку фазу. Наведено термодинамічний розрахунок теплових ефектів реакцій виділення графіту з розчиненого в залізі вуглецю, переходу кремнію та марганцю з рідкого стану в твердий в процесі утворення високоміцного чавуну. Визначено фізичну та приховану теплоту кристалізації високоміцного чавуну ентальпійним методом. The article presents the results of the analysis of thermodynamic regularities of structure formation of high-strength cast iron during modification and under different conditions of melt crystallization. The concept of the formation of graphite nuclei in high-strength cast iron is proposed. It has been established that during the modification of molten iron, as a result of a significant redistribution of all elements dissolved in it, impurities (sulfur, phosphorus, etc.) are removed, which makes it possible to obtain the structure of cast iron with nodular graphite with the use of modifiers. During the crystallization of cast iron with the release of austenite, direct microliquation of silicon with a distribution coefficient less than one is characteristic, manganese is more evenly distributed in the metal, and carbide stabilizing elements are treated in the liquid phase. A thermodynamic calculation of the thermal effects of the reactions of the release of graphite from carbon dissolved in iron, the transition of silicon and manganese from a liquid state to a solid state in the process of forming high-strength cast iron is presented. The physical and latent heat of crystallization of high-strength cast iron was determined by the enthalpy method.Item До питання структуроутворення високоміцного чавуну при використанні діаграм стану систем «Fe- Si», «Mg-Si» та «Fe-Si-Mg»(ЦНТУ, 2023) Кропівний, В. М.; Босий, М. В.; Кузик, О. В.; Кропівна, А. В.; Молокост, Л. А.; Kropivnyi, V.; Bosyi, M.; Kuzyk, О.; Kropivna, А.; Molokost, L.У статті наведено результати аналізу закономірностей структуроутворення високоміцного чавуну при використанні діаграм стану систем «Fe-Si», «Mg-Si» та «Fe-Si-Mg». Розглянуто концепцію утворення графіту у високоміцному чавуні. Наведено схему формування структури високоміцного чавуну. Встановлено, що при модифікуванні розплаву чавуну в результаті істотного перерозподілу всіх розчинених у ньому елементів відбувається очищення рафінування від домішок (сірка, фосфор та ін.), що дозволяє отримувати структуру чавуну з кулястим графітом із застосуванням модифікаторів. Приведені діаграми системи «Fe-Si», «Mg-Si» та системи «Fe-Si-Mg» для розробки складу високоміцного чавуну. Аналіз даних приведених діаграм стану, показав, що всі сполуки елементів в складі сфероїдизуючих лігатур є легкоплавкими (tпл < 1300 °С) по відношенню до температури розплаву чавуну. При кристалізації чавуну з виділенням аустеніту характерна пряма мікроліквація кремнію з коефіцієнтом розподілу менше одиниці, марганець більш рівномірно розподіляється в металі, а в рідку фазу ліквують карбідостабілізуючі елементи. The purpose of the work is to establish the patterns of structural formation of high-strength cast iron using the thermodynamic theory of phase transformations and to analyze state diagrams of the components of Fe-Si-Mg ligatures. The article presents the results of the analysis of patterns of structural formation of high-strength cast iron when using state diagrams of the "Fe-Si", "Mg-Si" and "Fe-Si-Mg" systems. The concept of graphite formation in high-strength cast iron is considered. The structure formation scheme of high-strength cast iron is presented. Disclosure of the mechanism of processes of formation of spherical and vermicular graphite opens wide opportunities for controlling the structure and properties of high-strength cast iron and contributes to the development of effective technological processes for obtaining cast products for various purposes. It has been established that during the modification of cast iron melt, as a result of a significant redistribution of all elements dissolved in it, purification of impurities (sulfur, phosphorus, etc.) takes place, which allows obtaining the structure of cast iron with nodular graphite with the use of modifiers. Diagrams of the "Fe-Si", "Mg-Si" and "Fe-Si-Mg" systems for the development of the composition of high-strength cast iron are given. After analyzing the data of the given state diagrams, it was concluded that in the composition of spheroidizing ligatures, all compounds of elements are low-melting (tpl < 1300 °С) in relation to the melting temperature of cast iron. During the crystallization of cast iron with the release of austenite, a direct microliquation of silicon with a distribution coefficient less than unity is characteristic, manganese is more evenly distributed in the metal, and carbide stabilizing elements are treated in the liquid phase. The regularities of structure formation of modified cast iron under different crystallization conditions have been established. The analysis of the study of the regularities of the process of the formation of spherical and vermicular graphite and the analysis of state diagrams of the "Fe-Si-Mg" liga-tur components were performed.Item Термодинамічна енергоефективність парокомпресійного теплового насоса на грунтових водах(ЦНТУ, 2022) Босий, М. В.; Кропівний, В. М.; Кузик, О. В.; Кропівна, А. В.; Молокост, Л. А.; Bosiy, M.; Kropivnyi, V.; Kuzyk, О.; Kropivna, А.; Molokost, L.В статті розглянуто термодинамічну енергоефективність парокомпресійного теплового насоса (ПКТН) при використанні природних джерел теплової енергії довкілля, зокрема грунтових вод. Представлені схема ПКТН «вода-вода» для системи теплопостачання, температурні рівні в загальній системі ПКТН «вода-вода» та наведено приклад роботи циклу ПКТН «вода-вода» в р-h діаграмі для пропана (R290). Приведено результати термодинамічного дослідження енергоефективності застосування ПКТН при використанні грунтових вод як джерела низькопотенційної теплової енергії. Розглянуто застосування чистих вуглеводнів як робочих речовин для ПКТН, а також метод оцінки енергоефективності за ексергетичним аналізом термодинамічних процесів перетворення енергії, що відбуваються в ПКТН, робочим тілом якого є холодильний агент R290. Енергетичну ефективність ПКТН оцінювали коефіцієнтом перетворення ТН COP, він за розрахунками дорівнює 4,5. Термодинамічну ефективність ПКТН в системах теплопостачання розглядали за допомогою ексергетичного ККД в залежності від середньотермодинамічних температур теплоносіїв в конденсаторі і випарнику, який характеризує досконалість перетворення енергії і становить 44 %. The thermodynamic energy efficiency of a steam compression heat pump (PKTN) using natural sources of environmental heat, in particular groundwater, is considered in the article. The scheme of PKTN "water-water" for the heat supply system, temperature levels in the general system of PKTN "water-water" are presented and the example of work of the PKTN "water-water" cycle in the p-h diagram for propane (R290) is given. The results of a thermodynamic study of the energy efficiency of the use of PKTN when using groundwater as a source of low-potential thermal energy are presented. The article considers the use of pure hydrocarbons as working substances for PKTN, as well as a method for assessing energy efficiency by exergy analysis of thermodynamic energy conversion processes occurring in PKTN, the working fluid of which is the refrigerant R290. The energy efficiency of PКTN was estimated by the conversion coefficient of TH COP, it is calculated to be 4.5. The thermodynamic efficiency of PKTN in heat supply systems was considered using exergy efficiency depending on the average thermodynamic temperatures of heat carriers in the condenser and evaporator, which characterizes the perfection of energy conversion and is 44%. A thermodynamic study of the effectiveness of PKTN "water-water" for the space heating system using groundwater as a source of low-potential thermal energy. Evaluation of energy efficiency of thermodynamic processes of energy conversion occurring in PKTN "water-water" whose working fluid is a refrigerant R290 (propane) is performed by the method of exergetic analysis. It is shown that the exergetic efficiency of PKTN "water-water" depending on the average thermodynamic temperatures of evaporation and condensation is 44%.Item Енергоефективність заправки автомобільного транспорту стиснутим природним газом при використанні газогідратного акумулятора(ЦНТУ, 2021) Клименко, В. В.; Босий, М. В.; Аулін, В. В.; Філімоніхіна, І. І.; Лисенко, С. В.; Гриньків, А. В.; Klymenko, V.; Bosiy, M.; Aulin, V.; Filimonikhina, I.; Lysenko, S.; Hrynkiv, A.В роботі запропоновано схемно-конструктивне рішення заправки стиснутим природним газом в АГНКС з газогідратним акумулятором (АГНКС-ГА) та описано прицип її дії на конкретному прикладі. Показано, що в АГНКС-ГА з 4-ма ступенями компримування і акумуляторами стиснутого газу АСГ газ з ГА до АСГ рухається в з’єднувальному трубопроводі при адіабатних умовах з докритичною швидкістю, тобто менше, ніж швидкість звуку, оскільки відношення тисків більше критичного. Для характеристики енергоефективності заправки автомобільного транспорту стиснутим природним газом в АГНКС-ГА запропоновано використовувати коефіцієнт корисної дії заправки (ККД). За результатами розрахунків показано, що енергоефективність заправки автомобільного транспорту стиснутим природним газом в АГНКС-ГА вище на 6%, ніж в традиційній АГНКС для тих же умов: відповідні значення коефіцієнтів корисної дії заправки = 0,47 і ηзапр= 0,41. Обгрунтовано можливість використання АГНКС-ГА для заправки пересувних автомобільних газових заправників (ПАГЗ) без застосування додаткового компресорного обладнання. The article briefly describes the processes carried out during the operation of the gas hydrate accumulator (GHA) at the automobile gas-filling compressor station (AGCS): formation of natural gas hydrates, their accumulation and storage, and melting with the release of natural gas at high-pressure р = 25MPa, sufficient for full refueling gas cylinders. The circuit-constructive solution of filling with compressed natural gas in AGCS-GHA is offered, and the principle of its work is described in a good example. It is shown that during AGCS-GHA operation with four compression stages and ACG compressed gas accumulators, the gas from GHA to ASG moves in the connecting pipeline at adiabatic conditions at subcritical speed, i.e., below the speed of sound, because the pressure ratio рASG / рGHA coefficient is more critical. Calculations performed for these conditions by thermodynamic equations of gas flow in the subcritical mode of motion, without losses, showed that the velocity in a pipe with a diameter of d = 15 mm has a value of w = 793 m / s. This will ensure a specific gas supply from GHA to ASG at the level of m = 0.178 kg / s. It is proposed to use the coefficient efficiency of refueling to characterize the energy efficiency of refueling vehicles with compressed natural gas in AGCS-GHA. According to the results of calculations, it is evident that the energy efficiency of refueling vehicles with compressed natural gas in AGCS-GHA is 6% higher than in traditional AGCS at the same conditions: the corresponding values of coefficient refueling efficiency = 0.47 and = 0.41. The article also illustrates that in the process of melting gas hydrates in GHA at a temperature of t = 26-28 0C, one can get compressed natural gas at a pressure of р = 30-35 MPa, which will use AGCS-GHA without additional compressor equipment for refueling mobile gas stations (PAGZ), in which the optimal values of the maximum pressure are in the range of 32-35 MPa.Item Ефективність циклу теплового насоса для теплопостачання(ЦНТУ, 2020) Босий, М. В.; Кузик, О. В.; Bosiy, M.; Kuzyk, O.; Босый, Н. В.; Кузык, А. В.В статті проведено аналіз ефективності застосування теплового насоса в системах теплопостачання при використанні різних джерел теплової енергії. Представлено результати дослідження ефективності застосування теплового насоса при використанні природних вод як джерела низькопотенційної теплової енергії. Виконано енергетичний і ексергетичний аналіз показників ефективності теплового насоса, робочим тілом якого є фреон R134a. Енергетичну ефективність циклу теплового насоса оцінювали коефіцієнтом перетворення теплового насоса. Термодинамічну ефективність теплового насоса в системах теплопостачання розглядали за допомогою ексергетичного ККД, який є одним із основних показників ефективності процесів і циклів теплового насоса. Наведено розрахунок ексергетичного коефіцієнта корисної дії для діапазону температури навколишнього середовища від +10 до -10 0 С. The aim of the article is to analyze the literature and scientific publications on the effectiveness of the heat pump in heat supply systems and to study the efficiency of using the steam compression cycle of a heat pump in a heat supply system. Тo conduct energy and exergy analysis of heat pump efficiency indicators, the working fluid of which is freon R134a, when using natural waters as a source of low-potential thermal energy. The article analyzes the literature sources and scientific publications on the effectiveness of the heat pump in heat supply systems. The results of research of efficiency of application of the heat pump in systems of heat supply at use of natural waters as a source of low-potential thermal energy are presented. Energy and exergy analysis of heat pump efficiency indicators, the working fluid of which is R134a freon, was performed. The energy efficiency of the heat pump cycle was determined by the conversion factor of the heat pump. The thermodynamic efficiency of the heat pump in heat supply systems was evaluated using exergetic efficiency, which is one of the main indicators of the efficiency of heat pump processes and cycles. The calculation of energy indicators of the heat pump, such as: specific heat load in the evaporator and condenser, as well as the conversion factor of the heat pump. The calculation of exergetic efficiency for ambient temperature from +10 to -10 ºC. Thus, the energy and exergy analysis of the efficiency of the heat pump, the working fluid of which is Freon R134a with a conversion factor = 4.8. This indicates that the heat pump is a reliable, highly efficient, environmentally friendly source of energy for use in heating systems. A heat pump heating system will always consume less primary energy than traditional heating systems if natural water is used as a low-temperature heat source for the heat pump. The efficiency of the steam compression cycle of the heat pump largely depends on the temperature of low-potential heat sources. The use of HV in heating systems reduces greenhouse gas emissions compared to conventional types of heat supply, which is relevant to the ecological state of the environment. В статье проведен анализ эффективности применения теплового насоса в системах теплоснабжения при использовании различных источников тепловой энергии. Представлены результаты исследования эффективности применения теплового насоса при использовании природных вод как источника низкопотенциальной тепловой энергии. Выполнен энергетический и эксергетический анализ показателей эффективности теплового насоса, рабочим телом которого является фреон R134a. Энергетическую эффективность цикла теплового насоса определяли коэффициентом преобразования теплового насоса. Термодинамическую эффективность теплового насоса в системах теплоснабжения оценивали с помощью эксергетического КПД, который является одним из основных показателей эффективности процессов и циклов теплового насоса. Приведен расчет эксергетического коэффициента полезного действия для диапазона температуры окружающей среды от +10 до -10 0 С.Item Specific Distribution of Thermal Effects of Graphite Forming Reactions in High-strength Cast Iron(ЦНТУ, 2020) Kropivnyi, V.; Bosyi, M.; Kuzyk, O.; Kropivna, A.; Кропівний, В. М.; Босий, М. В.; Кузик, О. В.; Кропівна, А. В.; Кропивный, В. Н.; Босый, Н. В.; Кузык, А. В.; Кропивная, А. В.The dependence of thermal effects of reactions in the formation of inclusions of vermicular and globular graphite is substantiated in the article. The calculation of thermal effects according to the heat of formation of reagents in cast iron and their dependence on the temperature factor is given. The distribution of temperatures and carbon content in the eutectic shell is shown, increasing the compact inclusion of graphite due to diffusing carbon from the melt through the austenitic shell. Питання механізму формування кулястого графіту все ще залишаються дискусійним та не дає досягнути загальноприйнятного теоретичного пояснення протікаючих явищ. Розкриття механізму процесів формування кулястого графіту сприятиме відкриттю широких можливостей управління структурою і властивостями високоміцного чавуну. Таким чином, метою даної роботи є уточнення ролі теплових ефектів реакцій в процесі кристалізації аустеніту і формуванні включень графітну у модифікованому високоміцному чавуні. Дослідження мікроструктури показало, що розміщенні включення кулястого графіту навіть безпосередньо біля внутрішньої поверхні кірки знаходяться в оточенні феритної оболонки. Включення вермикулярного графіту виходять на поверхню розділу торцями, які оточені феритом лише по бокам. Це свідчить, що торці включень компактного та вермикулярного графіту в окремі періоди процесу кристалізації мали контакт з розплавом. Таким чином, після формування зародка кулястого графіту відбувається повне оточення його аустенітною оболонкою, а при формуванні вермикулярного графіту лише часткове. Згідно з методикою розрахунку теплових ефектів реакцій за теплотою утворення реагентів в чавуні, кількість теплоти, яка виділяється при кристалізації аустенітної фази по межі поділу "розплав – аустеніт" становить 76,69 кДж на 1кг розплаву. Відповідно, кількість тепла, яке виділяється на межі "аустеніт - компактне графітне включення" складає 15,39 кДж на 1 кг розплаву. Тобто, оточуюча включення компактного графіту тверда аустенітна фаза буде мати суттєво вищу температуру ніж оточуючий її розплав. Особливі теплофізичні умови формування аустенітних оболонок приводить до підвищеного вмісту у них кремнію та пониженого марганцю, наслідком чого є формування феритних оболонок навколо включень компактного графіту. Обґрунтовано залежність теплових ефектів реакцій у формуванні включень вермикулярного та кулястого графіту. Наведено розрахунок теплових ефектів за теплотою утворення реагентів в чавуні та встановлено їх залежність від температурного фактору. Показано розподіл температур та вмісту вуглецю в евтектичній оболонці, ростучого компактного включення графіту за рахунок дифузії вуглецю з розплаву через аустенітну оболонку. В статье приведен расчет тепловых эффектов с теплотой образования реагентов в чугуне и установлено их зависимость от температурного фактора. Обоснована роль теплофизических процессов в формировании включений вермикулярного и шаровидного графита, с обеспечением их роста за счет диффузии углерода из расплава через аустенитную оболочку.Item Термодинамічні процеси при кристалізації і формуванні ліквації у виливках з високоміцного чавуну(ЦНТУ, 2019) Кропівний, В. М.; Босий, М. В.; Кузик, О. В.; Кропівна, А. В.; Кропивный, В. Н.; Босый, Н. В.; Кузык, А. В.; Кропивная, А. В.; Kropivnyy, V.; Bosii, M.; Kuzyk, O.; Kropivnaуa, O.В статті наведено розрахунок коефіцієнтів міжфазового розподілу кремнію та марганцю між аустенітом та рідкою фазою сплаву. Одержана залежність взаємозв’язку коефіцієнта розподілу третього елемента Xi зі зміною температури аустенітно-графітної евтектики для систем Fe-C-Xi (Xi =Mn, Si). Показано, що кремній концентрується в аустеніті та ліквує в центр дендриту. При цьому марганець концентрується в рідині та ліквує на периферію дендрита. Обґрунтовано роль зміни енергії Гіббса в перерозподілі кремнію та марганцю між рідиною і аустенітом. Виявлено, що елементом насичується та фаза, енергія Гіббса якої від домішки елемента зменшується сильніше. Зазначене призводить до зменшення енергії Гіббса всієї системи та визначає величину коефіцієнта розподілу кремнію та марганцю між фазами. В статье приведен расчет коэффициентов межфазного распределения кремния и марганца между аустенитом и жидкой фазой сплава. Полученна зависимость взаимосвязи коэффициента распределения третьего элемента Xi с изменением температуры аустенитно-графитной эвтектики для систем Fe-C-Xi (Xi = Mn, Si). Показано, что кремний концентрируется в аустените и ликвирует в центр дендритов. При этом марганец концентрируется в жидкости и ликвирует на периферию дендрита. Обоснована роль изменения энергии Гиббса в перераспределении кремния и марганца между жидкостью и аустенита. Выявлено, что элементом насыщается фаза, энергия Гиббса которой от примеси элемента уменьшается сильнее. Указанное приводит к уменьшению энергии Гиббса всей системы и определяет величину коэффициента распределения кремния и марганца между фазами. The purpose of this work is to clarify the role of Gibbs energy accounting in crystallization and formation of liquidation in modified high-strength cast iron. The article presents the calculation of the interfacial distribution coefficients of silicon and manganese between austenite and the liquid phase of the alloy. The obtained dependence of the relationship between the distribution coefficient of the third element Xi and the temperature change of the austenitic-graphite eutectic for the systems Fe-C-Xi (Xi = Mn, Si). It is shown that silicon concentrates in austenite and liquor in the center of dendrites. In this case, manganese is concentrated in liquid and liquor to the periphery of the dendrite. The role of Gibbs energy change in the redistribution of silicon and manganese between a liquid and austenite is substantiated. It is revealed that element saturate the phase, whose Gibbs energy decreases more strongly from the impurity of the element. This leads to a decrease in the Gibbs energy of the entire system and determines the magnitude of the distribution coefficient of silicon and manganese between the phases. The nature of the Gibbs energy change is found to determine the direction of the redistribution of silicon and manganese between liquid and austenite. Silicon or manganese is also saturated with a phase whose Gibbs energy decreases more strongly from one of these elements. It has been shown that silicon concentrates in austenite and eliminates in the center of the dendrite while manganese concentrates in the liquid and eliminates the periphery of the dendrite.Item Енергозберігаючі теплонасосні системи теплопостачання(КНТУ, 2013) Босий, М. В.В статті розглянуто застосування теплового насоса, як одного із найбільш перспективного, ефективного і енергозберігаючого способу для виробництва теплоти. Використання теплових насосів дозволяє зменшити витрати палива в системах теплопостачання і суттєво скоротити викиди газів в атмосферу.Item Тепловий насос з використанням низькопотенційного джерела теплоти повітря(КНТУ, 2014) Босий, М. В.Розглянуто оптимальні умови роботи теплового насоса в низькотемпературних системах опалення. Отримані значення температур повітря на виході з випарника теплового насоса, температури теплоносія у системі опалення та відповідні питомі витрати енергії на привід компресора теплового насоса та вентилятора в залежності від температур навколишнього середовища для розрахункової температури нагрітого теплоносія.Item Аналіз ефективності застосування теплового насоса в системі опалення на скидних водах(КНТУ, 2014) Босий, М. В.У статті розглянуто доцільність застосування теплового насоса (ТН), що працює на скидних водах в системі опалення. Визначено коефіцієнт ефективності теплового насоса.