ИММ КазНЦ РАН ИММ КазНЦ РАН
. .
Главная страница

Лаборатория моделирования технологических процессов

Федяев В.Л.

Заведующий лабораторией
Доктор технических наук
Федяев Владимир Леонидович

тел. (843)231-90-56

Сотрудники лаборатории

Лаборатория робототехники, в последующем лаборатория моделирования технологических процессов (МТП), была организована совместным распоряжением Президиума АН СССР и Минсельхозмаша в конце 1985 г.

Основное направление деятельности лаборатории – разработка математических моделей, методов и алгоритмов расчета процессов гидроаэромеханики и тепломассообмена, протекающих при реализации соответствующих технологий; исследование этих процессов, установление закономерностей, отыскание оптимальных конструктивных параметров и режимов работы установок; представление предложений по их совершенствованию.

Обработка материалов концентрированными источниками энергии

Развита теория теплогидроаэродинамических процессов, протекающих при плавке металла в электродуговых печах; сварке деталей дугой, вращающейся в магнитном поле; сварке неподвижным плавящим электродом; сварке и наплавке изделий методом погружения в расплав; упрочнении рабочих поверхностей изделий методом переплава (отбеливание). Полученные результаты представлялись на Международных конференциях в Москве, Свердловске, Челябинске, Перми, Seoul (Korea), Nashvill (USA) и др.; опубликованы в журналах "Сталь", Инженерно-физическом журнале, "Прикладная физика" и др. Разработанные модели и технические предложения реализованы в ОАО «Абаканвагонмаш», на Челябинском тракторном заводе, в ОАО «КамАЗ», «ЕлАЗ», «Нижнекамскнефтехим».

Теплообменные аппараты

Разработаны математические модели и методы расчета характеристик процессов, протекающих в паровых и продуктовых конденсаторах, закалочно-испарительных аппаратах, элементах теплообменных устройств АЭС. Проведены расчеты, выполнен анализ работы данных аппаратов, установлены причины отказов, предложены научно-обоснованные технические решения по повышению их надежности, продлению ресурса, интенсификации теплообмена, часть из которых реализована в ОАО «Нижнекамскнефтехим».

Формование изделий из полимерных материалов
течение в формующем канале Развита теория экструзии неньютоновских сред, установлен ряд закономерностей гидродинамических и тепловых процессов в фильерах и формующих каналах головок экструдеров. Исследовано установившееся ползущее неизотермическое течение вязкоупругой жидкости со свободной поверхностью, реализующееся при входе полимерной жидкости в формующий канал и выходе из него. Движение полимерной жидкости описывается уравнениями сохранения массы, импульса и энергии, дополненными определяющим реологическим уравнением состояния среды Гиезекуса. Проанализированы картина распределения скорости жидкости в выходящей струе, поле давления, напряжений и температуры при увеличении степени нагрева стенки формующего канала. Приведены результаты зависимости степени разбухания полимерной жидкости от геометрии насадки, параметров реологической модели, температурных факторов.

Результаты работы докладывались на международных конференциях в Казани, Нижнем Новгороде, Ярославле, Ростове-на-Дону, Erlanger (Germany), Guimaraes (Portugal), Seoul (Korea) и др. городах; опубликованы в Инженерно-физическом журнале, Journal of Computational Physics, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics и др. Предоставленные рекомендации по совершенствованию режимов работы экструдеров реализованы в ОАО «Нижнекамскшина».

Система оборотного водоснабжения промышленных предприятий

Развита теория процессов тепломассообмена, протекающих в испарительных градирнях при охлаждении оборотной воды; получены соотношения для расчета температурного перепада охлаждаемой воды в зависимости от технологических, конструктивных и климатических параметров. В результате проведения лабораторных, натурных и вычислительных экспериментов оптимизированы конструкция оросителей и систем водораспределения градирен; предложены способы интенсификации процессов тепломассообмена.
Экспериментально-измерительный комплекс Линии тока воздуха Поле вертикальных скоростей Макет лабораторной установки
Экспериментально-
измерительный
комплекс
Линии тока воздуха Поле вертикальных
скоростей
Макет лабораторной
установки
Представлена не имеющая аналогов в градиростроении концепция модульных миниградирен, основным преимуществом которых является:

  • способность охлаждать воду без затрат электроэнергии большую часть времени эксплуатации;
  • высокая адаптируемость к меняющимся технологическим и климатическим условиям;
  • простота конструкции, доступность комплектующих, удобство и низкая стоимость изготовления, транспортировки и монтажа.

    Разработана высокоэффективная система очистки оборотной воды от механических примесей, состоящая из магистральных, боковых (патронных) фильтров и специальных устройств, обеспечивающих на фильтрах необходимый гидравлический напор.
    Схема магистрального фильтра Линии тока Схема патронного фильтра Поле скоростей
    Схема
    магистрального
    фильтра
    Линии тока Схема
    патронного
    фильтра
    Поле
    скоростей

    В конструкциях фильтров предусмотрены механизмы самоочистки фильтровальных перегородок, сведены до минимума потери напора.

    Узел позволяет комплексно решать проблемы защиты теплообменного и другого технологического оборудования; характеризуется высокой производительностью, низкими потерями напора, надежностью в эксплуатации и удобствами в обслуживании.

    Технические решения по совершенствованию конструкций градирен, устройству системы очистки оборотной воды реализованы в ОАО «Нижнекамскнефтехим», «Казаньоргсинтез», на Нижнекамской, Набережночелнинской, Петрозаводской, Самарской, Тобольской, Челябинской ТЭЦ, на ряде других предприятий РФ и ближнего зарубежья.

    Часть данных технических решений защищена 2 патентами РФ и 1 свидетельством на полезную модель.

    Модуль скорости частиц примеси Распределение частиц в потоке Применительно к процессам, протекающим при работе теплотехнического оборудования, с помощью метода конечных элементов рассчитаны характеристики неизотермических ламинарных и турбулентных течений однородных, а также двухфазных сред. Установлены представляющие большой научный и практический интерес закономерности влияния формы поверхности обтекаемых тел, концентрации механических примесей в виде твердых частиц, пузырьков газа на структуру потока за обтекаемым телом; гидродинамическое сопротивление, подъемную силу, действующие на тело; интенсивность конвективного теплообмена на поверхности тела.
    Нанесение функциональных полимерных покрытий

  • Разработана универсальная модульная установка нанесения полимерных порошковых покрытий, в том числе, в полевых условиях;
  • разработаны математические модели аэротеплодинамических процессов, протекающих при напылении полимерных порошковых материалов, формировании функциональных покрытий;
  • произведена оценка эксплуатационных показателей покрытий, определены рациональные технологические режимы.

    Выполнено математическое описание основных технологических стадий нанесения полимерного клеящего состава на поверхность армирующей углеродной ткани.

    Синтактные углеродные пены

    Выполнено математическое моделирование тепловых процессов, протекающих при получении синтактных углеродных пен заливкой полых микросфер расплавом полимера. Выполнено математическое описание теплофизических и электродинамических свойств синтактных углеродных пен.

    Образцы углеродных пен
    Образцы углеродных пен, полученные разными способами (Samoylov V.M., Danilov E.A., Galimov E.R., Fedyaev V.L., Galimova N.Ya., Orlov M.A. Production of thermally conductive carbon foams and their application in automobile transport // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017. 240. № 1)

    Коллапс сферической газовой полости в жидкости

    Поля давления Выполнено математическое моделирование коллапса сферической газовой полости в жидкости с учетом вязкости, сжимаемости жидкости и турбулентности. Исследовано распространение волн сжатия и разрежения.
    На рисунке представлены поля давления при схлопывании газовой полости в жидкости в разные моменты времени.

    Разработки, готовые к практическому применению

    Основные публикации, охранные документы

    По результатам, полученным в лаборатории, опубликовано 4 монографии, 6 учебных пособий; защищено 4 докторские диссертации: Мазо А.Б. (1998 г.), Федяев В.Л. (2001 г.), Осипов П.П. (2005 г.), Снигерев Б.А. (2011 г.).

    Перспективные направления исследований:

  • моделирование неизотермических многофазных течений, изучение особенностей поведения примесей вблизи поверхности тел применительно к техническим устройствам, критическим технологиям, объектам живой природы;
  • математическое моделирование влияния на интенсивность тепломассообмена и коагуляцию мелких капель акустических возмущений в движущихся паровоздушнокапельных средах при наличии в них твердотельных структур;
  • моделирование неизотермических течений неньютоновских неоднородных сред в областях сложной формы при формовании изделий из композитных материалов;
  • оценка механических, теплофизических, электродинамических свойств сред со сложной структурой.

  • ??????.???????