Дисертації (АЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Інтенсифікація процесів теплообміну в двофазних термосифонах при використанні нарізних зон нагріву(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Ліпніцький, Леонід Володимирович; Лебедь, Наталія ЛеонідівнаЛіпніцький Леонід Володимирович. Інтенсифікація процесів теплообміну в двофазних термосифонах при використанні нарізних зон нагріву. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичне машинобудування». - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", МОН України, Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена вивченню процесів гідродинаміки та теплової ефективності двофазних термосифонів з нарізним випарником, а також вивченню впливу геометричних параметрів нарізі у зоні нагріву на характеристики термосифону. У вступі визначено мету і завдання дослідження відповідно до предмету та об’єкту, обґрунтовано вибір теми дослідження. Обрано метод дослідження, а саме експериментальний метод. Показано наукову новизну отриманих результатів та надано інформацію щодо особистого внеску здобувача. Також надано інформацію про апробацію результатів роботи. Описано структуру та обсяг дисертаційної роботи. Крім того, вказано зв’язок роботи з науковими програмами та грантами, в рамках яких було виконано дану роботу. Одним з ключових компонентів енергетичної галузі та промисловості, особливо в енергетичному машинобудуванні є теплообмінні апарати. Ці пристрої забезпечують передачу енергії між робочими середовищами та є основним засобом у роботі різноманітного обладнання. Одним з типів такого обладнання є теплообмінні апарати з термосифонами або тепловими трубами. Такі технології дозволяють забезпечувати ефективну передачу тепла за рахунок фазових переходів робочого середовища та трансформації теплових потоків, що дозволяє використовувати їх у широкому діапазоні теплового навантаження та температур. У першому розділі представлено загальні відомості про теплообмінне обладнання та їх основні функції, проведено пошук та аналіз основних конструкцій. Також представлено літературний огляд по теплообмінним апаратам на основі термосифонів та теплових труб, що базуються на випарноконденсаційному циклі роботи. Проаналізовано конструкції таких апаратів, їх особливості та характеристики. Крім класичного використання у теплообмінних апаратах термосифони знайшли своє застосування і у альтернативній енергетиці. Проаналізовано ефективність роботи теплообмінного обладнання для реалізації теплового потенціалу верхніх шарів ґрунту на основі термосифонів у комбінації роботи з тепловими насосами. Виходячи з цього, показана необхідність визначення оптимальних характеристик двофазних систем для теплообмінного обладнання. Для проектування високо ефективного енергетичного обладнання необхідно підвищувати ефективність роботи кожної його складової. Визначено основні параметри, що впливають на ефективність роботи термосифонів, результатам дослідження яких присвячено значна кількість робіт, аналіз яких представлено у даній роботі. За результатами аналізу було визначено, що перспективним напрямком підвищення інтенсивності теплообміну в зонах двофазних термосифонів є використання внутрішньої гвинтової нарізі. Такий метод є відносно простим і технологічним, при цьому показав свою ефективність. Представлено опис експериментального стенду для дослідження теплових характеристик термосифонів. Розроблено і показано загальні засоби проведення експерименту та методика його проведення та обробки отриманих даних. Визначено похибку проведення експериментального дослідження. На основі отриманих експериментальних даних проведено аналіз впливу кута нахилу двофазних термосифонів з нарізним випарником, визначено оптимальний коефіцієнт заповнення, а також визначено оптимальний крок гвинтової нарізі у діапазоні кроку від 0,1мм до 0,5мм. Другий розділ присвячено гідродинаміці потоку у двофазних системах. Глибоко розглянуто вплив форми поверхні на гідродинаміку двофазного термосифону. Розглянуто та описано специфічний для умов функціонування термосифонів режим роботи, що має назву гейзер-ефект. Проведено і описано експеримент, по візуалізації процесів у двофазному термосифоні при різних кутах нахилу до горизонту. Визначено що у циліндричному термосифоні при малих кутах нахилу рідина не приймає чіткого горизонтального положення, таким чином показано, що навіть при малих кутах нахилу зона нагріву не осушується повністю за рахунок утримуючих менісків рідини, які утворюються силами поверхневого натягу. Проведено ряд досліджень і визначено основні стадії функціонування двофазного термосифону при різних кутах нахилу. Крім того, проведено дослідження по візуалізації гідродинамічних процесів на нарізі, на прикладі плоского термосифону. У третьому розділі представлено загальні відомості про пограничні шари: гідродинамічний та тепловий. Розглянуто формування пограничного шару при вимушеній і вільній конвекції. Висунуто гіпотезу про формування теплового пограничного шару в умовах функціонування двофазних термосифонів: при обмеженні стінкою знизу, а також при постійному підведенні теплового потоку. Описано експериментальний стенд, що дозволяє непрямими вимірами, не втручаючись у формування пограничного шару, дослідити його формування. Такий метод засновується на оптичних ефектах заломлення та огинання світла, і називається тіньовий метод. За результатами дослідження було виявлено особливу форму пограничного шару при його формуванні. Крім того, було визначено певні стадії формування в умовах значно наближених до функціонування двофазних систем. Після аналізу було визначено основну зону перегріву робочої рідини, що дозволило більш глибоко пояснити початкові етапи функціонування термосифонів на стартових режимах роботи. На основі отриманих результатів також проведено і описано експериментальні дослідження з частковим нанесенням інтенсифікатору у зоні нагріву двофазного термосифону. Таким чином було визначено оптимальне співвідношення висоти інтенсифікатора до загальної висоти зони нагріву. Матеріали дисертаційної роботи поглиблюють розуміння процесів пароутворення що відбуваються в умовах наближених до функціонування двофазних теплопередаючих систем. Матеріали та результати дисертаційної роботи можуть бути використані при проектуванні ефективних теплообмінників на основі двофазних теплопередаючих систем для енергетичних, промислових та альтернативних енергетичних систем. Результати впроваджено у навчальний процес на кафедрі атомної енергетики Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Робота пов`язана з виконанням досліджень в рамках проекту Національного фонду досліджень України № 2020.02/0357 «Розвиток теплофізичних та конструктивно-технологічних основ підвищення ефективності охолодження приймально-передавальних модулів радіолокаційних станцій». 2020-2022 (з призупиненням у 2022 р. та продовженням у 2023 через форсмажорні обставини). Частина отриманих даних входила до складу науково-дослідницької теми, що проводилась на кафедрі атомної енергетики Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", а саме «Дослідження теплофізичних характеристик тонких плоских теплових труб для модернізації існуючих та створення перспективних радіолокаційних станцій», номер держ. реєстрації №0123U101837.Документ Відкритий доступ Розробка методології та процедури аналізу критеріїв успіху в імовірнісному аналізі ядерної захищеності(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Горбачик, Сергій Олегович; Кондратюк, Вадим АнатолійовичГорбачик С.О. Розробка методології та процедури аналізу критеріїв успіху в імовірнісному аналізі ядерної захищеності. Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 143 – Атомна енергетика. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2025. У вступі наведено обґрунтування актуальності роботи, визначено мету, об’єкт, предмет та методи дослідження. Вказано наукову новизну отриманих результатів та надано інформацію про особистий внесок здобувача, цінність та практичне значення роботи. Також зазначено інформацію про апробацію результатів та список публікацій по темі наукової роботи, описано структуру роботи. Атомна енергетика за останнє десятиліття переживає не найкращі часи. Якщо одні країни мають намір перейти від атомної енергетики до відновлювальної, то інші, навпаки, нарощують потенціал використання мирного атома. В ситуації, яка складається в Україні, внаслідок військової агресії та яка призвела до експлуатації атомних електростанцій (АЕС) в екстремальних умовах, необхідно дотримуватись політики нарощування потужностей в атомній галузі. Проте, всі ми пам’ятаємо уроки історії, трагічні наслідки після Чорнобильської катастрофи, аварії на АЕС Фукусіма, що викликали необхідність переглянути підхід до безпеки ядерних установок з огляду на їх експлуатацію. З подіями, що відбулися на Запорізькій АЕС, виникла необхідність переглянути підхід і до фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання. Дисертація присвячена розвитку такого напрямку сфери безпеки, як фізичний захист ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів,інших джерел іонізуючого випромінювання. З плином часу, всебічно прогресує розвиток технологій, що в певній мірі негативно впливає на стан фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання, так-як з’являються нові можливості обмежити працездатність системи фізичного захисту (СФЗ). У зв’язку з новими викликами, що з’явилися, розгляду мають підлягати не тільки модернізація та модифікація систем фізичного захисту, а й підходи, інструменти аналізу, вивчення та дослідження механізмів її оцінки. В роботі розроблено нові методи визначення критеріїв успіху функцій безпеки системи фізичного захисту та процедури їх виконання аналізу для фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання, як складової частини перспективного інструменту для імовірнісного аналізу фізичного захисту. У першому розділі проведено оглядовий аналіз літератури та законодавства в напрямку фізичного захисту ядерних установок. Важливим питанням, що підлягає розгляду в даному розділі, є аналіз діючої нормативно-правової бази з захищеності ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання та законодавства з фізичного захисту ядерних установок, що діє в Україні, з врахуванням рекомендацій та інструкцій від МАГАТЕ та інших організацій, що працюють у сфері фізичного захисту ядерних установок, з порівнянням їхніх основних відмінностей та особливостей. В даному аспекті, не менш критичною є проблема термінології та її визначення в різних законодавчих документах, інструкціях, рекомендаціях, зокрема важливим є питання перекладу з іноземних мов на державну, так як цей процес практично не регламентується нормативними документами. Відповідно, виникає необхідність привести у відповідність чинну нормативно-правову базу фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання з врахуванням світового досвіду та відповідних особливостей ядерної захищеності.У другому розділі визначено основні особливості фізичного імовірнісного аналізу (ФІА) та встановлено не характерні для традиційного імовірнісного аналізу безпеки (ІАБ) АЕС аспекти, які присутні в ФІА, тобто проведено аналіз проблем залучення традиційного ІАБ АЕС для ФІА. Для прикладу, з’являються такі складові, які не враховуються у традиційному ІАБ АЕС: поява внутрішніх та зовнішніх правопорушників, які можуть діяти окремо чи у змові; диверсія; особливості функцій безпеки (ФБ) СФЗ; характеристика та особливості роботи СФЗ; врахування фізичних бар’єрів захисту; особливості підходу до формування СФЗ, вибору її інженерно-технічних засобів (ІТЗ), їх конфігурація, та багато чого іншого. В процесі дослідження відповідних особливостей фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання, розроблено рекомендації щодо адаптації та врахування їх у ФІА. Важливою відмінністю між ФІА та традиційним ІАБ АЕС є підхід до попередньої підготовки інформації для проведення аналізу безпеки, зокрема потрібно отримати в повному обсязі всі необхідні дані для виконання якісної характеристики СФЗ, що пов’язано з обмеженим доступом до чутливої інформації. В цілому, збір необхідної інформації подібний до алгоритму дій зі збору інформації для проведення оцінки вразливості. Проте, у зв’язку зі специфічними особливостями залучення традиційного ІАБ АЕС для фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання, алгоритм дій зі збору інформації для проведення оцінки вразливості ядерних установок та ядерних матеріалів, може бути частково використаний при побудові подібного механізму для ФІА. На основі виконання другого розділу, частково сформульовано цілі, задачі та проблеми, що розглядаються у дисертації. Як висновок, алгоритм проведення ФІА та традиційного ІАБ АЕС є подібними, але мають певні відмінності у виконанні, через специфічні особливості, що пов’язані з фізичним захистом ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання.На основі дослідження алгоритмів проведення ФІА та традиційного ІАБ АЕС визначено відмінності у підходах, процедурах та методах до розробки імовірнісної моделі з наведенням характеристики етапів залучення апробованого інструменту для імовірнісного аналізу фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання. Наведена характеристика є стислою та узагальненою, так-як процес залучення традиційного ІАБ АЕС для фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання вимагає залучення значних ресурсів та необхідно врахувати обмеження з доступом до закритої інформації. Однією з важливих складових імовірнісного аналізу, як традиційного ІАБ АЕС, так і ФІА є аналіз критеріїв успіху (КУ) для виконання функцій безпеки відповідними системами, устаткуванням, обладнанням та діями персоналу. Для ФІА такий аналіз проводиться безпосередньо, як для СФЗ, так і для її складових систем, устаткування, обладнання та дій персоналу від яких залежить працездатність СФЗ. Тому основна увага в дисертаційній роботі приділяється розробці процедури виконання та методології визначення критеріїв успіху функцій безпеки СФЗ як складової частини перспективного інструменту для імовірнісного аналізу фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання. У третьому розділі розроблено власну процедуру виконання та методологію визначення критеріїв успіху функцій безпеки системи фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання. З використанням аналітичного підходу, визначено, що основні функції безпеки системи фізичного захисту відповідають функціям СФЗ, які запобігають виникненню та реалізації ядерних загроз. Основними функціями безпеки для системи фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання, які вважаються узагальненими є: попередження; виявлення; затримка; реагування; переривання. Оскільки СФЗ є сукупністю організаційно-правових та інженерно-технічних заходів та засобів, які перешкоджають злочинним діям по відношенню до ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання та беручи до уваги, що її працездатність визначається виконанням ФБ, то вона в ієрархічному порядку ділиться на ряд систем, устаткування, обладнання та інших складових елементів, які відіграють важливу роль у функціонуванні СФЗ, тому і для них визначаються власні ФБ. Таким чином, в даному розділі наведено власну методологію та алгоритм її виконання для визначення критеріїв успіху функцій безпеки СФЗ, досліджено можливі цілі, які потенційний правопорушник може обрати для своїх задумів, визначено основні та додаткові функції безпеки СФЗ та критерії успіху для них. Відповідно визначені, як основні (первинні) критерії успіху функцій безпеки СФЗ, так і вторинні КУ ФБ СФЗ, що визначаються в кожному конкретному випадку конфігурації СФЗ та в кожному випадку сценарію дій правопорушника з врахуванням конкретних умов, що накладаються. На основі виконання третього розділу, в повній мірі сформовано цілі, задачі та проблеми, що висвітлюються в дисертації. У четвертому розділі розглянуто підхід до оцінки критеріїв успіху функцій безпеки СФЗ, а саме процедуру визначення критеріїв прийнятності ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання та підхід до формування критеріїв прийнятності (КП) для критеріїв успіху функцій безпеки СФЗ. Для того, щоб підтвердити виконання критеріїв успіху функцій безпеки СФЗ, необхідно у відповідність до визначених КУ встановити КП, порушення меж яких свідчитиме про невиконання КУ та відповідно ФБ СФЗ, зокрема систем, устаткування, обладнання та інших її складових. На основі аналізу цих даних визначається працездатність системи фізичного захисту.При дослідженні критеріїв прийнятності для функцій безпеки СФЗ розглянуто підхід до визначення КП для ФБ СФЗ, визначено вимоги, принципи, основні процедурні кроки до встановлення та формування КП. Як результат, сформовано критерії прийнятності для основних критеріїв успіху функцій безпеки СФЗ, що визначені в попередньому розділі. Важливим моментом є те, що такий підхід дозволяє не тільки виявити вразливі місця в системі фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання, а й визначити надлишковий запас безпеки, що в подальшому дозволить оптимізувати СФЗ, розробивши план дій для реалізації організаційно-технічних заходів, які направлені на скорочення витрат в напрямку використання матеріальних, часових, технічних та людських ресурсів, за умови збереження відповідно встановленого рівня фізичного захисту ядерних установок, ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, інших джерел іонізуючого випромінювання.Документ Відкритий доступ Розробка методів кваліфікації модернізацій стратегії експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергетичних установок(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Остаповець, Андрій Олександрович; Коньшин, Валерій ІвановичОстаповець А.О. Розробка методів кваліфікації модернізацій стратегії експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергетичних установок. Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 143 «Атомна енергетика». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена модернізації проєктних стратегій експлуатації, випробувань, технічного обслуговування і ремонту систем, важливих для безпеки ядерних енергоустановок (СВБ ЯЕУ), які визначаються такими положеннями : - технологічними регламентами безпечної експлуатації ЯЕУ з ВВЕР стратегії планових випробувань (ПВ), технічного обслуговування і ремонту (ТОіР) СВБ встановлені апріорі без достатніх обґрунтувань і не враховують багаторічний досвід експлуатації ЯЕУ з ВВЕР; - перспективними для підвищення ефективності експлуатації атомної енергетики України можуть бути стратегії експлуатації ядерних реакторів на підвищеній тривалості паливної кампаній (ПТПК) за рахунок підвищення номінальної потужності (ПНП) та модернізації термічних опорів ТВЕЛ, особливу актуальність стратегії ПНП та ПТПК мають у сучасних екстремальних умовах воєнного часу, що характеризуються значним зниженням рівня потужності генерації електроенергії. Відповідно до ядерного законодавства України, а також передового міжнародного досвіду модернізація стратегій експлуатації, ПВ та ТОіР СВБ ЯЕУ повинна бути заснована на достатніх обгрунтуваннях (кваліфікації) розрахунковими або експериментальними методами, що і визначає актуальність, мету та завдання роботи.Метою роботи є розробка методів кваліфікації модернізацій стратегій експлуатації, ПВ та ТОіР СВБ ЯЕУ з ВВЕР для підвищення безпеки та ефективності експлуатації атомної енергетики України. Основні завдання роботи: аналіз проєктних і перспективних стратегій експлуатації ЯЕУ, а також нормативної та методичної бази модернізації стратегій експлуатації, ПВ та ТОіР СВБ ЯЕУ з ВВЕР; розробити альтернативний детерміністичний метод кваліфікації стратегії експлуатації реакторів на підвищеній тривалості паливних кампаній (ПТПК) за рахунок підвищення номінальної потужності (ПНП) та модернізації термічних опорів ТВЕЛ; адаптувати ризик-орієнтований підхід оптимізації стратегій ПВ та ТОіР у режимах ПНМ та/або ПТПК; аналіз результатів оптимізації періодичності ПВ СВБ у режимах ПНМ та/або ПТПК. У вступі обґрунтовано актуальність розробки підходів та вказаних спряжених моделей, надана загальна характеристика роботи, сформульована її мета, основні задачі, об’єкт та предмет досліджень, визначена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, представлено інформацію про особистий внесок здобувача та апробацію роботи, її структуру та обсяг. У першому розділі проведено аналіз проєктних та перспективних стратегій експлуатації ЯЄУ, а також методичної і нормативної бази модернізації стратегії експлуатації, ПВ і ТОіР СВБ ЯЕУ з ВВЕР. На основі проведеного аналізу встановлено: необхідність удосконалення методичної бази кваліфікації модернізації стратегій експлуатації, ПВ і ТОіР СВБ ЯЕУ; необхідність приведення у відповідність Правил і норм безпеки (ПНАЕ) до екстремальних умов експлуатації в умовах воєнного часу. Зокрема, встановлені в мирний час імовірнісні показники (критерії) ядерної безпеки (сумарна частота пошкодження активної зони — ЧПАЗ) не враховують реальні зовнішні екстремальні події воєнного часу. Наприклад, імовірність виникнення аварії з повним знеструмленням енергоблоків АЕС (аналог аварії на АЕС Фукусіма) раніше оцінювалася порядку не більше одного разу за мільйон років; а в екстремальних умовах воєнного часу лише за три роки сталося кілька десятків аварійних зупинокчерез пошкодження/руйнування критичної енергетичної інфраструктури та відповідне знеструмлення енергоблоків. ПНАЕ, приведені у відповідність до екстремальних умов воєнного часу, мають передбачати можливість розробки та впровадження непроєктних стратегій експлуатації ЯЕУ, спрямованих на підвищення ефективності безпечної експлуатації атомної енергетики України. У другому розділі проведено аналіз відомих підходів розрахункової кваліфікації стратегій експлуатації ЯЕУ з ВВЕР в режимах ПНП та/або ПТПК. На основі проведеного аналізу встановлено: • Гранично допустима номінальна потужність реакторів повинна визначатися умовами виникнення термоакустичної нестабільності теплоносія в активній зоні. • Кваліфікація модернізацій стратегій підвищеної тривалості термінів паливних кампаній та номінальної потужності реакторів традиційними методами аналізу безпеки детерміністичними кодами (ДК) є недостатньо обґрунтованою. • Актуальною є розробка альтернативних методів кваліфікації стратегії ПНП, які дозволяють оптимізувати визначальні параметри модернізації стратегії та не залежать від впливу на результати кваліфікації ефектів «різниці ДК та/або користувачів ДК». Вперше розроблено детерміністичний метод кваліфікації стратегії експлуатації ЯЕУ на ПНП і ПТПК, заснований на критеріях термодинамічної подібності проєктних і модернізованих робочих та аварійних режимів. Розроблений метод встановлює оптимізацію визначальних параметрів (нейтронно-фізичних і/або теплофізичних властивостей ЯП і/або конструкційнотехнічних параметрів елементів активної зони) модернізованої стратегії експлуатації реакторів на гранично допустимій номінальній потужності за умови дотримання необхідних умов ядерної безпеки. У третьому розділі адаптовано ризик-орієнтований метод оптимізації періодичності планових експлуатаційних випробувань (ЕВ) СВБ ЯЕУ у робочих режимах реактора до умов стратегії ПТПК та ПНП із урахуванням збільшення тривалості робочих режимів реактора (збільшення тривалості «паливних кампаній»). Критерій оптимізації — імовірність максимальної готовності виконання необхідних функцій безпеки. Параметри оптимізації: • імовірність накопичення «прихованих» відмов/критичних дефектів у міжвипробувальні періоди часу робочих режимів реактора («режим очікування»); • імовірність передчасного зношення/деградації/зменшення залишкового ресурсу обладнання СВБ унаслідок надмірно частих ЕВ. У четвертому розділі на основі адаптованого до умов стратегії ПНП і ПТПК ризик-орієнтованого методу проведено кваліфікацію стратегії оптимізації періодичності ЕВ наступних систем безпеки (СБ): системи аварійного охолодження активної зони реактора насосами високого та низького тиску, системи підживлення та борного регулювання теплоносія, системи аварійного підживлення парогенераторів, тощо - у робочих режимах реактора на ПНП і ПТПК. У результаті кваліфікації встановлено, що оптимальна періодичність ЕВ СБ у робочих режимах ПНП для півторарічної «паливної кампанії» у 3–4 рази більша за проєктну.Документ Відкритий доступ Удосконалення заходів фізичної ядерної безпеки об'єктів атомної енергетики шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Самсоненко, Альона Вікторовна; Письменний, Євген МиколайовичСамсоненко А.В. Удосконалення заходів фізичної ядерної безпеки об'єктів атомної енергетики шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки. -Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація подана на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 143 – Атомна енергетика - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена підвищенню рівня фізичної ядерної безпеки шляхом застосування принципів, процедур та методик, які використовується у ймовірнісному аналізі безпеки (далі – ЙАБ) до фізичної ядерної безпеки (далі - ФЯБ) ядерної установки. У вступі наведено обґрунтування вибору теми дослідження, а саме посилення фізичної ядерної безпеки шляхом застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки. Визначено мету дослідження: адаптація методик і процедур розробки елементів традиційного імовірнісного аналізу безпеки АЕС до оцінки рівня фізичної ядерної безпеки радіоактивних матеріалів і пов’язаних з ними ядерних установок. Окреслено об’єкт дослідження: оцінка рівня фізичної ядерної безпеки радіоактивних матеріалів і пов’язаних з ними ядерних установок. А також предмет дослідження: методики і процедури ідентифікації і групування вихідних подій аварій традиційного ЙАБ АЕС до імовірнісного аналізу ФЯБ. Перший розділ містить аналіз літературних джерел, в яких напрями досліджень близькі до теми дисертації. Розглянуто міжнародні підходи до формування такого поняття як правопорушник, принципи поділу на внутрішнього правопорушника та зовнішнього правопорушника. Проаналізовані характеристики загроз з боку потенційних зовнішніх і внутрішніх правопорушників. Розглянуто приклади реалізації загроз в різних державах, які були реалізовані правопорушниками з використанням різних підходів та методівна ядерних установках та для ядерних матеріалів, радіоактивних відходів, джерел іонізуючого випромінювання. Розглянуто підходи, які використовуються при проведенні ймовірнісного аналізу безпеки. Проведено порівняльний аналіз різних методик, які використовуються в імовірнісному аналізі безпеки та у фізичній ядерній безпеці. Завдання дослідження: 1. Проаналізувати можливість застосування методології ймовірнісного аналізу безпеки АЕС 1-го рівня для внутрішніх вихідних аварій до фізичної ядерної безпеки ядерної установки. 2. Виділення елементів ЙАБ АЕС, методи і процедура виконання яких потребує адаптації або розробку нових методів та процедур виконання ймовірнісного аналізу ФЯБ ядерних установок. 3. Розробка методу і процедури елементу ймовірнісного аналізу ФЯБ ядерної установки – «Ідентифікація і групування вихідних подій загроз»: - формування розширеного переліку вихідних подій загроз; - категоризація вихідних подій загроз; - групування вихідних подій загроз. 4. Розробка нових термінів і визначень для елементу ймовірнісного аналізу ФЯБ ядерної установки – «Ідентифікація і групування вихідних подій загроз». 5. Апробація методики і процедури «Ідентифікації і групування вихідних подій загроз» на прикладі одного з сценаріїв дій правопорушника вихідної події загрози. 6. Аналіз результатів дослідження для розробки рекомендацій з підвищення ефективності ФЯБ ядерних установок. У другому розділі розглянуто підходи МАГАТЕ до оцінки загроз. Досліджено необхідність внесення додаткових пропозицій щодо аналізу інформації, яка використовується для оцінки загроз. Описано процес організації роботи з розроблення проєктної загрози з урахуванням кращих практик світової спільноти. Розглянуто процес розроблення, прийняття, затвердження та введення в дію об’єктової проєктної загрози. Встановлена схожість між методиками, які використовують ЙАБ та ФЯБ, розроблено порівнянні схеми та таблиці. Виконано дослідження необхідності введення додаткових коефіцієнтів і припущень для застосування методик традиційного ЙАБ для ймовірнісній оцінки ФЯБ. В результаті аналізу була встановлена можливість використання загального підходу методології ЙАБ для ФЯБ шляхом використання практики з визначення вихідних подій аварій, виділивши за аналогією нове поняття «вихідні події загроз». Запропоновано ввести нові терміни – «вихідна подія загрози» - це будь яка неправомірна дія, яка потребує виконання відповідних функцій системою фізичного захисту об’єкта, на якому здійснюється поводження з радіоактивним матеріалом і становить небезпеку для ядерної установки, ядерним або іншим радіоактивним матеріалам. За результатними огляду різноманітності загроз, які виникали в Україні та світі виконано класифікацію вихідних подій загрози для ймовірнісній оцінки ФЯБ. Запропоновано відповідно до традиційного ЙАБ ввести поняття «внутрішньої вихідної події» як «загрозу, пов’язану з людським фактором від осіб, які мають санкціонований допуск на об’єкт (внутрішній правопорушник)» та «зовнішньої вихідної події загрози» як «загрозу, пов’язану з людським фактором від осіб, які не мають санкціонованого допуску на об’єкт» з боку зовнішнього правопорушника. Проаналізовано всі відкриті джерела інформації щодо можливих подій у фізичній ядерній безпеці, в результаті було виділено 208 вихідних подій загрози. Визначено загальні процедурні кроки з ідентифікації ВПЗ: - ідентифікація вихідних подій загрози (далі ВПЗ) – використавши різні джерела інформації для формування розширеного переліку ВПЗ. - додаткове врахування видів правопорушень, протидіяти яким направлена СФЗ ядерної установки – диверсія, крадіжка радіоактивного матеріалу, приклади реалізації яких описані у розділі 1. - складання остаточного переліку ВПЗ. Відкинути вихідні події загроз, реалізація яких є малоймовірною.- категоризація ВПЗ. Для категоризації ВПЗ запроповано наступні фактори: - наміри потенційного правопорушника; - характер радіоактивної речовини; - потенційні наслідки. Виділено наступні категорій ВПЗ: Категорія 1: Диверсія або погроза вчинення диверсії на реакторній установки АЕС; Категорія 2: Диверсія або погроза вчинення диверсії з радіоактивними матеріалами; Категорія 3: Переключення ядерних матеріалів; Категорія 4: Переключення радіоактивних відходів або джерел іонізуючого випромінювання. Категорія 5: Спеціальні випадки (наприклад, захоплення АЕС під час військових дій, кібернетичні загрози). Проаналізовано методи оцінки вихідних подій загрози шляхом порівняння якісних та кількісних методів оцінки, встановлення їх переваг та недоліків. Встановлено, що для оцінки частоти виникнення вихідних подій загрози найкраще застосувати поєднання якісного і кількісного методів шляхом об’єднання переваг двох способів дослідження, а також, в окремих випадках застосовувати методи оцінки частот вихідних подій аварій традиційного ЙАБ. На основі подібності функцій безпеки і критеріїв успіху та з урахуванням типів правопорушників було запропоновано при групуванні ВПЗ виділити ще 2 класи – внутрішні ВПЗ та зовнішні ВПЗ. Було розглянуто ВПЗ на окремих прикладах, з аналізом їх впливу на систему фізичного захисту. Досліджено вплив ВПЗ на функції системи фізичного захисту, які у випадку реалізації вихідної події загрози будуть вимагати від СФЗ відповідного реагування для переривання та нейтралізації правопорушника. Додатково, з метою, виявлення найбільш уразливих подій, запропоновано систематизація ВПЗ, що вимагають виконання функцій СФЗ в цілому за матрицею ризиків реалізації події. У третьому розділі для практичної апробації проведено аналіз зовнішньої вихідної події загрози «Група осіб (2 і більше) - мають наміри здійснити диверсію на ЯУ». Було розроблено сценарій дій правопорушників та проаналізовано його за допомогою комп’ютерного моделювання. Для цього було використано 3 програми комп’ютерного моделювання – програми, які вже багато років використовуються для оцінки систем фізичного захисту у фізичній ядерній безпеці «EASI» та «SAVI» та програма, яка використовується для аналізу надійності систем, оцінки ризиків аварій та розробки стратегій мінімізації наслідків «Програми системного аналізу для практичних інтегрованих оцінок надійності» SAPHIRE. Отримано наступні результати. Модель EASI, аналізує тільки один конкретний маршрут. Через це обмеження модель EASI на відміну від інших моделей і програм, подібних до програми SAVI, не може дати відомості про всі можливі маршрути з вказівкою найбільш уразливих. З іншого боку, модель SAVI не працює зі зміною характеристик технічних даних, тоді як модель EASI це дозволяє. Модель SAVI може використовуватися для визначення набору критичних маршрутів, а інструменти, подібні до моделі EASI могли б використовуватися для розгляду характеристик критичного маршруту більш докладно. Так як ефективність СФЗ в SAVI вимірюється P(n) на найбільш критичному маршруті, то доцільно провести його аналіз і вдосконалення. Для більш докладного аналізу критичного маршруту, внесення змін у СФЗ з метою покращення значення її ефективності, доцільно використати програму EASI. SAPHIRE дає можливість побудувати дерева подій та дерева відмов для всіх можливих сценаріїв дій правопорушників, характеристики яких зазначені у ВПЗ, до їх цілей, тобто можна отримати в одному розрахунку аналіз декількох сценаріїв для однієї ВПЗ, врахувавши частоту вихідної події загрози. Змінюючи частоти ВПЗ можемо аналізувати наскільки маємо удосконалити СФЗ для протидії кожнії новії ВПЗ. Саме цього не може врахувати ні EASI , ні SAVI. Але недоліком SAPHIRE є складністьврахування часових проміжків дії правопорушників, груп реагування та СФЗ. За допомогою програм SAVI та SAPHIRE отримано рекомендації щодо підвищення ефективності СФЗ гіпотетичного об’єкту «Сіверська АЕС» для конкретного сценарію дій правопорушника. Таким чином здійснивши аналіз СФЗ об’єкту для різних ВПЗ можна отримати загальний перелік рекомендацій, впровадження яких дозволить суттєво підвищити рівень захищеності об’єкта. Наукова новизна. У дисертаційному досліджені описаний вперше синтез наявної методології імовірнісного аналізу безпеки АЕС і оцінки фізичної ядерної безпеки, щодо оцінки загроз для радіоактивних матеріалів та пов’язаних з ними установками. Наукова новизна полягає у наступному: - вперше застосовані підходи ймовірнісного аналізу безпеки до фізичної ядерної безпеки; - вперше використано поняття вихідна подія загрози, зовнішня вихідна подія загрози, внутрішня вихідна подія загрози; - вперше застосовано підхід до ідентифікації вихідних подій загрози; - вперше виконано процедуру групування вихідних подій загрози радіоактивним матеріалам та пов’язаними з ними установками; - вперше проведено аналіз сценарію дій правопорушника з застосуванням програмного коду SAPHIRE. Практична цінність. Запровадження розроблених методик і процедури ідентифікації і групування вихідних подій загрози у фізичній ядерній безпеці дозволить потенційно розробити повноцінну методологію ймовірнісного аналізу фізичної ядерної безпеки, що сприятиме посиленню стійкості та протидії ФЯБ як зовнішнім, так і внутрішнім правопорушникам.Документ Відкритий доступ Зниження викидів оксидів азоту в промислових котлах шляхом ступеневого спалювання(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Логвинюк, Максим Олександрович; Новаківський, Євген ВалерійовичЛогвинюк М.О. Зниження викидів оксидів азоту в промислових котлах шляхом ступеневого спалювання. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичне машинобудування». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2025. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної проблеми зниження викидів оксидів азоту в промислових котлах методом ступеневого спалювання палива при використанні двох чисельних методик моделювання роботи топки котла. У вступі обґрунтовано актуальність розробки спеціальних процедур, подано загальну характеристику роботи, сформульована її мета, основні задачі, об’єкт та предмет досліджень, наведена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, представлено інформацію про особистий внесок здобувача та апробацію роботи, її структуру та обсяг. У першому розділі автором проведено літературний огляд за темою дисертації. В розділі відображається сучасний стан енергетичних та промислових котлоагрегатів України та світу, та проблеми із зменшенням утворенням оксидів азоту. Проаналізовано вирішення проблеми зниження утворення оксидів азоту на іноземних котлоагрегатах при експлуатації котлів на різному виді палива та різної потужності. Проаналізовано різні методи зниження оксидів азоту, наведено можливості та обмеження застосування методики ступеневого спалювання палива при реконструкції промислових котлів енергетичного сектору України для забезпечення Європейських нормативних значень. На основі розробки першого розділу дисертації було поставлено мету та завдання дослідження. У другому розділі представлено дві чисельні методики розрахунку топкової камери котла та утворення оксидів азоту для вирішення поставленої задачі. Перша методика представляє собою систему емпіричних рівнянь позонного теплового розрахунку топкової камери, з розширеною функцією розрахунку утворення оксидів азоту по висоті топки. Друга методика представляє собою систему диференційних рівнянь, що описують процеси горіння природного газу, променевого теплообміну та утворення оксидів азоту в об’ємі топкової камери. Також наведена методика регресійного аналізу, що використовується для обробки результатів чисельних експериментів. У третьому розділі проведено апробацію методик, що наведено в другому розділі. Проведено чисельне моделювання процесів горіння палива та утворення оксидів азоту в топковій камері котла ГМ-50-14/250 за методикою системи емпіричних рівнянь з використанням MS Excel. Аналогічні розрахунки були проведені за системою диференціальних рівнянь, за допомогою програмного забезпечення ANSYS FLUENT. Результати чисельного моделювання за двома методиками порівняно між собою, та з даними вимірювань на такому ж працюючому обладнанні. За двома методиками визначено розподіл температури по висоті топки та теплове навантаження на екранні панелі. Визначено екологічні показники топки, а саме утворення NOx при різних теплових навантаженнях. Визначено максимальну потужність котла, при якій його робота відповідає європейським екологічним стандартам. Відхилення розрахунків по утворенню NOx в котлі ГМ-50-14/250 при 40% від номінальної потужності порівняно з результатами натурних випробувань за допомогою методики системи диференціальних рівнянь склало 8%, а за допомогою системи емпіричних рівнянь – 27%. При роботі на номінальній потужності відхилення результатів зменшилися до 2% і 8% відповідно. Відхилення результатів теплових розрахунків за різними методиками в зоні активного горіння і на виході з топки становить до 3% при різних навантаженнях. У четвертому розділі представлено результати чисельного моделювання ступеневого спалювання палива за методиками наведеними в розділі 2. В розділі проаналізовано вплив розподілу повітря між пальниковими пристроями на утворення оксидів азоту при горінні природного газу. Розглянуто два варіанти розподілу повітря: для стандартного двоярусного компонування пальників та двоярусного із додаванням сопел третинного повітря. Для чисельного моделювання були побудовані матриці експериментів з різним розподілом повітря між пальниками та соплами. Для найбільш репрезентованих матриць було проведено чисельне моделювання за двома методиками та виконано порівняння результатів, які корелюються між собою. Наведено результати при навантаженні котла від 40 до 100%. Виконано моделювання зміни втрат хімічного недопалу при застосуванні методики ступеневого спалювання палива. Отримано залежності прогнозування утворення оксидів азоту при різних коефіцієнтах надлишку повітря з використанням сопел третинного повітря з представленням у форматі діаграм при різних потужностях котла. Наведено обґрунтування можливості застосування даної методики на існуючому обладнанні. Наукова новизна одержаних результатів. В дисертаційній роботі наведено результати, які отримано вперше, а саме: 1. Вперше проведено порівняння двох методик для теплового розрахунку топкових камер котлів та процесів утворення оксидів азоту, що використовуються в світі та в Україні. 2. Отримано подальший розвиток методики теплового розрахунку топкової камери котла з використанням системи емпіричних рівнянь з можливістю розраховувати утворення оксидів азоту в окремих зонах топкової камери. 3. Набула подальшого розвитку теорія ступеневого спалювання природнього газу в топковій камері котла, для зменшення утворення оксидів азоту. В роботі запропоновано та обґрунтовано розподіл повітря між пальниками та соплами третинного повітря. 4. Вперше побудовано регресивну модель прогнозування утворення оксидів азоту та хімічного недопалу, при різному навантаженні котла від 40 до 100%, із застосування двоярусного компонування пальників та з додаванням сопел третинного повітря. Вперше побудовано діаграми для прогнозування утворення оксидів азоту та хімічного недопалу при різному розподілу повітря по ярусам та соплам при різному навантаженні котлів від 40 до 100%.Документ Відкритий доступ Енерготехнологічні особливості використання водневих технологій в технологічних установках(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Рябцун, Руслан Сергійович; Воробйов, Микита ВалерійовичРябцун Р.С. Енерготехнологічні особливості використання водневих технологій в технологічних установках – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичнемашинобудування». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Підготовка здійснювалася на кафедрі атомних та електричних станцій Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Заміна природного газу воднем, окрім очевидних переваг у зменшенні викидів CO₂ і декарбонізації атмосфери, спричиняє зміни вогнетехнічних та емісійних характеристик паливно-окислювальних сумішей. Зокрема, це веде до збільшення абсолютного споживання паливного газу через нижчу теплоту згоряння водню, а також до зростання утворення оксидів азоту (NOx) через вищу температуру горіння водню. Завдання зменшення викидів парникових газів набуває дедалі більшої актуальності, що стимулює впровадження інноваційних водневих технологій у сфері енергетики, зокрема заміну природного газу воднем. Змішування водню з природним газом сприяє поліпшенню екологічних показників і зменшенню утворення CO2. У вступі обґрунтовано актуальність дослідження, визначено його мету та основні завдання, а також визначено об’єкт і предмет дослідження. Розкрито наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, окреслено особистий внесок здобувача і зроблено ключові висновки. Наведено інформацію про апробацію результатів дослідження та можливі напрямки їх практичного застосування. Також описано загальний обсяг та структуру дисертаційної роботи. В першому розділі проаналізовані відомі наукові роботи стосовно використання воденьмістких палив для промислових об’єктів та побутових пристроїв, також розглянуто особливості виробництва водню, та перспективи водневої енерегетики. Опрацювані наукові статті щодо кількості використання природнього газу та переспективи виробництва зеленого водню. Особливу увагу приділено екологічним аспектам заміщення природного газу на суміші з воднем. На прикінці першого розділу сформульовано мету та завдання роботи. В другому розділі проведені теоретично-розрахункові дослідення вогнетехнічних та екологічних властивостей газових палив, складених із сумішей метану та водню, а саме швидкостей горіння, зміни адіабатичної температури горіння сумішей при збільшенні долі водню у паливі, оцінці утворення оксидів азоту, та викидів СО2. Використання водню при заміщенні природного газу крім очевидних переваг з декарбонізації атмосфери (зменшення викидів СО2) призводить до зміни вогнетехнічних та емісійних використання характеристик паливо-окислювальних сумішей, зокрема збільшення абсолютної витрати паливного газу через меншу теплоту згоряння водню, збільшення утворення оксидів азоту NOx через більшу температуру горіння водню та ін. В третьому розділі проведено експериментальні дослідження спалювання метано-водневих сумішей на промисловому пальнику SUEMAX потужністю до 30 кВт. Доля заміщення воднем природного газу складала відповідно [Н2] = 30 % об. та 50 % об. Також в пальнику було спалено чистий водень ([Н2] =100 % об.). Мета дослідження полягала у визначенні енергоекологічних характеристик спалювання метано-водневих сумішей в промисловому газовому пальнику з визначенням емісії NOx, СО та температурних характеристик факелу з порівнянням з випадком спалювання чистого природного газу (метану). На основі аналізу результатів експериментів визначено, що при спалюванні метано-водневої суміші зменшуються викиди СО та збільшуються температури викидних газів і емісія NOx. Встановлено, що емісія оксидів азоту NOx зростає в ~1,5…2,0 рази та складає [NOx] = 89 – 50 ppm для спалювання чистого водню. В той же час відмічається суттєве зниження утворення СО, ~20 разів при спалюванні суміші [СН4] / [Н2] = 50 / 50, % об., рівень утворення СО складає [СО] = 1 – 2 ppm. Наведені характеристики показують суттєвий вплив конструкції стабілізатору, так для пальника SUEMAX довжина факелу в наведеному робочому режимі коротша на 20 % у порівнянні з СНС. В четвертому розділі основною метою дослідження є визначення впливу процентного вмісту водню в паливній суміші з метаном на утворення оксидів азоту (NOx), при використанні в штатних осьових пальниках водогрійного котла типу ДКВР-10-13. Також в роботі ставилась задача визначити середні характеристики теплообміну в топковій камері згаданого котельного агрегату за допомогою відомого пакету програм CFD-моделювання ANSYS-Fluent, що дозволяє після попередньої верифікації з експериментальними даними взятими з робіт інших авторів, розширити діапазони режимних параметрів, що можуть впливати на роботу котельного агрегату в цілому. Методи, об’єкт та предмет дослідження. Об’єкт дослідження – процеси спалювання метано-водневих сумішей у технологічних установках. Предмет дослідження – енергетичні та екологічні харакетристики (утворення шкідливих речовин) процесу горіння при спалювані метано-водневих сумішей. Методи дослідження – у дослідженні застосовувалися як експериментальні, так і розрахунково-теоретичні методи аналізу процесів горіння. Експерименти зі спалювання суміші природного газу та водню проводилися на спеціально обладнаному експериментальному стенді. Отримані результати оброблялися й узагальнювалися із використанням сучасного програмного забезпечення.Документ Відкритий доступ Тепломасообмін та гідродинаміка елементів сепаратора пароперегрівача ВВЕР - 1000(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Кулеш, Назарій Сергійович; Туз, Валерій ОмельяновичКулеш Н.С. Тепломасообмін та гідродинаміка елементів сепаратора пароперегрівача ВВЕР - 1000. -Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичне машинобудування ». - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вивченню тепломасообміну та гідродинаміці елементів сепаратора пароперегрівача реакторної установки ВВЕР - 1000. У вступі обґрунтовано актуальність роботи, визначено мету, об’єкт та предмети дослідження. Вказано наукову новизну отриманих результатів та надано інформацію щодо особистого внеску здобувача. Також надано інформацію про апробацію результатів роботи. Описано структуру та обсяг дисертаційної роботи. Одна з основних умов тривалої безаварійної роботи турбінного обладнання блоку АЕС - якісна сепарація краплинної рідини, яка може утворюватися в процесі винесення рідини з об'єму парогенератора або при конденсації вологої пари. Для забезпечення ефективності роботи сепараційних пристроїв необхідно знати особливості взаємодії рідини і газу, а також діапазон робочих параметрів, в межах яких реалізується стійкий режим перебігу плівки рідини і відсутнє вторинне винесення. Збільшення діапазону стійкої роботи сепараційного пристрою в результаті забезпечення умов, за яких не відбувається порушення режиму течії, пов'язаного з краплинним винесенням рідини, це досягається екрануванням поверхні контакту сітчастим матеріалом, в результаті чого рідина рухається в структурі сітчастого покриття. У першому розділі представлено літературний огляд по основним типам турбін АЕС та сепараторів- пароперегрівачів . Проаналізовано найбільш розповсюджені типи турбін та сепараторів пароперегрівачів. Визначено особливості парових турбін для атомних енергетичних установок. Створення швидкохідних турбін для АЕС потужністю 1000 МВт і більше вимагає застосування складних рішень. При зменшенні об'ємної витрати пари в конденсатор, пов'язаного з підвищенням у ньому тиску, суттєво збільшується одинична потужність турбоагрегату при фіксованій сумарній площі вихлопу, але при цьому різко знижується економічність електростанції. Тому для великих одиничних потужностей (1000 МВт і більше) доцільно застосовувати тихохідні турбіни. Розглянуто робочий процес розширення пари, що представлений на рисунках та діаграмах та процес сепарації вологи та її типи. З проточної частини турбіни практично вдається видаляти лише великодисперсну вологу, яка становить невелику частку від загального вмісту вологи. Разом з тим організація такого видалення вологи дуже ефективне, оскільки саме великі краплі та плівки викликають ерозію лопаток та інших елементів проточної частини, а також є причиною механічних втрат від вологості. У турбінах АЕС для зниження кінцевої вологості пари застосовуються два способи позатурбінного вологовидалення - або проміжна сепарація, або сепарація з наступним паровим перегріванням відсепарованої пари. Застосування того чи іншого способу, а також вибір параметрів, при яких здійснюються видалення вологи та перегрів, визначається принциповою тепловою схемою турбоустановки на підставі техніко-економічних розрахунків. Другий розділ присвячено дослідженню гідродинаміки парорідинних потоків у криволінійних каналах сепараційний пристроїв енергетичних установок розглянуто один із напрямів підвищення техніко-економічних характеристик і надійності роботи енергетичного обладнання. Крапельна рідина у двофазному потоці приводить до ерозійних і корозійних процесів у трубопроводах, камерах згорання газотурбінних двигунів (ГТД) і в циліндрах низького тиску парових турбін (ЦНТ). Отримання гомогенного робочого тіла можливо шляхом переведення крапельної вологи у паровий стан (нагрів) або шляхом використання сепараційних пристроїв. В багатьох випадках використання бар’єрних фільтруючих елементів не можливо, тому єдиним шляхом забезпечення необхідної якості робочого тіла є використання інерційних сепараційних пристроїв, у тому числі жалюзійних. Основним чинником, який впливає на ефективність процесу сепарації є відсутність контакту з поверхнею жалюзі при русі в потоці вологої пари крапель малого розміру. Цей процес залежить від фізикохімічних властивостей вологої пари, дисперсності крапель, параметрів руху двофазного середовища, адгезії і крайового кута, геометрії каналу. Третій розділ присвячений дослідженню гідродинаміки та теплообміну двофазних середовищ. При проєктуванні технологічного обладнання, в якому в якості робочого тіла використовується волога пара, у більшості випадків, не враховується особливості взаємодії між краплями рідини і теплообмінною поверхнею, що приводить до невідповідності параметрів теплоносія реальним значенням. В повній мірі це стосується парових турбін, які працюють на вологій парі, вологовміст якої залежить від первинного і вторинного виносу крапель рідини з сепараційних блоків. У розділі визначені граничні режими вторинного виносу крапель рідини з гребнів хвиль плівки. На підставі узагальнення результатів експериментальних досліджень порушення гідродинаміки руху двофазного потоку у каналі отримана кореляція критичних значень параметрів двофазного потоку для визначення нижньої границі процесу захлинання від густини зрошування, геометричних характеристик каналу і фізичних властивостей рідини і газу. Представлені результати оцінки ефективності конструкції теплообмінної поверхні при зміні параметрів теплоносія і робочого тіла, а також геометричних характеристик оребрення теплообмінної труби. Для труб з повздовжнім оребренням п-подібного профілю отримані кореляції, на підставі яких рекомендується виконувати оптимізацію геометричних характеристик оребрення. У четвертому розділі виконаний аналіз та обробка отриманих результатів проведені випробування турбіни К-1000-60/3000 в діапазонів від 400 до 1000 МВт на обладнанні науково-дослідного центру надійності та безпеки АЕС та навчально-наукового центру підтримки ядерної захищеності, мультифункціональному тренажері реакторної установки РАЕС – 3, ВВЕР-1000 при цьому було відмічену зміну параметрів турбіни зокрема tпп . Маючи параметри з реального об’єкту, паспорту і з мультифунціонального тренажеру, показані реальні зміни режимів роботу, однією з об’єктивних причин зміни режимів роботи по паспорту є процеси в СПП, такі як збільшення термічного опору контакту між оребренням та основною трубою. Для якісного аналізу та обробки даних, були використані дані з блоку 3 РАЕС ВВЕР-1000 та дані взяті з лабораторії ( тренажера), в якій встановлений симулятор блоку РАЕС 3 ВВЕР-1000, та паспортні параметри обладнання, вважаємо що порівняння даним є компетентним так як тренажер працює в режимі нового обладнання та не враховує наслідки експлуатації енергетичної установки зокрема обладнання другого контуру. Аналіз промислових випробувань показує що температура перегрітої пари після СПП менша на t = 5 ℃ , найбільш вірогідною причиною такої неузгодженості є виникнення додаткового термічного опору контакту між повздовжнім оребренням і основною трубою.Погіршення контакту пов’язано зі значним терміном експлуатації касет СПП в наслідок виникання термічних напружень в результаті зміни режимів роботи блоку та якості зварювальних робіт тому залежність для визначення коефіцієнту теплопередачі необхідно внести величину додаткового термічного контакту (Rk).Документ Відкритий доступ Процеси теплообміну в мініатюрних випарноконденсаційних системах з нанорідинами(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Гуров, Дмитро Ігорович; Кравець, Володимир ЮрійовичДисертаційна робота присвячена вивченню процесів теплообміну в мініатюрних випарно-конденсаційних системах, при використанні в них в якості теплоносія нанорідин. У вступі наводиться обґрунтування актуальності напрямку роботи, визначено об’єкт та предмет, мету та цілі дослідження, наукову новизну отриманих даних та висновки, а також особистий внесок здобувача наукового ступеня доктора філософії. Представлено інформацію щодо апробації результатів досліджень та напрямки їх потенційного використання. Описано загальний обсяг дисертаційної роботи та його структуру. Поширення використання нанотехнологій у різних напрямках фундаментальних та прикладних робіт за останні 10 років набуло неабиякої популярності, що обумовлено перспективністю та покращеннями від їх впровадження. Разом з цим спостерігається чітка тенденція до процесу мініатюризації у електронній промисловості, пристрої стають усе менше, а питомі величини теплових потоків, що вони виділяють, зростають експоненційно. Для охолодження теплонавантажених та, разом з цим, малогабаритних пристроїв гарно зарекомендували себе мініатюрні термосифони, які відносяться до випарно-конденсаційних систем, проте погляд на розвиток науки і техніки дає змогу прогнозувати досягнення їх обмежень по теплопередавальним характеристикам вже у найближчі роки. Для поліпшення теплопередавальних характеристик мініатюрних термосифонів використання нанорідин у якості теплоносіїв може бути перспективним вектором розвитку, проте вони потребують комплексного підходу і проведення значної кількості науково-дослідних робіт для їх впровадження у електронну промисловість. У першому розділі представлено літературний огляд. Проаналізовано поширення використання у різних напрямках фундаментальних робіт і конкретних міжгалузевих застосуваннях нанотехнологій, в особливості нанофлюідики. Розглянуто методи і підходи у приготуванні нанорідин, проаналізовано переваги і слабкі сторони кожного з них. Звернута увага на перспективність застосування нанорідин в якості теплоносія у системах охолодження, що доводиться появою нових наукових робіт, кількість яких зростає у стрімкому темпі, проте характер поточних досліджень досить обмежений і поверхневий. Досліджено проблематику, поточний стан і підходи, що використовуються для охолодження електронної техніки, а також основні задачі і вимоги, що ставить на зараз електронна промисловість до температурних режимів і наявних теплових потоків. З аналізу проблематики і поточного стану розвитку науки і техніки зроблено висновок про переваги використання випарно-конденсаційних систем у задачах охолодження, а у зв’язку зі зменшенням масо-габаритних характеристик акцентовано увагу на мініатюрних системах. Проведено огляд представників випарноконденсаційних систем й наведено переваги використання мініатюрних термосифонів. Проведено пошук наукових робіт і досягнень по напрямку використання мініатюрних термосифонів, в ролі теплоносія в яких виступають нанорідини. Більшість наукових робіт з літературного огляду показали переваги використання нанорідин у якості теплоносія, проте деяка кількість наголошувала на недоліки використання, а також погіршення теплопередавальних характеристик (такі як максимальний тепловий потік та значення повного термічного опору). Окрім того, в існуючих роботах акцент спрямовано на термосифони, габаритні розміри яких не дають змоги віднести їх до мініатюрних, а саме в останніх наразі найбільше зацікавлена промисловість. Також варто зазначити однотипність у підборі теплоносія (наночастинки оксиду міді, алюмінію, титану, золота та вуглецеві нанотрубки) і фактично відсутність робіт з гібридними (багатокомпонентними) нанорідинами. Більшість з дослідників нехтують перевірками на надійність, деградацію з плином часу і ресурсні випробування. Окремо варто наголосити на тому, що залишається відкрите питання стосовно механізмів інтенсифікації процесів теплообміну у таких системах. Поточний стан цього напрямку досліджень і його наведені особливості свідчить про актуальність робіт й попит від промисловості, проте разом з цим і про недостатній рівень вивченості й необхідності у комплексному підході. У другому розділі представлено конструкцію експериментального стенду, що було розроблено і виготовлено з метою дослідження теплопередавальних характеристик мініатюрних термосифонів з нанорідиною в якості теплоносія. Розроблено алгоритм випробувань і наведено загально використовувану методику для проведення досліджень. На базі літературного аналізу по використанню нанорідин для двофазних систем, а також на основі даних, що наведені для кипіння у великому об’ємі, було обрано потенційні нанорідини, які було заправлено в мініатюрні термосифони для подальшого дослідження. В якості теплоносія обрано як перспективні традиційні (однокомпонентні), проте не достатньо досліджені у цьому застосуванні нанорідини, так і комбіновані (гібридні) нанорідини, що складаються з суміші наночасток. В якості базової рідини для усіх зразків було обрано дистильовану деіонізовану воду, як найбільш ефективний теплоносій в діапазоні температур, що вимагається при охолоджені електронної техніки. Проведено прискорений тест на седиментацію: за місяць простою не було зафіксованою зміни кольору чи випаду наночасток у осад. Приведено класифікацію похибок, проаналізовано які похибки можуть виникати у процесі дослідження, прийняті заходи щодо мінімізації цих похибок, обрано основні інструменти і обладнання, оцінено їх внесок у похибку вимірювань та обчислено похибки визначення усіх розрахункових величин. Величини похибок обчислення було проаналізовано і порівняно з іншими авторами, і зроблено висновок про прийнятний рівень похибок при наведеній постановці задачі. Третій розділ присвячено дослідженню впливу використання нанорідин у якості теплоносія та коефіцієнту заповнення на теплопередавальні характеристики мініатюрних термосифонів. Спостерігається, що збільшення теплового потоку, що передається мініатюрним термосифоном, призводить до зменшення термічного опору, що пояснюється зростанням кількості центрів пароутворення. Також проаналізовано режими роботи термосифонів, в залежності від теплового потоку, що подається, починаючи з появи гейзерного ефекту, та закінчуючи переходом з бульбашкового розвиненого режиму кипіння до плівкового кипіння і виникнення подальшої кризи теплообміну. Зафіксовано, що збільшення коефіцієнту заповнення за рахунок зменшення довжини нагрівача призводить до збільшення термічного опору мініатюрного термосифону. Причиною цьому є термічний опір, що виникає через наявність додаткового стовпа рідини. Зразки нанорідин, що використовувалися в якості теплоносіїв, по результату досліджень було розділено на дві групи: ті, що можна рекомендувати, і не рекомендовані для використовування у подібних застосуваннях. Варто зазначити, що навіть не рекомендовані зразки показали поліпшення теплопередавальних характеристик, а саме збільшення максимального теплового потоку на 18,5% при тому ж значення термічного опору при порівнянні з дистильованою водою. Найліпший же зразок продемонстрував збільшення максимального теплового потоку на 53%, з паралельним зменшенням термічного опору на 28,4% у порівнянні з базовою рідиною. Дослідження кута нахилу показало, що оптимальний кут для нанорідин ідентичний до значень, що рекомендовані для води, і знаходиться в діапазоні 40-70°. В свою чергу критичний кут становить 30°. Запропоновано емпіричне рівняння для водного теплоносія з аморфним вуглецем для прогнозування максимальних теплових потоків в діапазоні кутів нахилу 20– 60°, на базі даних, що було отримано при проведенні експериментів для вертикального розташування зразка. У четвертому розділі наведено основні величини, що характеризують інтенсивність теплопередачі мініатюрних термосифонів, а саме коефіцієнти тепловіддачі (у зоні нагріву, у зоні конденсації), а також коефіцієнти еквівалентної теплопровідності. Після завершення досліджень, зразки теплоносіїв були розбиті на дві групи: рекомендовані для подальшого впровадження, та ті, що не можна рекомендувати. Дослідження ефекту від використання нанорідин, в загальному випадку, підтвердило доцільність використання їх у ролі теплоносіїв для мініатюрних термосифонів. Так, мініатюрний термосифон з водною нанорідиною з додаванням синтетичного алмазу в порівнянні з водою продемонстрував збільшення еквівалентної теплопровідності до 20%, і затягування кризових явищ до 80% по відношенню до підведеного теплового потоку. Зроблено висновок, що інтенсивність теплообміну у зоні нагріву для нанорідини в загальному випадку вище за інтенсивність для дистильованої води, проте важливим є правильний підбір теплоносія. Так, нанорідини з аморфним вуглецем, а також з аттапульгітом та монтмориллонітом демонстрували коефіцієнти тепловіддачі у зоні нагріву співмірні, а іноді навіть нижче (до 30%), за воду. В свою чергу для інших досліджених зразків фіксувалося покращення інтенсивності теплообміну, а в особливості для синтетичного алмазу (до 180%). Отримано емпіричні рівняння для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі у зонах нагріву мініатюрних термосифонів для досліджених нанорідин, що узагальнюють 80% отриманих експериментальних даних з розкидом ±30%. П’ятий розділ присвячено впливу концентрації наночасток на теплопередавальні характеристики мініатюрних термосифонів, та визначенню його оптимального рівня. Дослідження проводилися на гібридний водній нанорідині на базі багатостінних вуглецевих нанотрубок з додаванням аттапульгіту. Досліджені концентрації було обрано на рівні 0,1%, 0,5% та 0,7%. Зроблено висновок, що використання масових концентрацій наночасток більше ніж 0,1%, не дивлячись на суперечливі рекомендації інших авторів –має сенс, і призводить до поліпшення робочих характеристик. Оптимальні концентрації для кожної нанорідини будуть індивідуальні, проте дослідження і підбір необхідно виконувати в більшому діапазоні, і не обмежуватися діапазоном надмалих концентрацій (по типу 0,005…0,1%). Досліджено, що при використанні низькоконцентрованої водної нанорідини (0.1%), покращення теплопередавальних характеристик сягали 13% для максимальних теплових потоків, та 18% для мінімального термічного опору. В той же час, при використанні більш концентрованих нанофлюідів, можна досягти збільшення теплового потоку до 70%, чи зменшення термічного опору до 38%. При зміні коефіцієнта заповнення відбувається певний зсув оптимального рівня концентрації, і він може відрізнятися навіть для одного теплоносія. Тобто, було отримано, що оптимальна концентрація наночасток у робочій рідині є функцією багатьох складових, до яких відносяться не тільки форма наночасток, їх характерні розміри, анізотропія, теплофізичні властивості, тощо, але і певний вплив має коефіцієнт заповнення теплоносієм мініатюрного термосифона. Наведено оптимальні рівні концентрацій для певних досліджених коефіцієнтів заповнення. У шостому розділі описано явище пульсацій температур у зонах теплообміну мініатюрних термосифонів з нанорідинами. Розглянуто природу цього явища, та зазначено необхідність його дослідження, що пов’язано з можливим впливом на температуру електронного пристрою чи компонентів, які охолоджуються за допомогою системи охолодження на базі мініатюрних термосифонів з нанорідинами. Для термосифонів з водною нанорідиною на базі вуглецевих нанотрубок і аттапульгіту (коефіцієнт заповнення 0,44 та діапазон досліджених концентрацій 0,1–0,7%) отримано емпіричне рівнянні для визначення амплітуди пульсацій в залежності від теплового потоку, що відводить система. На базі отриманого рівняння можна зробити висновок, що збільшення витрати охолоджуючої рідини, концентрації наночасток, та безрозмірного комплексу (dвн/LЗН) призводить до зменшення амплітуди пульсацій температури, в свою чергу, збільшення коефіцієнта заповнення призводить до збільшення амплітуди пульсацій температур. Не дивлячись на те, що збільшення концентрації наночасток призводить до зменшення амплітуди пульсацій, разом з цим відбувається збільшення періоду пульсацій при низьких густинах теплового потоку. Останнє наголошує на необхідності раціонального підбору мініатюрних термосифонів для системи охолодження, їх діаметрів, довжин, коефіцієнтів заповнення та теплоносіїв. У такому випадку, при номінальному режиму роботі електронного пристрою, у системі охолодження буде розвинений режим кипіння теплоносія, і будуть відсутні амплітудні пульсації температур. Сьомий розділ присвячено ресурсним випробуванням, та перевірці на наявність деградаційних ефектів з плином часу. Без проведення цих досліджень не можна рекомендувати в промислове впровадження мініатюрні термосифони з нанорідинами, тому що відсутня впевненість у їх можливості відпрацювати певний сервісний час, який є регламентованою величиною для електронного обладнання. Ресурсні випробування були розбиті на дві частини: перевірка у режимі зберігання 5 років: температурний діапазон 15–25℃, вологість 30–60%) та у режимі напрацювання (активний режим роботи, 350 годин при Q=0,8Qmax). Ресурсні випробування у режимі зберігання проводилися на нанорідині на базі синтетичного алмазу (продемонструвала найкращі показники по більшості з досліджень) і на гібридній водній нанорідині на базі вуглецевих нанотрубок і аттапульгіту (перспективний теплоносій, проте є ризики виникнення взаємодії між компонентами теплоносія та корпусом термосифону). Випробування у режимі зберігання показали відсутність деградації й тенденцій до зміни термічного опору після 5 років консервування для обох дослідних зразків. Випробування у режимі напрацювання проводилися для водної нанорідини на основі вуглецевих нанотрубок і аттапульгіту і тенденцій до погіршення чи поліпшення термічного опору не спостерігалося. Початковий діапазон роботи (перші 50 годин) характеризується припрацюванням, під час якого спостерігається збільшення коефіцієнту тепловіддачі у зоні конденсації, та зворотний ефект у зоні нагріву. У подальшому, протягом наступних 300 годин, тенденції до зміни інтенсивності теплообміну відсутні, і миттєві значення коливаються у районі середніх значень. Матеріали та результати дисертаційної роботи впроваджено у навчальний процес на кафедрі атомної енергетики Навчально-наукового інституту атомної та теплової енергетики Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського".Документ Відкритий доступ Теплообмін при кипінні на гладких та пористих поверхнях в умовах обмеженого простору(2021) Алексеїк, Ольга Сергіївна; Кравець, Володимир ЮрійовичДокумент Відкритий доступ Теплопередаючі характеристики мініатюрних двофазних термосифонів стосовно охолодження елементів радіоелектронної апаратури(2021) Бехмард, Голамреза; Кравець, Володимир ЮрійовичДокумент Відкритий доступ Теплообмін плоскоовальних труб з неповним оребренням в умовах природної конвекції і природної тяги(2021) Вознюк, Максим Михайлович; Письменний, Євген МиколайовичДокумент Відкритий доступ Управління вихровим тепломасообміном в елементах енергетичного обладнання(2019) Баскова, Олександра Олександрівна; Воропаєв, Генадій ОлександровичДокумент Відкритий доступ Теплообмін та аеродинаміка пакетів труб з рівнорозвиненими зовнішньою та внутрішньою поверхнями теплоенергетики(2019) Рева, Сергій Анатолійович; Письменний, Євген МиколайовичДокумент Відкритий доступ Теплотехнічні характеристики комбінованого сонячного колектора на основі алюмінієвих канавчатих теплових труб(2018) Козак, Дмитро Віталійович; Хайрнасов, Сергій МанісовичДокумент Відкритий доступ Закономірності процесів переносу в теплообмінних поверхнях з плоско-овальних труб з поперечним оребренням(2018) Семеняко, Олександр Володимирович; Письменний, Євген МиколайовичДокумент Відкритий доступ Науково-технологічні основи створення алюмінієвих теплових труб для ресурсозберігаючих систем(2017) Хайрнасов, Сергій Манісович; Письменний, Євген Миколайович; Кафедра атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; Теплоенергетичний факультет; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Теплообмін в мініатюрних випаровувально-конденсаційних системах охолодження(2016) Кравець, Володимир Юрійович; Письменний, Євген Миколайович; Кафедра атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; Теплоенергетичний факультет; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Теплообмін і аеродинаміка пучків плоскоовальних труб в поперечному потоці(2016) Кондратюк, Вадим Анатолійович; Письменний, Євген Миколайович; атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; теплоенергетичний; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"Документ Відкритий доступ Теплопередаючі характеристики пульсаційних капілярних теплових труб, призначених для малогабаритних систем охолодження(2016) Наумова, Альона Миколаївна; Кравець, Володимир Юрійович; атомних електричних станцій і інженерної теплофізики; теплоенергетичний; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"