Методы и аппаратура комплексных измерений теплофизических и термомеханических свойств и характеристик композиционных материалов и конструкций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.01, кандидат наук Иванов, Василий Алексеевич

• Иванов, Василий Алексеевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Иванов, Василий Алексеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

1.1 Принципы построения систем автоматизации теплофизического эксперимента

1.2 Компьютерно - измерительная система «Аксамит 6.25»

1.3 Система контроля и сбора данных «АК-9.02»

1.4 Тензометрическая станция «СИИТ-2»

1.5 Преобразователь сигналов «ТЕРКОН»

1.6 Криостат «КРИО-ВТ-05-01»

1.7 Датчики и преобразователи

1.7.1 Датчики температуры

1.7.2 Цифровые термометры и температурные логгеры Dallas Semiconductors

1.7.3 Датчики давления (барорезисторы)

1.8 Язык программирования Turbo Pascal и среда визуальной разработки Borland Delphi

1.8.1 Язык программирования Turbo Pascal

1.8.2 Среда программирования Borland Delphi (Embarcadero RAD Studio)

Выводы по 1 главе

ГЛАВА 2. АВТОМАТИЗАЦИЯ СЕРИЙНО ВЫПУСКАЕМЫХ СРЕДСТВ

ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Автоматизированный измеритель теплопроводности ИТ- X, -400

2.1.1 Описание метода

2.1.2 Градуировка измерителя

2.1.3 Описание рабочей программы измерителя теплопроводности ИТ -к — 400

2.2 Автоматизированный измеритель теплоемкости ИТ- С -400

2.2.1 Описание метода

2.2.2 Градуировка измерителя

2.2.3 Описание рабочей программы измерителя теплоемкости ИТ - С - 400

2.3. Управление экспериментом и автоматизация измерений теплопроводности алмазов на базе прибора УКТ-3

2.3.1 Метод стягивания теплового потока

2.3.2 Описание автоматизированной установки

2.4 Автоматизация измерений теплопроводности материалов на базе установки ИТСМ-1

2.4.1 Установка ИТСМ-1

2.4.2 Автоматизация установки

2.5 Управление экспериментом и автоматизация измерений теплопроводности методом двухточечного зондирования (Зонд Калинина А.Н.)

2.5.1 Описание метода

2.5.2 Автоматизация теплового компаратора и разработка программы измерения и градуировки

2.5.3 Градуировка компаратора

Выводы по 2 главе

ГЛАВА 3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ СОБСТВЕННОЙ РАЗРАБОТКИ

3.1 Установки квазистационарного теплового режима

3.1.1 Описание метода

3.1.2 Функциональная схема установки и ее работа

3.1.3 Анализ инструментальных и методических погрешностей

3.2 Установка начальной стадии разогрева (Измеритель теплопроводности образца в форме пластины)

3.2.1 Теоретические основы метода

3.2.2 Функциональная схема и работа установки

з

3.3 Автоматизированный комплекс для измерения теплопроводности методом цилиндрического зонда постоянной мощности

3.3.1 Теория цилиндрического зонда

3.3.2 Метод Майзенера

3.3.3 Описание автоматизированной установки

3.4 Автоматизация печи для спекания полимерных образцов

3.4.1 Функциональная схема и работа печи

3.5 Азотный криостат для градуировки датчиков температуры с рабочим

диапазоном от -180 до 100 °С

Выводы по 3 главе

ГЛАВА 4. НАТУРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ

4.1 Натурные испытания сосудов высокого давления

4.1.1 Стенд для низкотемпературных натурных испытаний сосудов высокого давления и магистральных трубопроводов

4.1.2 Датчик давления - Барорезистор

4.1.3 Установка для низкотемпературных натурных испытаний сосудов высокого давления

4.2 Мониторинг температурного режима грунтов

4.3 Автоматизированный комплекс диспетчерского контроля температуры и

давления диктующих точек сетей городского водоснабжения

Выводы по 4 главе

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Закономерности изменения теплофизических свойств дисперсных сред и фазового состава поровой влаги в них

5.1.1 Изменение теплофизических свойств глинисто-песчаных грунтов при положительных температурах

5.1.2 Фазовый состав поровой влаги, теплофизические свойства глинисто-песчаных смесей при отрицательных температурах

5.1.3 Теплофизические свойства грунтов Чаяндинского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ)

4

5.2 Методика экспериментального определения количества незамерзшей воды в песчаных и глинистых грунтах в зависимости от температуры, влажности и концентрации соли

5.3 Теплофизические свойства наполненных фторопластов и их наполнителей

5.3.1 Зависимость теплофизических свойств мелко- и ультрадисперсных наполнителей от плотности и температуры

5.3.2 Зависимость теплофизических свойств наполненных фторопластов от температуры и концентрации наполнителей

5.3.3 Расчёт теплопроводности наполненных фторопластов методами теории обобщённой проводимости

5.4 Результаты испытаний трубопроводов и сосудов высокого давления

5.5 Результаты мониторинга температурного режима грунтов

Выводы по 5 главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и аппаратура комплексных измерений теплофизических и термомеханических свойств и характеристик композиционных материалов и конструкций»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время стратегическое развитие России прочно связано с освоением территорий Крайнего Севера, где сосредоточены огромные запасы месторождений цветных металлов, золота, алмазов и углеводородного сырья. Однако с освоением новых территорий возникают новые проблемы, связанные со строительством сооружений и разработкой полезных ископаемых в районах многолетней мерзлоты.

Изменения климата, масштабное освоение месторождений полезных ископаемых, строительство железнодорожных и автомобильных магистралей, гидростанций, гражданских и промышленных объектов оказывает негативное влияние на вечную мерзлоту. Недооценённые в 80-х годах XX в. проявления деградации вечной мерзлоты через 30 лет привели к катастрофическим последствиям, проявившимся в непригодности к эксплуатации жилых зданий, дорог, инженерных сетей, промышленных сооружений.

Правильное современное проектирование объектов строительства в районах Крайнего Севера во многом обеспечивается качественными предварительными геотехническими изысканиями, по результатам которых проводятся разносторонние исследования образцов грунта и определяются их основные физико-механические и теплофизические свойства, такие, как теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность и количество незамерзшей воды в области фазовых переходов.

Также возникает необходимость определения теплофизических свойств для эффективного применения новых строительных, конструкционных и технологических материалов. При этом диапазон исследуемых материалов очень широк - от теплоизоляции до высокотеплопроводного алмаза.

Для стабилизации проблемных участков многолетнемерзлого грунта, а также для устранения последствий растепления и деградации мерзлоты интенсивно применяется искусственное замораживание, как наиболее

б

универсальный и надежный способ повышения прочности грунтов. Наибольшее распространение в регионах Крайнего Севера получило искусственное замораживание грунтов сезонно-действующими охлаждающими устройствами (СОУ). Данные устройства, также называемые термостабилизаторами фунтов (ТСГ), представляют собой трубчатую холодильную машину, использующую естественные конвекционные свойства хладагента при наличии градиента температуры между грунтом и наружным воздухом на поверхности грунта. При этом для контроля работы СОУ (ТСГ) и состояния грунтов в зоне их установки требуется постоянный многолетний мониторинг температурных режимов.

Трубопроводные системы для транспортирования газа и нефтепродуктов - один из важнейших элементов топливно-энергетического комплекса страны. Протяженность газопроводной системы Республики Саха (Якутия) на сегодняшний день составляет около 2850 км магистральных газопроводов и газопроводов - отводов. Первая очередь нефтепроводной системы «Восточная Сибирь - Тихий океан» (ВСТО-1) от Тайшета (Иркутская область ) до Сковородино (Амурская область) имеет протяженность 2694 км. Вторая очередь (ВСТО-2) проходит от Сковородино до порта Козьмино (Приморский край) в заливе Находка и имеет протяженность 2045 км. Трасса проходит через тайгу, зоны вечной мерзлоты на многих участках, скальные и песчаные породы, болота, подвергается воздействию низких температур зимой и высоких летом.

В текущем году ОАО «Газпром» приступил к строительству стратегически важного газопровода «Сила Сибири» для поставок газа из Якутии в Приморский край и страны Азиатско-Тихоокеанского региона (совместный проект Газпрома и Китая). Данный газопровод является самым крупным строительным объектом в мире, и имеет проектную протяженность 4 ООО км, из которых около 2 ООО км проходит по районам криолитозоны.

При эксплуатации подземных нефтепроводов, проложенных в зоне вечной мерзлоты, главную опасность представляет формирование вокруг них

7

ореолов оттаивания грунта. Крупные включения подземного льда при оттаивании дают термокарстовые провалы и просадку грунта, что может привести к повреждению трубопровода и многомиллионным убыткам. Для оценки и предотвращения последствий такого рода на стадии проектирования трубопроводов широко применяется математическое моделирование. Для построения математической модели требуется информация о структуре и свойствах среды, для чего проводятся геотехнические изыскания и исследования механических и теплофизических свойств слоев грунтов.

Также особую важность имеют исследования прочностных характеристик трубопроводов при естественно низких температурах. Воздействие внутреннего давления, деформирующих нагрузок, сезонных перепадов температур приводит к накоплению повреждений и усугублению изначальных дефектов трубопроводов. Для исследований структуры и прочностных свойств материалов трубопровода при таких воздействиях особо эффективно проведение натурных испытаний в условиях, приближенных к условиям эксплуатации.

Таким образом, актуальными являются как разработка методов для исследования теплофизических свойств неоднородных систем замерзающих и оттаивающих грунтов, теплоизоляционных и композиционных материалов (наполненных фторопластов), создание программно-аппаратных комплексов для реализации этих методов, результаты этих исследований, так и разработка методик проведения натурных испытаний трубопроводов нефтегазоснабжения при естественных низких температурах.

Не стоит также забывать о трубопроводных хозяйствах служб тепло- и водоснабжения. В условиях низких сезонных температур велика опасность разрушения данных трубопроводов замерзающей водой при несоблюдении необходимого температурного режима. Учитывая присущую данным системам сложную разветвленную структуру, становится весьма актуальным вопрос оперативного контроля параметров в критически важных точках

системы. Для данных целей разрабатываются автоматизированные системы диспетчерского контроля и управления (АСДКУ). Основными задачами АСДКУ являются оперативный контроль текущих параметров производства и потребления ресурсов, а также анализ режимов эксплуатации, оптимальное управление и регулирование объектами тепло- и водоснабжения.

Цель работы.

1. Разработать комплекс методов автоматизации экспериментальных установок для исследования теплофизических свойств твердых тел и насыпных материалов.

2. Разработать методы и установки для исследования теплофизических свойств многокомпонентных материалов в области фазовых переходов.

3. Создать системы автоматизации натурных испытаний трубопроводов нефтегазоснабжения и сосудов высокого давления.

4. На созданных автоматизированных системах проводить мониторинг температурного режима грунтов.

5. Создать автоматизированный комплекс диспетчерского контроля температуры и давления диктующих точек сетей городского водоснабжения.

Для достижения этих целей необходимо:

- Автоматизировать на основе компьютерных измерительно-управляющих систем комплекса (КИС Аксамит-А, КИС Аксамит-6.25, АК-9.03) следующие измерительные устройства:

1. Измеритель теплопроводности ИТ-А.-400

2. Измеритель теплоемкости ИТ-С-400

3. Цилиндрический зонд постоянной мощности

4. Установку ИТСМ-1

5. Прибор для измерения теплопроводности алмазов УКТ-3

Разработать приборное и программное обеспечение метода квазистационарного теплового режима цилиндрического образца для определения теплофизических свойств твердых тел и насыпных материалов и тепломассообменных свойств влажных материалов в области фазовых переходов промерзания - протаивания.

Разработать метод и технологии испытаний на разрушение элементов конструкций магистральных трубопроводов нефтегазоснабжения и сосудов высокого давления с искусственными дефектами, с целью определения параметров хладостойкости, прочности и надежности при естественно низких температурах.

Разработать многоточечный шлейф-регистратор температуры на базе термологгеров iBDL.

Создать и ввести в эксплуатацию автоматизированный комплекс диспетчерского контроля температуры и давления диктующих точек сетей водоснабжения города Якутска.

Методы исследований.

При решении поставленных задач использовались теория теплопроводности, численные методы решения уравнений тепло - и массообмена, теория и методы автоматизации эксперимента. При разработке программного обеспечения использовались алгоритмические языки Turbo Pascal, Borland Delphi.

Научная новизна работы:

- Разработан и создан комплекс методов на базе компьютерно-измерительных систем для определения теплофизических свойств твердых тел, неоднородных систем с фазовыми переходами (замерзающие и оттаивающие грунты), теплоизоляционных и композиционных материалов (наполненных фторопластов), реализующий методы начальной стадии нагрева пластины, квазистационарного

теплового режима, цилиндрического зонда постоянной мощности в начальной стадии разогрева;

- При создании данного комплекса реализована серия автоматизированных приборов с разработкой программного обеспечения для каждого прибора;

- С использованием комплекса получены новые экспериментальные данные по теплофизическим свойствам неоднородных систем - мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов;

- Выявлены закономерности изменения теплофизических свойств и количества незамерзшей воды в грунтах в диапазоне изменения естественных температур;

- Создан стенд натурных испытаний сосудов высокого давления и магистральных труб;

- Получены уникальные результаты натурных испытаний сосудов высокого давления при естественно низких температурах.

Практическая ценность

проведенного исследования состоит в следующем:

Разработанный комплекс методов и автоматизированных устройств широко используется для исследований теплофизических характеристик широкого спектра как твердых, так и дисперсных материалов;

Созданная серия приборов позволяет исследовать не только теплофизические свойства твердых тел, но и процессы спекания фторопластовых изделий;

Результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов используются при проектировании деталей машин и механизмов из данных материалов;

Комплекс методов для определения теплофизических свойств твердых

тел и его отдельные составляющие использовались при выполнении

п

исследований по тематическим планам СО РАН 1972-2014 г.г. и в хоздоговорных работах Институтом физико-технических проблем Севера СО РАН 1972-2014 г.г.;

Результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов нашли практическое применение при математическом моделировании саморегулирующихся нагревателей, разработке и изготовлении износо- и термостойких антифрикционных материалов, а также деталей машин и механизмов из этих материалов Институтом неметаллических материалов СО РАН и Институтом проблем нефти и газа СО РАН 1975 - 2014 г.г.;

Разработанная методика мониторинга температурного режима грунтов и получаемые с помощью нее данные не только подтверждают эффективность сезоннодействующих охлаждающих устройств, но и выполняют функцию постоянного контроля состояния грунта в фундаменте стадиона, оценивая безопасность эксплуатации сооружения. Кроме того, получаемые данные используются для оценки текущего состояния установок СОУ, в частности для определения необходимости их перезарядки хладагентом, что повышает эффективность использования и экономит используемый хладагент;

Рекомендации, выработанные на основе данных, полученных нами в ходе натурных испытаний сосудов высокого давления и магистральных трубопроводов, были внедрены на предприятиях нефтяной и газовой промышленности;

Система диспетчерского контроля, разработанная для ОАО «Водоканал» обеспечивает оперативный мониторинг температуры и давления в критически важных точках сетей и позволяет контролировать перегрев и переохлаждение воды в сетях водоснабжения г. Якутска. Перегрев сетевой воды даже на 1 градус выливается в ощутимые финансовые потери, исчисляемые в масштабах города Якутска миллионами рублей в год. Оперативный контроль имеет особую важность в зимний период

эксплуатации, учитывая экстремально низкие температуры(-55°С), для предотвращения аварийных ситуаций.

Внедрение результатов

1. Акт внедрения № 995 от 17.10.2013 г. в ООО «Якутгазпроект» г. Якутск о внедрении результатов научных работ коллектива авторов из ИФТПС СО РАН, которые использовались для причинно-следственного анализа повреждений и разрушений газопроводов. Решение комплекса проблем промышленной безопасности на магистральных газопроводах осуществляются с учетом результатов натурных испытаний, проведенных коллективом авторов. Акт внедрения подписан генеральным директором ООО «Якутгазпроект» Харчиком В.А.

2. Акт внедрения от 16.01.2014 г. в ОАО «Водоканал» г. Якутск о внедрении в 2012 г. как результат законченной научно-исследовательской работы, «Автоматизированный комплекс диспетчерского контроля температуры и давления диктующих точек сетей ОАО «Водоканал», утвержденный главным инженером Варфоломеевым Г.Р. Экономический эффект 980 т. р. в год.

3. Акт внедрения от 20.01.2014 г. в ООО НВЦ «Геотехнология» г. Якутск, утвержденный директором Попенко Ф.Е. Экономический эффект 200 т. р. в год.

4. Акт внедрения от 09.06.2014 г. на разработку автоматизированной установки контроля и управления процессом спекания фторопластовых изделий, автоматизированных приборов ИТ-А.-400, ИТ-С-400, результатов экспериментальных исследований теплофизических свойств наполненных фторопластов, мелкодисперсных и ультрадисперсных наполнителей, подписанный директором Института проблем нефти и газа СО РАН член-корр. РАН Сафроновым А.Ф.

5. Акт внедрения от 05.06.2014 г. в ОАО «ЯкутПНИИС» подписанный генеральным директором ОАО «ЯкутПНИИС» Матвеевой О.И.

13

6. Письмо от 09.10.2014 г. об использовании результатов исследований теплофизических свойств грунтов, отобранных на линейной части магистрального нефтепровода ВСТО-1 для мониторинга и прогнозирования ореола оттаивания и несущей способности грунтов на участках прокладки МН ВСТО-1, подписанный генеральным директором «ТРАНСНЕФТЬ-ВОСТОК» Бронниковым В.А.

Личный вклад автора диссертационной работы

Все результаты, представленные в диссертации, получены автором лично, под его научным руководством или при его непосредственном участии .

Отдельные эксперименты выполнены при участии сотрудников лаборатории теплофизики ИФТПС СО РАН, которым автор выражает глубокую благодарность за помощь в работе.

Основные положения, выносимые автором на защиту:

Для удовлетворения запросов промышленного и гражданского строительства в районах Севера России с вечномерзлыми грунтами, эффективного применения новых строительных и конструкционных материалов создан и функционирует единый комплекс измерений теплофизических и термомеханических свойств на основе современных компьютерно - измерительных систем, в который входят:

- установка метода начальной стадии нагрева пластины

- установка по определению теплофизических свойств твердых тел при квазистационарном тепловом режиме

- автоматизированные установки и приборы ИТ-Х-400;ИТ-С-400, ИТСМ-1

- азотный криостат для градуировки датчиков температуры и давления, прибор для измерения теплопроводности алмазов УКТ-3

- двухточечный «зонд Калинина А.Н.»

- цилиндрический зонд постоянной мощности, метод определения теплофизических свойств твердых тел в форме пластины в начальной стадии нагрева

- стенд натурных испытаний сосудов высокого давления и магистральных труб

- комплекс диспетчерского контроля температуры и давления диктующих точек сетей водоснабжения города Якутска.

При реализации комплекса установок и приборов разработаны оригинальные методики и получены уникальные результаты:

- результаты исследований теплофизических свойств во влажных талых и мерзлых грунтах различного типа в области естественных температур, позволившие выявить закономерности зависимостей от температуры, влажности и концентрации солей и количества циклов замораживания — оттаивания

- результаты исследований теплофизических свойств наполненных фторопластов и мелкодисперсных и ультрадисперсных наполнителей

- результаты натурных испытаний сосудов высокого давления

- результаты мониторинга температурного режима грунтов фундамента крытого стадиона «Триумф» г. Якутск.

Достоверность и обоснованность полученных результатов:

Достоверность полученных результатов подтверждена положительными результатами калибровки установок по мерам теплофизических свойств в период их эксплуатации. Меры теплофизических свойств проходили поверку в отделении «Криомет» ФГУП ВНИИФТРИ и обеспечены соответствующими свидетельствами о поверке. Сопоставимые результаты согласуются с экспериментальными данными других исследователей.

Апробация работы.

Результаты работы по теме диссертации были представлены и одобрены в 53 докладах международных, всесоюзных и российских конференциях по теплофизике, из них наиболее значимые следующие:

IV Всесоюзная научно-практическая конференция "Метрологическое обеспечение теплофизических измерений при низких температурах" (Хабаровск, 1985), Всесоюзная конференция "Методы и средства теплофизических измерений" (Москва, 1987), Всесоюзная конференция по теплофизическим свойствам веществ (Новосибирск, 1988), Всесоюзная конференция «Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов» (Алма-Ата, 1990), I Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2002), Международный симпозиум «О природе трения твердых тел» (Гомель, 2002), Вторая Всероссийская конференция «ТЕМПЕРАТУРА 2004» (Подольск, 2004), XI Российская конференция по теплофизическим свойствам веществ (Санкт-Петербург, 2005), IV Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2008),VI Международная научная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2010), Международная научно-техническая конференция «Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ» (Санкт-Петербург, 2010), Четвертая Всероссийская конференция «Температура-2011» (Санкт-Петербург, 2011), XIII Российская конференция по теплофизическим свойствам (Новосибирск, 2011), VII Международная конференция «Проблемы промышленной теплотехники» (Киев, Украина, 2011), II Международная научно-технической конференция «Современные методы и средства исследования теплофизических свойств веществ» (Санкт-Петербург, 2012),IX Международная научно-техническая конференции «Методы и средства измерения физических величин» — «Температура-2012» (Львов, Украина, 2012), VI Евразийский международный симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2013), VIII

16

Международная конференция «Проблемы промышленной теплотехники» (г. Киев, Украина, 2013), X Международная научно - практическая конференция «Тенденции и перспективы развития современного научного знания» (Москва, 2014), X Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современных наук - 2014» (Польша, Перемышль, 2014), X Международная научно-практическая конференция «Передовые научные разработки - 2014» (Чехия, Прага, 2014), X Международный симпозиум по инженерному мерзлотоведению «Инженерно-геокриологические проблемы адаптации природно-технических систем к изменению климата» (Харбин (Хэйлунцзян, Китай), 2014).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 106 работ, среди которых 17 статей в журналах, рекомендованных ВАК, авторское свидетельство на полупроводниковый тензорезистор из моносульфида самария, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программа для измерения температуры и давления с использованием термопар и полупроводниковых датчиков на основе моносульфида самария».

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 162 наименования. Общий объем работы 259 страниц, включая 99 рисунков и 21 таблицу.

Считаю своим долгом помянуть добрым словом своего учителя,

зачинателя теплофизической науки в Якутии д.т.н., профессора [Н. С.

Иванова], д.т.н., профессора [Г. Н. Дульнева] за формирование и реализацию направления диссертации, поблагодарить д.ф.-м.н., профессора Ю. П. Заричняка, д.т.н., профессора Э. А. Бондарева, д.т.н., профессора В. В. Каминского, коллег по работе д.т.н. А. В. Степанова, д.т.н. А. М.

Тимофеева, к.т.н. К. Н. Большева, Т. К. Большеву, А. В. Андреева, за помощь и постоянную поддержку в выполнении работы.

ГЛАВА 1.

СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

1.1 Принципы построения систем автоматизации теплофизического

эксперимента

Современный физический эксперимент - процесс комплексный и дорогостоящий, при этом имеет непредсказуемый результат. Задачи, которые ставит сегодняшняя наука перед исследователем становятся все сложнее. Поэтому автоматизация с использованием новейших технологий на сегодняшний день является необходимым условием для проведения экспериментальных исследований. Но при этом использование персонального компьютера в качестве основного универсального узла системы автоматизации позволяет нам не только разрабатывать экспериментальные установки своими силами, но и значительно сократить расходы на оборудование. Современные системы автоматизации экспериментов и сбора данных имеют магистрально - модульную структуру, при которой аппаратный комплекс состоит из отдельных блоков или модулей, каждый из которых реализует отдельную функцию, и магистрали. Под магистралью (общей шиной) подразумевается система линий питания и передачи данных, унифицировано соединяющих различные блоки [125].

Помимо узко специализированного научного оборудования на рынке

представлено большое разнообразие универсальных модульных

промышленных контролеров ввода/вывода, обработки сигналов,

преобразователей и т.д. В большинстве своем они стараются придерживаться

единых стандартов, таких например, как стандарт ОРС (OLE for Process

18

Control), и работают под управлением программного обеспечения диспетчерского управления и сбора данных или supervisory control and data acquisition (SCADA), обеспечивающим обмен и обработку данных, разработку и конфигурирование визуального интерфейса пользователя, хранение и обработку архивных данных [158,64]. Эти стандарты, используемые в промышленной автоматизации, также применяются и при автоматизации научных экспериментов.

В упрощенном виде измерительный комплекс (ИК) как средство автоматизации экспериментов, можно представить в виде последовательности блоков (рисунок 1.1). Измерительные комплексы можно условно поделить на два вида: Пассивный ИК и Активный ИК. Отличие активного ИК в присутствии в схеме обратной связи, позволяющей, помимо получения данных, управлять воздействиями на объект эксперимента. Такая активная система подразумевает наличие управляемых выходов, обычно в виде цифро - аналоговых преобразователей, токовых или дискретных выходов или реле. Для обеспечения такой обратной связи необходимы или дополнительные модули, реализующие данные функции, или встроенные устройства обратной связи, как в случае компьютерно - измерительных систем (КИС).

Программное обеспечение

Персональный компьютер

Объект исследования

Пассивный измерительный комплекс.

Регулирование, вкл., выкл

Анализ, принятие решения, команда на КИС

фшт

Объект исследования

Активный измерительный комплекс. Рисунок 1.1— Пассивный и активный ИК.

Информация от объекта исследования поступает в систему измерительного комплекса через датчики. Датчик, в общем, это автономное средство измерения, реализующее функцию преобразования измеряемой величины в сигнал, удобный для дальнейшей обработки [124,14]. При проведении теплофизических экспериментов самый главный фиксируемый параметр - это температура, поэтому особое внимание будет уделено датчикам температуры.

Сигналы с датчиков принимаются входными каналами измерительной системы. В нашем случае, это универсальная компьютерно - измерительная система, имеющая на входе многоканальный аналогово - цифровой преобразователь высокой разрядности и быстродействия, и оснащенная управляющими программируемыми выходами. Для связи и управления с персонального компьютера используется либо последовательный интерфейс RS-232 или как его называют СОМ - порт , либо универсальный интерфейс USB. Также бывают системы выпаленные в виде встраиваемых компьютерных плат и интерфейсом ISA или PCI.

Персональный компьютер выполняет функции управления экспериментом, архивации и обработки данных, их визуализации. Для реализации всех этих задач используется либо готовое, поставляемое с аппаратурой программное обеспечение, либо самостоятельно разработанное. Большинство разработчиков научного оборудования помимо готовых программных решений предоставляют также спецификацию, программные библиотеки или драйверы для возможности самостоятельной разработки ПО. Что весьма удобно для пользователей, так как поставляемые с оборудованием готовые приложения, как правило, имеют минимальный набор возможностей, неудобны и не универсальны. Основываясь на нашем опыте, можно сказать, что в большинстве случаев для решения поставленной задачи экспериментаторам необходимо разрабатывать оригинальные программные приложения для каждой автоматизированной установки или

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Иванов, Василий Алексеевич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. с. 1717946 СССР МКИЗ GO 1В7/16, 7/18. Тензорезистор / В. В. Каминский, Н. М. Володин, Ю. М. Сосов, В. А. Иванов // Заяв. 11.07.89; Опубл. 08.04.91.

2. Абелиов Я. А. Исследование теплофизических свойств полимерных материалов, применяемых в машиностроении, в температурном диапазоне 100,600 К: Автореф. дисс. канд. техн. наук / Я. А. Абелиов -М., 1981.- 18 с.

3. Абызов A.M. Композиционный материал алмаз-медь с высокой теплопроводностью / А. М. Абызов A.M., С. В. Кидалов, Ф. М. Шахов // Материаловедение. - 2008. - № 5. - С. 24-27.

4. Автоматизация натурных испытаний труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, 3. Е. Петров и др. // Материалы X Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современных наук - 2014», Секция «Современные информационные технологии», 7-15 июня 2014 г. - Перемышль, 2014 - С. 3-12.

5. Адрианова О. А. Исследование и разработка морозостойких антифрикционных полимерных материалов на основе политетрафторэтилена для деталей герметизирующих устройств: Автореф. дис. канд. тех. наук / О. А. Адрианова. - Якутск, 1985. - 17 с.

6. АИР-ЮН — малогабаритные микропроцессорные 8-диапазонные датчики давления [Электронный ресурс] - URL: http://www.elemer.ru/production/ pressure/air_10h.php (25.03.2013).

7. Алексеев А. А.. Методика исследования ветвления трещины при низкотемпературных натурных испытаниях / А. А. Алексеев, К. Н. Большев, В. А. Иванов // Заводская лаборатория. - 2006. - № 10. - С. 3942.

8. Андрианов М.И. Теплоемкость связанной воды / М. И. Андрианов //

Доклады Академии наук. - 1949. - Т. 62. - № 2. - С. 219-222.

9. Бакулин Ф.Г. Льдистость и осадки при оттаивании многолетнемерзлых четвертичных отложений Воркутинского района / Ф. Г. Бакулин. - М.: Изд-во АН СССР, 1958 - 96 с.

10. Баррер Р. М. Диффузия в твердых телах. Пер.с англ. / Р. М. Баррер. - М., 1948-390 с.

11. Белов Е.А. Теоретические основы метода неразрушающего контроля теплофизических свойств твердых материалов / Е. А. Белов, В. В. Курепин, Е. С. Платунов // Машины и аппараты холодильной криогенной техники и кондиционирования воздуха. - Л.: Изд-во ЛТИ и Ленсовета, 1980-С. 146-150.

12. Беркман А. С. Структура и морозостойкость стеновых материалов / А. С. Беркман, И. Г. Мельникова. - М., 1962. - 142 pp.

13. Бильфельд Н. В. Основы разработки интерфейсов. Реализация в системе Borland Delphi / Н. В. Бильфельд, А. В. Затонский. - Пермь: Пермский гос. техн. ун-т, 2010. - 96 с.

14. Большев К.Н. Методы и автоматизированные измерительные комплексыдля проведения теплофизического эксперимента: Дис. канд. тех. наук - СПб: НИУ ИТМО, 2011. - 103 с.

15. Борьба с засолением земель: Сб. науч. тр / под. ред. В. А. Ковды. - М.: Колос, 1981.-312 с.

16. Брилинг P.E. Воздухопроницаемость строительных материалов и ограждений / Р. Е. Брилинг // Исследования по строительной теплофизике: Сб. науч. ст. - М., 1948. - С. 45-51.

17. Бруссер М.Н. Исследование структурной пористости беиона и факторов ее определяющих: Дис. канд. техн. наук / М. Н. Бруссер - М., 1971 - 175 с.

18. Буравой С.Е. О теплофизических измерениях в монотонном режиме / С.Е. Буравой, В. В. Курепин, С. С. Платунов // Инженерно - Физический

Журнал - 1971 - Т. 21 - № 4 - С. 750-760.

19. Быков В. М. Взаимодействие воды с цементным камнем и бетоном в процессах сорбции и замораживания: автореф. дис. тех. наук / В. М. Быков.-Л., 1968.-22 с.

20. Важенин Б. В. Замерзание влаги в строительных материалах при отрицательных температурах / Б. В. Важенин // Строительные материалы.

- 1965. -№ 10.-С. 24-25.

21. Васильев Л. Л. Теплофизические свойства пористых материалов / Л. Л. Васильев, С. А. Танаева. - Минск: Наука и Техника, 1971. - 268 с.

22. Ветвление трещины при разрушении цилиндрических оболочек из углеродистой стали внутренним давлением / А. А. Алексеев, К. Н. Большев, В. А. Иванов и др. // Деформация и разрушение материалов, -2008.-№ 1.-С. 33-39.

23. Влияние концентрации противоморозной добавки на поровую структуру бетона / О.Н. Кравцова , Е.Г. Старостин, A.B. Степанов и др. // Наука -производству - 2003. - № 8. - С. 30-31.

24. Влияние льдообразования в порах бетона на морозостойкость / Г.М. Горчаков, В.И. Иванов, И.И. Лифанов и др. // Бетон и железобетон. — 1977.-№2.-С. 16-18.

25. Влияние циклического промерзания-протаивания на тепломассообменные свойства бетонов / О. Н. Кравцова, А. М. Тимофеев, А. В. Степанов и др. // Материалы 1 Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. — Якутск, 2002. — Т. IV.-С. 102-111.

26. Волков Д.П. Моделирование структуры и расчёт теплопроводности полидисперсных материалов / Д. П. Волков, Ю. П. Заричняк // Инженерно

- Физический Журнал, - 1981 - Т. 1 - № 4. - С. 601-606.

27. Гаврильев Р. И. Лабораторные методы определения тепловых свойств мерзлых, промерзающих-протаивающих почв и горных пород: Автореф. дис. канд. техн. наук - Якутск: Изд-во ЯГУ, 1972. - 19 с.

28. Геращенко О. А. Температурные измерения / О. А. Геращенко, А. Н. Гордов, А. К. Еремина. - Киев: Наукова Думка, 1989. - 704 с.

29. Голицына О. Л. Языки программирования / О. Л. Голицына, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. - М.: Инфра-М, 2008. - 400 с.

30. Горчаков Г. И. Специальные строительные материалы для теплоэнергетического строительства / Г. И. Горчаков. - М.: Стройиздат, 1972.-304 с.

31. Горчаков Г.И. Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных и гидротехнических сооружений / Г. И. Горчаков, М. М. Капин, Б. Г. Скрамтаев. - М.: Стройиздат, 1965. - 308 с.

32. ГОСТ 3044-84. Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 27 с.

33. ГОСТ 6616-94 Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия. — М: Издательство стандартов, 1999. — 12 с.

34. ГОСТ 6651-2009 ГСИ. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний. — М.: Стандартинформ, 2011.

35. Дайчик М.Л. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник / М. Л. Дайчик и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

36. Долговечность ограждающих и строительных конструкций (физические основы) / под ред. Е. О. Власова. - М., 1963. - 115 с.

37. Дульнев Г. Н. Процессы переноса в неоднородных средах / Г. Н. Дульнев, В. В. Новиков. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 243 с.

38. Дульнев Г. Н. Теплопроводность смесей и композиционных материалов / Г. Н. Дульнев, Ю. П. Заричняк. - Л.: Энергия, 1974. - 264 с.

39. Евсеева Л.Е. Теплофизические свойства эпоксидных нанокомпозитов при низких температурах / Л. Е. Евсеева, С.А. Танаева // Международная научно-техническая конференция «Современные методы и средства

исследования теплофизических свойств веществ». — СПб. 2010.

40. Еремеев Г. Г. К вопросу о причинах разрушения строительных материалов при замораживании-оттаивании / Г. Г. Еремеев, Б. В. Важенин // Строительная теплофизика. - 1971 - Т. XVIII. - № 4. - С. 16-17.

41. Ершов Э. Д. Экспериментальные исследования особенностей влагопереноса и льдонакопления в мерзлых породах под действием различных движущих сил: Автореф. дис. канд. геол.- минер, наук / В. Д. Ершов. -М, 1986. - 19 с.

42. Ершов Э. Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах / Э. Д. Ершов. - М.: Изд-во МГУ, 1979. - 216 с.

43. Ершов Э. Д. Криолитогенез / Э. Д. Ершов. - М.: Недра, 1982. - 912 с.

44. Заричняк Ю. П. Измерение теплофизических свойств антифрикционных композитов на основе фторопласта с порошковыми наполнителями / Ю. П. Заричняк, В. А. Иванов, Н. Н. Романов // Природные и техногенные риски (физико-математические и прикладные аспекты). - 2014 — № 3. — С. 37-42.

45. Заричняк Ю. П. Структура, теплофизические свойства и характеристики композиционных материалов и сплавов: Дис. докт. техн. наук — Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 1989. - 470 с.

46. Иванов В. А. Применение компьютерных технологий в автоматизации экспериментальных исследований и промышленных процессов / В. А. Иванов, К. Н. Большев, А. А. Степанов // Труды VIII Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники». - Киев, 2013. -С. 26-28.

47. Иванов В. А. Разработка комплекса методов и исследование теплофизических свойств наполненных фторопластов. - Дисс. канд. тех. наук. - СПб: ГИТМО (ТУ), 2000. - 169 с.

48. Иванов В.А. Автоматизация прибора для измерения теплопроводности алмазов и оптимизация условий проведения эксперимента / В. А. Иванов, К. Н. Большев, А. В. Малышев // Приборы. - 2014. - № 4. - С. 31-35.

49. Иванов В. А. Двухпараметровый датчик комбинированного типа на основе SMS / В. А. Иванов, В. В. Каминский, Н. Н. Степанов // Научное приборостроение. - 2014. - Т. 24. - № 4. - С. 77-80.

50. Иванов Н. С. Теплообмен в криолитозоне / Н. С. Иванов. - М.: Изд-во АН СССР, 1962.-142 с.

51. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах / Н. С. Иванов. - Новосибирск: Наука, 1969. - 240 с.

52. Иванов Н.С. Теплофизические свойства мерзлых горных пород / Н. С. Иванов, Р. И. Гаврильев. - М.: Наука, 1965. - 74 с.

53. Измерения в промышленности: Справ. / Под ред. П. Профоса. - М.: Металлургия, 1990. - 344 с.

54. Измеритель теплопроводности ИТСМ-1, ТУ 25-2477.008-87. - М., 1987. -37 с.

55. Испытание полноразмерных сосудов из стали 14Х2ГМР при отрицательных температурах. Бюлеетень НТИ / В. П. Ларионов, Р. С. Григорьев, Т. С. Сосин и др. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1975. -С. 11-17

56. Испытания при низких температурах опытного сосуда, упрочненного «межкритической нормализацией» / А. В. Лыглаев, С. В. Егорова, В. И. Кирьян и др. // Автоматическая сварка. - 1992. -№ 9-10. - С. 44-47.

57. Исследование процессов тепломассопереноса в бетонах при фазовых превращениях поровой влаги / А. М. Тимофеев, А. В. Степанов, А. Р. Павлов А.Р. и др. // Труды IV Минского международного форума по тепломассообмену. Тепломассообмен в капиллярно-пористых телах. -Минск, 2000. - Т. 8. - С. 214-219.

58. Исследование теплофизических характеристик Нерюнгринских углей / П. И. Филиппов П.И., А. М. Тимофеев, В. А. Иванов и др. // Проблемы региональной технической политики в зоне БАМ. - Новосибирск: Наука, 1988.-С. 91-103.

59. Калинин Л. Н. Об определении коэффициента теплопроводности двухточечным зондированием поверхности образца / А. Н. Калинин // Инженерно - Физический Журнал. - 1976. - Т. XXX. - № 4. - С. 693-699.

60. Каммерер И. С. Теплоизоляция в промышленности и строительстве / И. С. Каммерер. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1965. - 378 с.

61. Каржавин A.B. Возможности кабельных микротермопар / А. В. Каржавин,

B. А. Каржавин, В. А. Иванов // VI Евразийский международный симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Секция «Тепломассоперенос и термомеханика дисперсных сред». - Якутск, 2013. - С. 224 - 214.

62. Кауфман Б. Н. Теплопроводность строительных материалов / Б. Н. Кауфман. — М.: Изд-во по строительству и архитектуре, 1955. — 160 с.

63. Керстен М.С. Тепловые свойства грунта / М. С. Керстен // Мерзлотные явления в грунтах. - Москва: Изд-во по строительству и архитектуре, 1955.-С. 200-206.

64. Коваленко В. Современные индустриальные системы / В. Коваленко // Открытые системы, - 1997 - № 5. - С. 38-42.

65. Ковтюх В.Н. О нестационарных методах определения теплофизических характеристик твердых тел / В. Н. Ковтюх, J1. А. Коздоба, К. Н. Любарская // Инженерно - Физический Журнал. - 1984. - Т. XVI. — № 5. —

C. 769-773.

66. Коздоба Л. А. Методы решения обратных задач теплопереноса / Л. А. Коздоба, П. Г. Кручковский. - Киев: Наукова думка, 1982. - 358 с.

67. Козырев Ю. П. Исследования затухания ультразвука в наполненных фторопластах / Ю. П. Козырев, Н. А. Коваленко, Г. В. Швец // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Свойства и применение полимерных материалов при низких температурах. - Якутск, 1977.-С. 198-199.

68. Комаров И. А. Термодинамика промерзающих и мерзлых дисперсных пород: Автореф. дис... докт. геол.- мин. наук / И. А. Комаров. — М., 1999.

242

-52 с.

69. Концепция iBDL от HTJI «Элин» [Электронный ресурс] - URL: http:// www.elin.ru/iBDL/?topic=ibdl_elin (25.03.2013).

70. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В. М. Москвин, Ф. М. Иванов, С. Н. Алексеев и др. - М.: Стройиздат, 1980. - 536 с.

71. Котуков А.О. О теплоемкости связанной воды / О. А. Котуков // Коллоидный журнал. - 1936 - Т. 2. - № 4. - С. 293-296.

72. Кульчицкий Л.И. Физико-химические основы формирования свойств глинистых пород / Л. И. Кульчицкий, О. Г. Усояров. - М.: Недра, 1981. -178 с.

73. Кунце X.- И. Методы физических измерений / X.- И. Кунце. - М.: Мир, 1989.-216 с.

74. Левин А.И. Автоматизация натурных испытаний труб и сосудов высокого давления и перспективы ее развития / А. И. Левин, 3. Е. Петров, С. П. Федоров // Испытания металлических материалов и конструкций при климатических низких температурах: Сб. научных трудов. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО АН СССР, 1990. - С. 18-21.

75. Левшина Е. С. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи / Е. С. Левшина, П. В. Новицкий. — Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 320 с.

76. Лыглаев А. В. Методика низкотемпературных испытаний труб и сосудов давления / А. В. Лыглаев, Т. С. Сосин // Испытания металлических материалов и конструкций при климатических низких температурах. — Якутск: Изд-во ЯНЦ СО АН СССР, 1990. - С. 1-13.

77. Лыков A.B. Теория теплопроводности / А. В. Лыков. - М.: Высшая школа, 1967.-599 с.

78. Макаров В. И. Термосифоны в северном строительстве / В. И. Макаров. -Новосибирск: Наука, 1985 - 167 с.

79. Масленкова И. GSM/GPRS технологии в системах промышленной

автоматики / И. Масленкова, А. Команцев // Control Engineering, - 2008. -декабрь - С. 2-6.

80. Мелентьев П. В. Приближенные вычисления / П. В. Мелентьев. - М.: Физматгиз, 1962. - 388 с.

81. Методика исследования ветвления трещины при низкотемпературных натурных исследованиях / В. А. Иванов, К. Н. Большее, А. А. Алексеев и др. // Научное приборостроение. - 2010 - Т. 20, - № 2. - С. 120- 125.

82. Методы определения теплопроводности и температуропроводности / А. Г. Шашков, Г. М. Волохов, Т. Н. Абраменко и др. - М.: Энергия, 1973. - 336 с.

83. Миронов С. А. Бетоны твердеющие на морозе / С. А. Миронов, А. В Лагойда. - М.: Стройиздат, 1975. - 264 с.

84. Миснар А. Теплопроводность газов, жидкостей , твёрдых тел и их композиций / А. Миснар. - М.: ИЛ, 1967. - 412 с.

85. Натурные испытания магистральных труб и сосудов высокого давления / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Промышленная теплотехника. - 2014 - Т. 1. № 36. - С. 80-90.

86. Натурные испытания труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, 3. Е. Петров и др. // Материалы X Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современных наук — 2014», Секция «Технические науки». - Перемышль, 2014. - С. 16-25.

87. Нерсесова 3. А. Инструктивные указания по определению количества незамерзшей воды и льда в мерзлых грунтах / 3. А. Нерсесова // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. — 1954 — №2.-С. 55-77.

88. Нерсесова З.А. Калориметрический метод определения льдистости грунтов / 3. А. Нерсесова // Материалы по лабораторным исследованиям грунтов. - 1953 - № 1. - С. 77-85.

89. Нерсесова З.А. Фазовый состав воды в грунтах при замерзании и

оттаивании / 3. А. Нерсесова // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. - 1953. - № 1. - С. 37-51.

90. Новиченок Л. Н. Теплофизические свойства полимеров / Л. Н. Новиченок, 3. П. Шульман. - Минск: Наука и техника, 1971. - 120 с.

91. Оделевский В. И. Расчёт обобщённой проводимости гетерогенных систем / В. И. Оделевский // Журнал технической физики. - 1951 - Т. 21. - № 6. С. 667-685.

92. Определение пороговых концентраций наполнителей в композициях на основе политетрафторэтилена / Н. А. Коваленко, Ю. П. Козырев, О. А. Адрианова и др. // Сб.: Вязкоупругие свойства полимеров при низких температурах. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1979. - С. 19-25.

93. Осетинская Т. Д. Устройство для измерения теплопроводности монокристаллов алмаза / Т. Д. Оситинская, В. А. Цендровский, А. С. Вишневский // Инженерно-физический Журнал. - 1977 - Т. 32. — № 4. -С. 620 - 640.

94. Особенности применения полупроводниковых тензо- и барорезисторов на основе сульфида самария / В. В. Каминский, А. А. Молодых, В. А. Иванов // Научное приборостроение.-2011 - Т. 21. - № 2. - С. 120-126.

95. Особенности свойств полупроводниковых тензо- и барорезисторов на основе сульфида самария / В. В. Каминский, С. М. Соловьев, В. А. Иванов //Материалы VI Международной научноя конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций». - Оренбург, 2010. - С. 261-269.

96. Перминов О. Н. Программирование на языке Паскаль. - М.: Радио и связь, 1988.-221 с.

97. Пермяков П. П. Математическое моделирование техногенного загрязнения в криолитозоне / П. П. Пермяков, А. П. Аммосов. -Новосибирск: Наука, 2003. - 224 с.

98. Петров 3. Е. Построение систем автоматизации физического эксперимента: Дис. докт. техн. наук - Якутск, 2001. - 270 с.

99. Петров 3. Е. Способ подключения тензометрической системы СИИТ-2 к персональному компьютеру / 3. Е. Петров, В. А. Иванов // Тезисы докладов всероссийской конференции "Космо- и геофизические явления и их математические модели". - Якутск, 2002. - С. 123-125.

100. Пехович А.И. Основы гидроледотермики / А. И. Пехович. - JL: Энергоатомиздат, 1983. -200 с.

101.Платунов Е.С. Теплофизические измерения в монотонном режим / Е. С. Платунов. — Л.: Энергия, 1973. - 142 с.

102. Преобразователь сигналов тс и тп прецизионный «ТЕРКОН». Руководство по эксплуатации. - Томск: Термекс, 2009.

103. Применение барорезисторов из моносульфида самария при проведении теплофизических экспериментов / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Вестник МАХ. - 2014 - № 3. - С. 15-21.

104. Применение технологии IBDL для мониторинга температурного режима грунтов / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Приборы. -2013-№ 6.-С. 14-20.

105. Результаты мониторинга температурного режима грунтов фундамента стадиона «Триумф» / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Труды VIII Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники». - Киев, 2013. - С. 204-214.

106. Результаты мониторинга температурных полей в основании фундамента стадиона «Триумф», г. Якутск / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов и др. // Вестник МАХ. - 2014 - № 1. - С. 27-30.

107. Результаты натурных испытаний труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, 3. Е. Петров и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2014 - Т. 80. - № 10. - С. 53-56.

108. Св. о per. прогр. ЭВМ № 2014617508 РФ. Программа для измерения температуры и давления с использованием термопар и полупроводниковых датчиков на основе моносульфида самария / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов // Опубл. 24.07.2014.

109. Сергеев O.A. Метрологические основы теплофизических измерений / О.

A. Сергеев. - М.: Изд-во стандартов, 1972. - 156 с.

110. Система автоматизации натурных испытаний труб и сосудов высокого давления / В. А. Иванов, В. М. Ефимов, 3. Е. Петров и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, - 2014 - Т. 80. - № 9. - С. 67-71.

111. Система измерительная тензометрическая СИИТ-2. Руководство по эксплуатации. - Краснодар, 1983. - 92 с.

112. Система компьютерно - измерительная «АК 6.25», Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М., 1997. - 14 с.

113. Система контроля и сбора данных АК-9.02, Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - М., 2004. - 10 с.

114. Система мониторинга температуры и давления в сетях водоснабжения г. Якутска / К. Н. Большев, В. А. Иванов, А. А. Степанов, Г. Р. Варфоломеев // Водоснабжение и санитарная техника. - 2013 - № 12. - С. 70-76.

115. Степанов А. В. Влияние противоморозной добавки на структурные и массообменные свойства бетонов / А. В. Степанов, А. М. Тимофеев, О. Н. Кравцова // Труды VIII Всесоюзной конференции «Теплофизические свойства веществ». - Новосибирск, 1988. - Т. II. - С. 24.

116. Степанов А. В. Влияние циклов замерзания-оттаивания на тепломассообменные свойства криогенных грунтов / А. В. Степанов, А. М. Тимофеев, О. Н. Кравцова // Материалы I Международной конференции «Криопедология» (Криогенные почвы: Влияние криогенеза на процессы и особенности почвообразования). - Пущино, 1992. - С. 103106.

117. Теплофизические измерения и приборы / Е. С. Платунов, С. Е. Буравой,

B. В. Курепин и др. / под общ. ред. Е. С.Платунова. - JL: Машиностроение, 1986. -256 с.

118. Теплофизические измерения. Учебное пособие / Е. С. Платунов, И. В. Баранов, С. Е. Буравой и др. - СПб: СПбГУНиПТ, 2010. - 738 с.

119. Термопреобразователи ТСМУ-205-Н, ТСПУ-205-Н, ТХАУ-205-Н [Электронный ресурс] - URL: http://www.elemer.ru/production/temperature/ txxu/txxu_205n.php (25.03.2013).

120. Термостат жидкостный низкотемпературный «КРИО-ВТ-05-01». Руководство по эксплуатации. - Томск: Термекс, 2009.

121. Тимофеев А. М. Разработка методов определения и исследование теплофизических свойств промерзающих-протаивающих горных пород (на примере месторождений Якутии): Дис... канд. техн. наук — Якутск, 1986.- 178 с.

122. Тимофеев A.M. Методика комплексного определения теплофизических свойств материалов в зависимости от температуры / А. М. Тимофеев, П. И. Филиппов // Бюллетень научно-техн.информации. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1974. - С. 20-24.

123. Тимофеев A.M. Методы и результаты исследования тепломассообменных свойств и температурно-влажностного режима многокомпонентых систем с фазовыми переходами: Дисс. докт. техн. наук -Якутск, 2007. - 316 с.

124. Томпкинс У. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC / У. Томпкинс, У. Уэбстер. - М.: Мир, 1992. - 592 с.

125. Троянский В. М. Система КАМАК и задачи, связанные с ее использованием в АСУ ТП / В. М. Троянский // Приборы и системы управления. - 1976 -№ 3. - С. 1-12.

126. УСО — устройства связи с объектами серии 3JIEMEP-EL-4000 [Электронный ресурс] - URL: http://www.elemer.ru/production/uso/ (25.03.2013).

127. Установка УКТ-3 для измерения теплопроводности и контроля качества алмазов, описание. - М., 1991. - 12 с.

128. Фазовый переход раствора в бетонах при отрицательных температурах / А. В. Степанов, В. А. Иванов, А. М. Тимофеев и др. // Труды VIII Всесоюзной конференции «Теплофизические свойства веществ». —

Новосибирск. 1988. - Т. II. - С. 209-210.

129. Фазовый состав влаги в мерзлых породах / Е. Д. Ершов, Ю. П. Акимов, В. Г. Чеверев и др. - М.: Изд-во МГУ, 1979. - 190 с.

130. Фазовый состав поровой влаги в бетонах с противоморозной добавкой. / А. В. Степанов , А. М. Тимофеев, В. А. Иванов и др. // Труды VIII Всесоюзной конференции «Теплофизические свойства веществ». -Новосибирск, 1988. - Т. II. - С. 26.

131. Федорова Г.Д. Бетоны и их свойства для монолитных конструкций, возводимых в районах крайнего севера: автореф. дис. канд. техн. наук / Галина Дмитриевна Федорова. - М., 1993. - 26 с.

132. Федорова Г.Д. Применение комплексных химических добавок при изготовлении монолитных и сборных железобетонных конструкций в г. Якутске / Г. Д. Федорова, О. И. Матвеева, Л. Г. Хаустова // Труды Всесоюзной конференции Обеспечение качества железобетонных конструкций в суровых климатических условиях и вечномерзлых грунтах. -Якутск, 1988.-С. 12-14.

133. Филиппов П. И. Влияние циклического замораживания-оттаивания на теплофизические характеристики грунтов / П. И. Филиппов, А. В. Степанов, А. М. Тимофеев // Сб: Разработка методов тепловой защиты для инженерных сооружений на Крайнем Севере. — Якутск: Изд-во ЯГУ, 1983.-С. 78-85.

134. Франчук А. У. Теплопроводность строительных материалов в зависимости от влажности / А. У. Франчук. — М.: Стройиздат, 1941.-107 с.

135. Хладостойкая сталь повышенной прочности 09ХГ2СЮЧ для сварных сосудов высокого давления / С. В. Егорова, А. В. Юрчишин, Е. Н. Солина и др. // Автоматическая сварка. - 1992 - № 9-10. - С. 37-42.

136. Хладостойкость и прочность крупногабаритных тонкостенных элементов конструкций / А. В. Лыглаев, С. П. Федоров, А. И. Левин и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 1998 - Т. 64. - № 6. -

С. 52-55.

137. Чеверев В. Г. Физико-химическая теория формирования массообменных и тепловых свойств криогенных грунтов: Автореф. дис... докт. геол.- мин. наук / В. Г. Чеверев. - М., 1999. - 40 с.

138. Чудновский А. Ф. Теплообмен в дисперсных средах / А. Ф. Чудновский. -М.: Гостехиздат, 1954. - 444 с.

139. Чудновский А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов / А. Ф. Чудновский. - М.: Физматгиз, 1962. - 456 с.

140. Шкловский Б.М. Теория протекания и проводимость сильно неоднородных сред / Б. М. Шкловский, A. JI. Эфрос // Успехи физических наук. - 1975- Т. 117.-№ 3. - С. 401-433.

141. 1-Wire [Электронный ресурс] - URL: http://www.elin.ru/l-Wire/ (15.04.2014).

142. Al-Ajlan S. A. Measurements of thermal properties of insulation materials by using transient plane source technique / S. A. Al-Ajlan // Applied Thermal Engineering. - 2006 - No. 26 - pp. 2184-2191.

143. Deissler R. G. Thermal Conductivity of mixtures / R. G. Deissler, J. S. Boegli //Trans.ASME.- 1958-No. 80.

144. Field J. E. The Properties of Diamond / J. E. Field. - London: Academic Press, 1992.-674 pp.

145. Fox B. S.. In-pile thermal conductivity measurement methods for nuclear fuels / Brandon S. Fox // All Graduate Theses and Dissertations. Paper 660. 2010.

146. Fracture mechanisms during crack branching. Part 2. Steel / A. A. Alexeev, A. S. Syromyatnikova, V. A. Ivanov, K. N. Bolshev // World Applied Sciences Journal. - 2013 - Vol. 24 - No. 4. - pp. 421 -428.

147. Gustafsson S.E. Transient hot-strip method for simultaneously measuring thermal conductivity and thermal diffusivity of solids and fluids / S. E. Gustafsson, E. Karawacki, M.N. Khan // Journal of Physics D: Applied Physics.- 1979-Vol. 12.-pp. 1411-1421.

148. Hammerschmidt U. Transient Hot-Bridge Sensor to Measure Thermal Conductivity, Thermal Diffusivity, and Volumetric Specific Heat / U. Hammerschmidt, V. Meier // International Journal of Thermophysics. - 2006 -Vol. 3. - No. 27. - pp. 840-865.

149. Hashimoto T. Effects of Soil Freezing and thawing on the Bacterial Population in the Wheat Rhizosphere / T. Hashimoto, T. Nitta // Proc.of the International Symposium of Physics, Chemistry, and Ecology of Seasonally Frozen Soils. -Fairbanks, 1997. - pp. 488-492.

150. Ногу M. Statistical theory of Effective Electrical, Thermal and Magnetic Properties of Randomly Packed Heterogeneous Mixtures / M. Hory, F. Yonezava // Journ. Math. Phys. - 1975 - No. 16. - pp. 352-360.

151. Hsu K.L. Thermal conductivity of polytetrafluoroethylene / K. L. Hsu, D. E. Kline, J. H. Tomlinson // J. Appl. Pol. Sci. - 1965 - No. 9. - pp. 3567-3574.

152. iButtonDataLoggers [Электронный ресурс] - URL: http://www.elin.ru/iBDL/ ?topic=whatis (15.04.2014).

153.Kemmey P. J.. Physical Properties of Diamonds / P. J. Kemmey, P. T. Wedepohl. - Oxford: Clarendon Press, 1965.

154. Lehrsch G.A. Aggregate Stability Response to Freeze-Thaw Cycles / G. A. Lehrsch // Proc. of the International Symposium of Physics, Chemistry, and Ecology of Seasonally Frozen Soils. - Fairbanks, 1997.-pp. 165-171.

155. Lichtenecker K. Mischk orpertheori als Wahrscheinlichkeitsproblem / K. Lichtenecker // Phys. Z., - 1929 - No. 30. - pp. 805-809.

156. Rayleigh S. R. On influence of obstacles arranged in rectangular order upon the properties of medium / S. R. Rayleigh // Phil. Mag and Journ. of Science. -1982-No. 34.-pp. 481-485.

157. Sabuga W. A new method for the evaluation of thermal conductivity and thermal diffusivity from transient hot strip measurements / W. Sabuga, U. Hammerschmidt // International journal of thermophysics. - 1995. - Vol. 16. — No. 2.-pp. 557-565.

158. Scada Trace Mode 6 [Электронный ресурс] - URL: http://www.adastra.com (08.12.2010).

159. Temperature and Humidity Data Logging [Электронныйресурс] - URL: http:/ /www.maximintegrated.com/products/ibutton/data-logging/ (25.03.2013).

160. The results of the temperature field monitoring at the foundation of "triumph" stadium in Yakutsk, Russia / K. N. Bolshev, V. A. Ivanov, M. P. Lebedev, A. A. Stepanov, A. M. Timofeev // Journal of Engineering of Heilongjiang University. China. - 2014. - Vol. 5. - No. 3 - pp. 266-269.

161. Thermal conductivity of isotopically modified single crystal diamond /Lanhua Wei, P. K. Kuo, R. L. Thomas, T. R. Anthony, W. F. Banholzer // Physical Review Letters. - 1993. - Vol. 70. - No. 24. - pp. 3764-3767.

162. Yi M. Micromachined Hot-wire Thermal Conductivity Probe for Biomedical Applications / M. Yi, H V. Panchawagh, R. J. Podhajsky, R. L. Mahajan // Transactions on biomedical engineering. - 2009 - No. 10. - pp. 2477-2484.

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

УТВЕРЖДАЮ:

^^Варфоломеев Г.Р.

Акт о внедрении

Автоматизированный комплекс диспетчерского контроля температуры и давления диктующих точек сетей ОАО «Водоканал» разработан по договору № Т-1101/1 в Институте физико-технических проблем Севера СО РАН (Научный руководитель - к.т.н., с.н.с. Иванов В.А. Исполнители: к.т.н., н.с. Большев К.Н., вед. инженер Степанов A.A.) и внедрен, как результат законченной научно - исследовательской работы, в 2012 г. в сетях водоснабжения г. Якутска.

Основные результаты работы: Разработан Автоматизированный комплекс диспетчерского контроля температуры и давления диктующих точек сетей ОАО «Водоканал» по 6 диктующим точкам, которые включают:

Определение температуры н давления в трубопроводе - основная задача комплекса, для получения численных значений параметров на объектах наблюдения установлены высокоточные промышленные датчики температуры и давления с унифицированным сигналом 4..20 мА.

Индикация значений температуры и давления на объектах - для наблюдения за параметрами непосредственно на объектах установлены индикаторы с цифровым табло отображающие значения давления и температуры.

Днстанцноннын централизованный сбор данных - осуществляется специально разработанным приложением автоматически в режиме регулярного опроса с заданным промежутком по времени.

Хранение архива данных - все полученные данные, а также данные о конфигурации комплекса, точках опроса, расписании хранятся в базе данных комплекса.

Визуализация данных - собранные данные представлены в виде мнемосхемы - карты сетей водоснабжения с отображением последних полученных значений на ней с привязкой к точкам на карте. Также есть возможность просмотра архивных данных с усреднением по часам и по суткам в виде графиков и таблиц.

Экономический эффект внедрения составляет

Председатель комиссии Члены комиссии:

УТВЕРЖДАЮ: ДиректбрООО НВЦ «Геотехнология» п?' г^у Попенко Ф. Е.. vgO января Jo 14 г.

Акт внедрения.

Работа «Мониторинг температурного режима грунтов объекта «Строительство универсального спортивного комплекса» выполнена по договору № Т/10-01 в Институте физико-технических проблем Севера СО РАН (Научные руководители - д.т.н. зав. отделом Тимофеев A.M., к.т.н., с.н.с. Иванов В.А. Исполнители: к.т.н., н.с. Большее К.Н., вед. инженер Степанов A.A.) и внедрена в 2010 г., как результат законченной научно -исследовательской работы, на объекте ООО НВЦ «Геотехнология» крытый стадион «Триумф» г. Якутска.

Основные результаты работы: Разработана и апробирована методика мониторинга температурного режима грунтов, получены данные по мониторингу, позволяющие оценить влияние охлаждающих установок на распределение температуры по глубине грунта.

Работы по мониторингу продолжаются.

Экономический эффект внедрения составляет ^ р. в год.

Председатель комиссии Габышев B.C. Члены комиссии: Быков М.А.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ НЕФТИ И ГАЗА

СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

(ИПНГ СО РАН) Н 677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1 в (4112)390 620; факс [phone] В Е-таП: [e-mail]

К.т.н., с.н.с. ИФТПС СО РАН Ивановым В.А., исследованы теплофизические свойства наполненных фторопластов марки ФН-3, ФН-202, АМИП-15М, а также фторопласты , наполненные коксом (ФК), дисульфидом молибдена (ФМ) и мелкодисперсным алмазным порошком, с различными концентрациями наполнителя, в зависимости от температуры на автоматизированных приборах ИТ-А.-400, ИТ-С-400 и методом начальной стадии нагрева, а также сами наполнители (мелкодисперсные - кокс, дисульфид молибдена и ултрадисперсные наполнители - нитрид кремния, нитрид кремния - оксид иттрия, р-сиалон и сиалон 8-46Р1) методом квазистационарного непрерывного нагрева.

Разработана автоматизированная установка контроля и управления процессом спекания фторопластовых изделий по заказу Кирово - Чепецкого химического комбината.

Результаты, экспериментальных исследований внедрены и применены при математическом моделировании узлов трения, саморегулирующихся нагревателей, разработке и изготовлении износо- и термостойких антифрикционных материалов, а также деталей машин и механизмов из этих

№

На

от

Акт внедрения

Сафронов А.Ф.

ООО «Якутгазпроект»

677000, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Курашова, 46, офис 45, тел/факс 43-39-33» e-mail: [e-mail]

№995 от 17.10.2013 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Результаты научных работ коллектива авторов в составе с.н.с., к.т.н. Алексеева Анисия Анисиевича, с •Н.С., к.т.н. Иванова Василия Алексеевича, Н.С., к.т.н. Болыиева Константина Николаевича, ведущего инженера Степанова Анатолия Анатольевича из Института Физико-Технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН использовались для причинно-следственного анализа повреждений и разрушений газопроводов, сведения которых учитывались при проектировании объектов нефтяной и газовой промышленности.

Решение комплекса проблем промышленной безопасности на магистральных газопроводах, газораспределительных станциях в Республике Саха (Якутия) осуществляется с учетом результатов натурных испытаний, проведенных коллективом авторов.

Генеральный директор

В. А. Харчик

Миронов С.А.

8(4112)219-444 доб.306

Открытое акционерное общество «Якутский Государственный проектный, научно-исследовательский

пне пну! строительства» ОАО «Я к у т II II И И С»

(>77<)(Н).| Як\кк.\ I Д 1ср<ки1н.ко1о. 20. -ъф (8-111-2) 45-22-95, i -mail: Yapnns и mail ru

«05 »июня 2014г. №01/387

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Результаты научно-исследовательских работ «Автоматизация установки ИТСМ-1» и «Автоматизированный комплекс для измерения теплопроводности методом цилиндрического зонда постоянной мощности», проведенных в ИФТПС СО РАН (научный руководитель, к.т.н., с.u.c. Иванов В.А., исполнители к.т.н., u.c. Большее К.Н., ведущий инженер Степанов A.A.), внедрены в ОАО «ЯкутПНИИС».

Основные результаты работы: Автоматизирована и компьютеризирована установка ИТСМ-1, разработан метод измерения теплопроводности методом цилиндрического зонда постоянной мощности на начальной стадии разогрева, разработан соответствующий измерительный комплекс и произведена его апробация. С помощью автоматизированных установок произведены измерения теплопроводности строительных материалов

ТРАНСНЕФТЬ - ВОСТОК

у*. Олимпийская, л. 14; г. Ьраюк. ж р. Энергетик. Россия: 665734; тел.: [phone]; факс [phone]; www.vostoknefteprovod.ru

ОКПО 77644601; ОГРН 1063801003617: ИНН/КПП 3801079671/997150001

В ответ на Ваш устный запрос подтверждаем, что исследования теплофизических свойств фунтов, отобранных на линейной части МН ВСТО-1 в количестве 39 образцов, проводились в рамках договора №644/48-13 от 22.04.13г. между ООО «Транснефть-Восток» и ООО «ИФТПС-ГЕОДЕЗИЯ» сотрудниками отдела тепломассообмена ИФТПС СО РАН (научный руководитель к.т.н., с.н.с. Иванов В.А., исполнители к.т.н., н.с. Большее К.Н., ведущий инженер Степанов АА), с применением автоматизированных установок квазистационарного теплового режима и двухточечного зондирования.

В ходе исследований были определены:

- теплопроводность фунта в талом состоянии;

-теплопроводность грунта в мерзлом состоянии;

- объемная теплоемкость грунта в талом состоянии;

- температура замерзания-оттаивания поровой влаги;

- влажность образцов.

Результаты исследований используются для мониторинга и прогнозирования ореола оттаивания и несущей способности фунтов на участках прокладки магистрального нефтепровода ВСТО-1.

Директору ИФТПС СО РАН

профессору

М.П.Лебедеву

Уважаемый Михаил Петрович!

В.А. Бронников