ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
3422
Согласно известному способу фильтры6 загруженные МИУ гарантированно обеспечивают снижение концентрации нефтепродуктов в среднем до 0,1 мг/л только при соблюдении регламентированных технологических и конструктивных параметров фильтрования и начальной концентрации нефтепродуктов в фильтруемой воде не высше 1,5 мг/л. В необходимых случаях дополнительную доочистку можно обеспечить, используя на последней стадии фильтрования активированный уголь.Минимальная концентрация нефтепродуктов после активированного угля в пределах 0,02-0,15мг/л.
Недостатком этого способа является то, что он не снижает содержание нефтепродуктов в очищенной воде до предельно допустимой для сброса стоков рыбохозяйственные водоемы концентрации 0,05мг/л, вследствие чего возникает необходимость в многоступенчатом фильтровании, что значительно удорожает способ очистки.
Основной задачей, является повышение эффективности очистки для достижения концентрации нефтепродуктов в очищенной воде 0,05мг/л при одновременной интенсификации процесса и снижении стоимости очистки.
Для достижения этого в способе очистки сточных вод от нефтепродуктов можно использовать в качестве сорбента материал природного происхождения, обеспечивающий требуемую степень очистки от растворенных нефтепродуктов в одной ступени фильтрования.
Очистка сточных вод от нефтепродуктов включает предворительную механическую очистку и доочистку фильтрованием через слой неподвижного сорбента, фильтрование ведут слой измельченного природного минерала апатита.
Литературы
1.Дауренбек Н.М., Сатаева Г.Е. «Экологические проблемы производства и потребления нефтепродуктов».Учебник.С.64-65
2.Сатаева Г.Е. «Мұнай,газ және кӛмірді ӛндіру мен тұтынудың экологиялық мәселелері»- 2006, С.24-25
3. http://cyberleninka.ru/article/n/sorbtsionnye-materialy-dlya-ochistki-stochnyh-i-prirodnyh-vod- ot-nefteproduktov#ixzz2sGlLa5xs
УДК 666.198
МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ С ПОМОЩЬЮ ЭНЕРГИИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
Шеховцов Валентин Валерьевич [email protected]
Студент 4 курса кафедры «Прикладная механика и материаловедение»
Томского Государственного Архитектурно-Строительного Университета Научный руководитель – О.Г. Волокитин
На рынках отделочных материалов все большее число потребителей отдают свои предпочтения изделиям из древесины, нежели искусственным продуктам. Этот факт легко объясним: дерево изначально является экологически чистым продуктом и имеет значительные преимущества в эстетическом виде. Более того, древесина в отличие от металлов и сырья для пластмасс является восстанавливаемым ресурсом, запасы которого при грамотном использовании оказываются неисчерпаемыми.
Разбухание древесины во влажной среде и ее подверженность воздействию грибкам и различным биологическим поражениям привели к необходимости предварительной обработки ее поверхности. Решением этих проблем является использование энергии низкотемпературной плазмы для создания защитно-декоративного покрытия на поверхности
3423
любых пород древесины. После обработки материал остается таким же экологически чистым, каким был до процесса обработки. Одновременно улучшаются его физико- механические характеристики и декоративные свойства.
При воздействии на поверхность изделий из древесных пород низкотемпературной плазмой происходит образование полированного слоя, обладающего высокими эксплуатационными свойствами: снижение водопроницаемости; уничтожение грибковых заболеваний древесины, плесени; прекрасное проявление текстуры древесины и цвета (золотисто-коричневый); повышенная стойкость к истиранию.
Применение среды низкотемпературной плазмы позволяет модифицировать поверхность древесины и получить тончайшую функциональную (гидрофобную) пленку, которая улучшает физические свойства материала и не пропускает жидкость. Кроме того, скорость обработки поверхности составляет 1-2 с, что снижает энергозатраты и делает процесс создания защитно-декоративного покрытия экономически выгодным.
В связи с этим целью данной работы явилось:
– разработка устройства, обеспечивающего создание защитно-декоративного покрытия на поверхности древесины с использованием энергии низкотемпературной плазмы;
– проведение исследований распределения температурных полей по сечению обрабатываемого изделия и сравнения полученных расчетных результатов с экспериментальными данными.
Эксперименты по обработке древесины проводились на электроплазменной установке [1].
Установлено, что глубина слоя модифицированного плазмой составляет 1-2 мм, она зависит от мощности плазмотрона и скорости обработки. Значение толщины слоя пропорционально глубине проникновения опасных температурных полей, при которых происходит деструкция материала. Оптимальными режимами обжига с целью получения необходимых эксплуатационных характеристик обрабатываемой поверхности являются величины теплового потока 1,8-2,6·106 Вт/м2 и времени воздействия 1-2 с.
После плазменной обработки древесины поверхность окрасилась и приобрела темный, золотисто-коричневый цвет, при этом очень хорошо проявилась текстура породы, и стали более заметными годичные кольца, содержание влаги в древесине обработанной плазмой, сократилось. Поверхность после обработки является более устойчивой к появлению грибков, плесени и других пороков древесины за счет удаления подходящей для их формирования среды, кроме того, образцы древесины после термической обработки впитывают воду в несколько раз медленнее, чем исходные породы [2].
Несмотря на то, что вопросам взаимодействия плазмы с твердым телом посвящен ряд работ [1-4], в них практически отсутствуют сообщения по определению температурных полей по сечению обрабатываемого низкотемпературной плазмой материала из дерева при разных значениях мощности дугового разряда. В данном разделе проведено исследование температурных полей по сечению обрабатываемого изделия. Необходимость установления значений температур по сечению изделия связано с изучением физико-химических превращений, происходящих в основе изделий при тепловом воздействии, которые определяют прочность сцепления покрытий с основой, химическую стойкость, водопоглощение и морозостойкость. При обработке поверхности деревянного изделия низкотемпературной плазмой были приняты два допущения:
1) тепловой поток одновременно воздействует на всю поверхность изделия;
2) тепловой поток воздействует на поверхность изделия в данной точке в момент прохождения столба электрической дуги, при этом электрическая дуга рассматривается как поверхностный источник тепла конечной ширины (пятно контакта) с однородным распределением плотности теплового потока.
Принятое в первом случае допущение [3] связано с малостью времени теплового воздействия, не превышающего 1 с, и с достаточно большой теплоинерционностью изделия (Bi = 1,2’15,4). При постоянных теплофизических свойствах изделия задача определения
3424
температурного поля в нем сводится к решению безразмерного уравнения теплопроводности (схема области взаимодействия потока приведена на рис.
1.). Рис. 1. Схема объекта математического моделирования: 1 – образец материала
(исследуемый объект); 4 - направление движения теплового потока; q(х, t) – распределенный тепловой поток (источник контрольного воздействия); dпк – диаметр теплового пятна
Рассматривается краевая задача высокотемпературного теплопереноса при взаимодействии плазменной струи на поверхность обрабатываемого изделия из древесины (рис. 2). В данной схеме приняты следующие обозначения: h – высота пластины; l – продольный размер пластины.
Рис. 2. Схема области решения: uk – вектор скорости перемещения теплового потока; η1
– момент начала теплового воздействия; η2 – момент окончания теплового воздействия
При моделировании процесса взаимодействия предпологалось, что теплофизические характеристики материала пластины не зависят от температуры, радиационный теплообмен на поверхности пластины незначителен, возможные процессы плавления и окисления материала пластины активными компонентами плазменного потока не учитываются, скорость потока дозвуковая, режим течения ламинарный.
В такой постановке анализируемый процесс описывается нестационарным уравнением теплопроводности с подвижным граничным условием воздействия теплового потока на поверхность материала пластины.
Для численного решения поставленной задачи использовался метод конечных разностей [5]. Дифференциальное уравнение (1) аппроксимировалось неявной трехточечной схемой. Диффузионные члены аппроксимировались центральной схемой второго порядка.
Система линейных алгебраических уравнений решалась методом трехточечной прогонки.
Метод и алгоритм численного решения тестировались на последовательности сгущающихся
3425
сеток. Численные исследования проводились при сеточных параметрах, дальнейшее уменьшение которых не приводило к заметным отклонениям результатов вычислений.
Численное исследование процесса теплопереноса между плазменным потоком сканирующем поверхность материала и окружающей средой проведено при следующих значениях параметров: начальной температуры T0 = 300 K, плотность теплового потока плазменного потока q = (1’3)•106 Вт/м2 с поперечным размером пятна контакта dпп=5мм.
Теплофизические характеристики сp = 1.9 Дж/(кг∙град), λ = 1,4 Вт/(м∙град), ρ = 2200 кг/м3. Геометрические характеристики: l = 0,15 м, h = 0,05 м (рис. 3-5).
Рис. 3. Температурное поле в момент времени 0,1 с
Рис. 4.Температурное поле в момент времени 0,5 с
3426
Рис. 5. Температурное поле в момент времени 0,8 с
Сформировавшееся температурное поле, в результате плазменного воздействия, в материале соответствует диапазону температур (200’300)°С в приповерхностном слое глубиной 5 мм от внешней поверхности воздействия. Глубина и температурный диапазон области прогрева обеспечивает формирование гидрофобной пленки на поверхности древесины и препятствует образованию пороков внутри древесины, благодаря интенсивному удалению влаги и лигнина. При этом структура обработанной поверхности является однородной – без наличия трещин, без локальных участков пережога и характеризуется равномерной полимеризацией и архитектурной выразительностью. Полученный материал с новыми свойствами обеспечивается технологией плазменной обработки, а именно двумя параметрами – интенсивностью теплового потока и временем воздействия, которое регулируется скоростью продвижения транспортирной ленты. Рассматриваемые параметры технологии были определены серией теоретических экспериментов оптимальные результаты, которых были экспериментально подтверждены результатами физико- механических и физико-химических исследований структуры и поверхности материала.
Полученные параметры плазменной обработки позволяют в качестве исходных изделий использовать древесину любых пород.
Работа частично поддержана грантом Президента РФ МК-2330.2013.8 Список использованных источников
1. Волокитин О.Г. Перспективы технологии создания защитно-декоративных покрытий на поверхности древесины с использованием плазменной технологии / О.Г.
Волокитин, Н.А. Цветков, Г.Г. Волокитин // Вестник ТГАСУ. – 2012. – №1 . – С. 112- 116.
2. Способ получения защитно-декоративного покрытия на древесине. Заявка на выдачу патента регистрационный № 2012104467. Приоритет от 08.02.2012.
3. Волокитин Г.Г Плазменные технологии в строительстве / Волокитин Г.Г., Скрипникова Н.К., Шиляев А.М., Петроченко В.В. – Томск: Изд-во Том. гос. Архит.- строит. ун-та, 2005. – 291 с. ISBN 5-93057-149-X
4. Никифоров А.А., Скрипникова Н.К., Маслов Е.А., Волокитин О.Г. Исследование плазменной технологии получения силикатных тугоплавких расплавов // ТиА. 2009.
Том 16. № 1. С. 159 – 163.
5. Калиткин Н.Н. Численные методы. – М.: Наука, 1978. – 512 с.
