Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях

ФРАКТАЛЬНИЙ ПІДХІД ДО ПРОГНОЗУВАННЯ КРИТИЧНИХ СТАНІВ ВУЗЛІВ МЕРЕЖІ

2025-10-15T22:20:19+03:00

Представлено новий підхід до прогнозування критичних станів вузлів сенсорної мережі на основі фрактального аналізу енергетичних характеристик. Проблема забезпечення надійного функціонування сенсорних систем у складних умовах експлуатації є ключовою для сучасних телекомунікаційних технологій, адже більшість вузлів таких мереж характеризуються обмеженим енергетичним ресурсом. Традиційні методи оцінки часу життя мережі ґрунтуються на інтегральних показниках споживання енергії, однак вони не враховують динаміку та складні коливальні процеси, що передують деградації вузлів. Обґрунтовано застосування фрактального підходу для виявлення прихованих закономірностей у зміні енергетичних сигналів сенсорних вузлів, зокрема через аналіз Хьолдерових експонент, які характеризують локальну гладкість енергетичного сигналу та дозволяють оцінити ступінь його регулярності. Запропонований метод дозволяє визначати нестійкі режими енергоспоживання ще до досягнення критичних рівнів залишкової енергії. Зниження значень Хьолдерової експоненти інтерпретується як ознака переходу системи до хаотичного режиму, що свідчить про наближення вузла до критичного стану. На основі отриманих фрактальних характеристик побудовано функцію ризику, яка поєднує поточний рівень енергії вузла та ступінь локальної нерегулярності сигналу. Така функція забезпечує формування карти ризиків у масштабі всієї мережі, що дає змогу візуалізувати загальну динаміку деградаційних процесів і своєчасно ініціювати коригувальні дії – наприклад, зміну топології або перенаправлення трафіку. Результати експериментального моделювання показали, що застосування фрактального аналізу дозволяє виявляти потенційно нестабільні вузли в середньому на 26% раніше, ніж за класичними пороговими критеріями. Отримані дані свідчать про значне підвищення ефективності систем прогнозування критичних станів, а також про можливість інтеграції розробленої методики в інтелектуальні системи керування енергоресурсами сенсорних мереж. Таким чином, фрактальний аналіз із використанням Хьолдерових експонент є перспективним інструментом для проактивної діагностики стану сенсорних вузлів, забезпечуючи підвищення надійності, стійкості та тривалості функціонування мережі в автономному режимі.

ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА ДЛЯ ЗАВОДІВ З ВИГОТОВЛЕННЯ МАКАРОННИХ ВИРОБІВ

2025-11-24T21:27:07+02:00

Процес виготовлення макаронних виробів, як і більшість технологічних процесів, потребує постійного контролю на всіх стадіях виробництва. Задачі підвищення точності вимірювань та вірогідності контролю технологічного обладнання постійно ставляться перед розробниками систем. Вирішення таких задач залежить як від підвищення точності обробки первинної інформації, так і від точності обраних сенсорів, що використовуються на окремих ділянках технологічного процесу. Сенсори є важливим компонентом вимірювальних каналів, що входять до складу інформаційно-вимірювальних систем (ІВС). Саме ІВС здатна забезпечити дотримання високої якості макаронних виробів, як найпоширенішого харчового продукту у світі. Тільки в Україні споживання макаронних виробів у середньому становить 6,0 – 7,0 кг на людину на рік, а у деяких країнах ця цифра доходить до 30 кг на людину на рік. Такі цифри пов’язані з тим, що макаронні вироби мають високу харчову цінність, можливістю швидкого приготування та можливість тривалого зберігання без зміни якості. Саме для забезпечення високої якості потреб підприємств із виробництва макаронних виробів представлено розроблену ІВС. Виконання поставленої задачі досягнуто шляхом контролю параметрів технологічного процесу у встановлених інтервалах допуску. Розроблена ІВС здатна отримувати інформацію із ділянок контролю завдяки використанню сучасних високоточних сенсорів, обробляти отриману інформацію з подальшою передачею даних до обчислювальної машини вищого рівня. Система дає можливість попереджати виникнення аварійних ситуацій на об’єкті контролю шляхом швидкого отримання, обробки і передачі поточних значень параметрів контролю для формування виконавчих впливів. Наведено структурну схему ІВС, розглянуто її основні елементи, на підставі вибору яких розроблено електричну принципову схему ІВС. Виконано аналіз похибок по каналам системи, який довів можливість забезпечення високої точності та вірогідності контролю запропонованого варіанту ІВС.

ТОПОЛОГІЧНА НЕВИЗНАЧЕНІСТЬ ТЕТРАЕДРАЦІЇ ЧОТИРИКОМПОНЕНТНИХ ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ СИСТЕМ

2025-11-26T11:39:15+02:00

Проведено аналіз тетраедрації фізико-хімічної системи BaO – MgO – TiO₂ – ZrO₂ з метою дослідження особливостей фазового складу чотирикомпонентних систем. Встановлено, що в концентраційній області, обмеженій точками складів сполук BT₄, ZT, MT₂, MT, B₂Z та BT, існує топологічна невизначеність, яка унеможливлює повну тетраедрацію. Це означає, що неможливо розбити цю область на елементарні тетраедри, вершини яких відповідають точкам складів сполук у термодинамічно рівноважних чотирьохфазних комбінаціях. Дослідження показує, що нететраедровані ділянки не суперечать фізико-хімічним та топологічним закономірностям і залишаються опуклими для забезпечення можливості співіснування певних сполук. Аналіз підсистем та їхньої триангуляцій дозволив виявити, що навіть при коректній триангуляції трьохкомпонентних підсистем можливі внутрішні конноди, що визначають утворення елементарних тетраедрів, проте повне покриття концентраційної області досягається не завжди. Виявлена топологічна невизначеність має як прикладне, так і фундаментальне значення. З прикладної точки зору вона обмежує прогнозування чотирьохфазних комбінацій у синтезованих матеріалах, якщо вихідний склад належить до нететраедрованої області, оскільки можливе одночасне співіснування шести фаз. Фундаментально це свідчить про існування чотирикомпонентних діаграм стану, які не підлягають повній тетраедрації, що обумовлено лише топологічними особливостями розташування сполук у підсистемах та їх взаємозв’язками. Результати дослідження підкреслюють необхідність системного теоретичного аналізу та експериментальної перевірки фазових рівноваг у чотирикомпонентних системах для створення матеріалів із прогнозованими властивостями.

СУЧАСНІ ТЕНДЕНЦІЇ ВИКОРИСТАННЯ СПЕЦІЙ ДЛЯ ІНГІБУВАННЯ ОКИСНЕННЯ ЖИРІВ У ХАРЧОВИХ СИСТЕМАХ

2025-11-17T21:47:18+02:00

Окиснення ліпідів є одним із ключових факторів, що знижують якість і безпечність харчових продуктів, зокрема м’ясних, рибних і жировмісних систем. Унаслідок цього процесу утворюються токсичні сполуки, погіршуються органолептичні характеристики та скорочується термін зберігання продукції. Традиційно для запобігання окисним процесам застосовують синтетичні антиоксиданти, однак зростаючий попит на натуральні інгредієнти, пов'язаний із трендом clean label, стимулює інтерес до використання спецій як джерела природних антиоксидантів. Метою даного огляду є систематизація сучасних наукових даних щодо механізму окиснення ліпідів і можливостей його інгібування за допомогою спецій. Описано хімічну природу автоокиснення жирів, вплив зовнішніх факторів (температура, світло, присутність металів) та структурних особливостей жирових матриць на інтенсивність процесу. Проаналізовано антиоксидантні властивості класичних (розмарин, куркума) і менш поширених (гвоздика, кумін, майоран, сичуанський перець, духмяний перець, базилік) спецій, основні активні компоненти яких належать до групи фенолів, терпенів або ефірних олій. Розглянуто вплив технології екстракції на ефективність антиоксидантів (спиртові, СО₂-екстракти, ефірні олії), фактори стабільності біоактивних речовин, їх поведінку в різних харчових системах (емульсії, маринади, масла), а також перспективи нанотехнологій та синергетичних комбінацій із вітамінами та іншими антиоксидантами. Отримані дані свідчать про високий потенціал спецій як багатофункціональних інгредієнтів, здатних не лише подовжити термін зберігання, а й покращити функціональні та сенсорні характеристики продуктів харчування.

ІНАКТИВАЦІЯ БАКТЕРІЇ РОДУ SARCINA FLAVA ПРИ ДІЇ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ

2025-11-28T14:39:46+02:00

Розглянуто закономірності впливу пероксиду водню на інактивацію клітин Sarcina flava для встановлення науково обґрунтованих рекомендацій щодо параметрів знезараження. Проведено експериментальні дослідження динаміки зміни мікробного числа при обробці водним розчином пероксиду водню в концентраційному інтервалі від 0,15 до 0,60 г/дм³за 15 хвилин експерименту; використано стандартизовані методи відбору проб і визначення життєздатності клітин шляхом культивування на поживних середовищах з подальшим кількісним підрахунком колоній. Показано, що інтенсивність зниження кількості життєздатних клітин залежить від концентрації пероксиду водню і часу експозиції; експериментальні дані ілюструють монотонну редукцію мікробного числа від початкових значень, які становили близько 80000 КУО/см³, до значень, що становлять 100% відсутність життєздатних колоній при максимальній концентрації реагента в інтервалі досліджуваних часових проміжків. Проаналізовано напівлогарифмічну форму залежності відношення поточного мікробного числа до початкового рівня від часу впливу, що дозволило описати процес як кінетичний процес першого порядку; у межах застосованої моделі визначено ефективні константи швидкості руйнування бактерій роду Sarcina flava і виявлено їхній тенденційне зменшення із підвищенням концентрації пероксиду водню. Підтверджено адекватність використаної кінетичної моделі шляхом статистичної апроксимації експериментальних залежностей та аналізу коефіцієнтів детермінації, що свідчить про прийнятний рівень кореляції між теоретичною кривою і отриманими даними. Акцентовано увагу на практичних аспектах застосування пероксиду водню як екологічно прийнятного дезінфектанта: розглянуто питання вибору оптимального співвідношення концентрації і часу обробки для досягнення бажаного 100% ступеня знезараження за мінімально можливих витрат реагента і часу. Показано, що використання кінетичного підходу дозволяє не лише кількісно оцінити швидкість інактивації, але й прогнозувати ефективність обробки при зміні технологічних параметрів.

ІНАКТИВАЦІЯ СПОРОУТВОРЮВАЛЬНИХ ФОРМ BACILLUS SUBTILIS ПРИ ДІЇ ПЕРОКСИДУ ВОДНЮ

2025-11-28T14:09:47+02:00

Досліджено закономірності інактивації бактерій роду Bacillus subtilis під дією водного розчину пероксиду водню із використанням експериментального та кінетичного підходів. Показано, що пероксид водню є ефективним окисником, який спричинює поступову деградацію клітинної структури мікроорганізмів залежно від концентрації реагента та тривалості експозиції. Експериментальні дослідження підтвердили, що вже за короткий проміжок часу відбувається значне зниження життєздатних клітин, а при оптимальних концентраціях реагента 0,6 г/дм³ досягається повне знезараження культури. Застосування різних концентрацій пероксиду водню дозволило простежити закономірності процесу й встановити залежність швидкості інактивації від інтенсивності окисної дії та тривалості контакту з мікроорганізмами. Експериментальні дані були апроксимовані кінетичною прямою першого порядку, що дало змогу визначити ефективні константи швидкості руйнування бактерій роду Bacillus subtilis та підтвердити прямий зв’язок між концентрацією окисника і швидкістю інактивації клітин. Встановлено, що з ростом концентрації окисника константа швидкості зростає від 5,3·10⁻³ с⁻¹ до 11·10⁻³ с⁻¹, що підтверджує залежність швидкості реакції від кількості активних частинок у системі. Модель показала високу точність апроксимації, що дозволяє використовувати її для прогнозування ефективності знезараження за різних умов експозиції. Дослідження показали, що інтенсивність інактивації прямо пропорційна концентрації пероксиду водню та тривалості його дії, що підтверджує можливість регулювання процесу для досягнення повного знищення мікробної популяції. Практичне значення отриманих результатів полягає у створенні надійної основи для оптимізації режимів дезінфекції у харчовій, фармацевтичній та біотехнологічній промисловостях. Пероксид водню демонструє високу ефективність як екологічно безпечний дезінфектант, здатний забезпечити повне знезараження поверхонь, обладнання та рідких середовищ. Використання кінетичного підходу дозволяє прогнозувати кінцевий результат процесу, підвищувати керованість технологічних режимів та мінімізувати ризики виживання мікроорганізмів. Отримані результати підтверджують, що поєднання експериментальних досліджень із кінетичним моделюванням є ефективним методом для визначення оптимальних умов дезінфекції та контролю за процесом знезараження. Це відкриває перспективи для впровадження науково обґрунтованих технологічних рішень у виробництво, забезпечення безпеки продукції та підвищення загальної ефективності санітарно-гігієнічних заходів.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ РОЗДІЛЕННЯ ПОЛІДИСПЕРСНИХ ШЛАМІВ ВУГЛЕЗБАГАЧЕННЯ У ФІЛЬТРАЦІЙНИХ ТА ОСАДЖУВАЛЬНИХ ЦЕНТРИФУГАХ

2025-12-31T02:39:33+02:00

Процеси збагачення вугілля супроводжуються утворенням значної кількості полідисперсних шламів, ефективне розділення та зневоднення яких є важливою технологічною та екологічною проблемою. Одним із перспективних способів вирішення цієї проблеми є використання модульних установок, що поєднують фільтраційні та осаджувальні центрифуги, встановлені послідовно, що дозволяє поетапно вилучати зернисті фракції та зневоднювати продукти різної крупності. Обмеженням широкого впровадження таких технологій є недостатня вивченість впливу параметрів центрифугування на ефективність затримання твердої фази, склад продуктів та ступінь зневоднення полідисперсних шламів вуглезбагачення. Метою роботи було дослідження процесу розділення полідисперсних шламів вуглезбагачення у фільтраційних та осаджувальних центрифугах. Досліджено роботу модуля зневоднення, що складається з фільтруючої центрифуги ФГУ-600 та осаджувальних центрифуги ОГШ-469, на шламах антрациту класу 0–3 мм. Встановлено вплив конструктивних параметрів фільтруючих поверхонь, частоти обертання ротора та конуса, а також режимів подачі пульпи на ефективність затримання твердої фази, гранулометричний склад продуктів розділення та ступінь їх зневоднення. Отримані продукти фільтраційної центрифуги характеризуються низькою вологістю (9-10%) та зниженою зольністю (13-15%), тоді як осаджувальна центрифуга забезпечує ефективне зневоднення дрібніших фракцій до вологості 24,6% при високому вилученні твердої фази. Фугат осаджувальної центрифуги містить мінімальну кількість твердої фази (1,5 г/л) з високою зольністю (72%). На підставі проведених випробувань встановлено, що послідовне використання фільтраційної та осаджувальної центрифуг дозволяє досягти високої ефективності розділення та зневоднення полідисперсних шламів, мінімізувати втрати вугільної фракції та зменшити екологічне навантаження. Проведені дослідження дозволяють визначити оптимальні режими роботи модуля для отримання продуктів із заданими характеристиками.

СУЧАСНІ ПІДХОДИ ДО ОТРИМАННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ ДИСПЕРСНИХ ТИТАНАТІВ У ХІМІЧНІЙ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЧНІЙ ІНЖЕНЕРІЇ

2025-12-31T02:30:31+02:00

Наведено розширений літературний аналіз сучасних наукових досліджень, присвячених синтезу, структурним особливостям та функціональним властивостям дисперсних титанатів лужно-земельних металів, зокрема CaTiO₃, SrTiO₃, BaTiO₃ та MgTiO₃. Розглянуто основні методи одержання нанодисперсних титанатів, включаючи твердофазний синтез, гідротермальні методи, сол-гель технології та Pechini-процеси, а також проаналізовано їхній вплив на фазовий склад, ступінь кристалічності, морфологію частинок і поверхневу активність матеріалів. Узагальнено результати рентгенофазового аналізу, інфрачервоної спектроскопії та електронної мікроскопії, які підтверджують формування перовськітної структури типу ABO₃ з високим рівнем структурної впорядкованості. Показано, що умови синтезу та розмір частинок істотно впливають на питому поверхню, ширину забороненої зони та фотокаталітичну активність титанатів. Особливу увагу приділено взаємозв’язку між морфологічними характеристиками наночастинок і їхньою функціональністю в екологічних, енергетичних та біомедичних застосуваннях. Встановлено, що титанати кальцію, стронцію та барію демонструють високий потенціал як фотокаталізатори для очищення водних середовищ, ефективні наповнювачі полімерних композитів із покращеними діелектричними властивостями та біоактивні матеріали для створення імплантаційних покриттів. Узагальнено сучасні підходи до модифікації структури й поверхні титанатів з метою підвищення їхньої функціональної ефективності, а також окреслено перспективи подальших досліджень, пов’язані з оптимізацією параметрів синтезу, створенням гібридних матеріалів і розробленням масштабованих технологій для промислового впровадження. Окремо проаналізовано роль легування, дефектної структури та поверхневої функціоналізації у регулюванні оптичних, електричних і каталізаторних властивостей титанатів, що відкриває можливості їх цілеспрямованого використання у фотокаталітичних, сенсорних і енергозберігаючих системах. Підкреслено актуальність переходу від лабораторних методик до відтворюваних та ресурсоефективних технологій синтезу.

АНАЛІЗ МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ КОНСТРУКЦІЙ ТА БЛИСКАВКОЗАХИСТУ ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ З ІЗОЛЬОВАНИМИ ПРОВОДАМИ

2025-11-24T09:38:22+02:00

Показано актуальність підвищення надійності та електробезпеки повітряних ліній електропередачі з урахуванням переходу від оголених проводів до самоутримних ізольованих конструкцій низької та середньої напруги. Розглянуто підхід до вибору типів опор і основні принципи розрахунку конструкцій повітряних ліній за методом граничних станів з урахуванням нормального, аварійного та монтажного режимів роботи. Акцентовано увагу на співвідношенні горизонтальних і вертикальних навантажень, впливі вітрового тиску, ваги проводів, тросів, ізоляторів та монтажних пристроїв на розміри елементів опор і фундаментів. Проаналізовано методи вибору площ поперечного перерізу проводів повітряних та кабельних ліній за економічною густиною струму і економічними інтервалами струму, наведено умови перевірки за допустимим нагріванням та втратою напруги для різних класів напруги і конфігурацій мереж. Розглянуто особливості вибору перерізу фазних жил самоутримних ізольованих проводів з урахуванням допустимих температур нагрівання ізоляції з термопластичного і зшитого поліетилену, кількості годин використання максимуму навантаження, механічної міцності та вимог до втрат напруги. Проаналізовано розрахункові випадки ураження повітряних ліній з тросовим захистом блискавкою: прорив через тросовий захист, удар у опору з можливим зворотним перекриттям ізоляції та удар у трос у середині прольоту з пробоєм проміжку трос–провід. Наведено спрощені співвідношення для оцінювання критичного струму блискавки та ймовірності перекриття лінійної ізоляції з урахуванням параметрів опор, тросів і заземлювачів. Розглянуто конструкційні та технологічні особливості улаштування повітряних ізольованих ліній, включаючи типізацію опор, способи їх закріплення, організацію розкочування та натягування самоутримних ізольованих проводів, тросів-лідерів і пресових з’єднувальних затискачів. Підтверджено доцільність застосування нелінійних обмежувачів перенапруг як базового засобу захисту обладнання та ізоляції повітряних ліній від грозових і комутаційних перенапруг у діапазоні напруг від 0,38 до 110 кВ. Узагальнено вимоги до умов експлуатації, кліматичної стійкості, типу ізоляції та конструктивного виконання полімерних і фарфорових обмежувачів перенапруг. Сформульовано рекомендації щодо комплексного поєднання розрахунку конструкцій, вибору перерізів проводів, систем блискавкозахисту та технології монтажу для підвищення надійності і енергоефективності повітряних ліній з ізольованими проводами.

ПІДВИЩЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ РОБОТИ НАСОСНИХ І КОМПРЕСОРНИХ УСТАНОВОК ШЛЯХОМ УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

2025-11-12T21:00:45+02:00

Розглянуто питання підвищення показників якості роботи насосних і компресорних установок шляхом удосконалення систем управління. Доведено, що не зважаючи на вирішення складних наукових задач у цьому напрямі, це питання залишається актуальним. Актуальність обумовлена тим фактом, що високі показники якості роботи нагнітальних установок (максимальні значення коефіцієнту корисної дії) забезпечуються на стадії проєктування лише для вузького робочого діапазону. В режимах, відмінних від оптимальних, існуючі системи управління не дозволяють в повній мірі отримати максимальні значення коефіцієнту корисної дії, що погіршує загальні показники якості роботи нафто- та газоперекачувальних станцій. Наведено загальний принцип управління нагнітальними установками за критерієм максимальної енергоефективності та загальна процедура створення таких систем, яка включає визначення функціональних взаємозвʼязків між параметрами насосу чи компресору, виконання процедури мінімізації функції сумарних втрат енергії в режимах нормальної експлуатації, визначення функціональних співвідношень для вектору регульованих вхідних параметрів, дослідження впливу варіацій параметрів та побудову функціональних та структурних схем систем управління. Наведені загальні математичні моделі, необхідні для синтезу систем управління, визначено перелік параметрів, що входять до цих моделей. Запропонована векторна структурна схема нагнітальної установки залежно від ступеня спрощення, що значно збільшує можливий діапазон її використання. Запропоновано узагальнену функціональну схему системи управляння насосними та компресорними установками з використанням еталонної моделі (спостерігача стану). Зроблено висновок, що розробка та удосконалення математичних моделей насосних та компресорних установок та систем автоматичного управління режимами їх роботи, дозволить підвищити показники якості, знизити собівартість транспортування нафти і газу та підвищити конкурентоспроможність нафтогазової галузі України.

ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОТИ РОЗПОДІЛЬЧОЇ МЕРЕЖІ З УРАХУВАННЯМ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ

2025-11-26T23:05:32+02:00

Розглянуто фрагмент реальної розподільчої мережі 110–35–10 кВ, що складається із замкненої конфігурації мережі 110 кВ із відгалуженнями напругою 35 кВ і 10 кВ. Для аналізу було враховано актуальні значення навантажень у вузлах із врахуванням роботи альтернативних джерел електроенергії, під’єднаних до кожного вузла. Під впливом цих факторів деякі вузли перетворюються на генераторні. Використано реальні технічні параметри трансформаторів, встановлених у вузлах навантаження, а також характеристики проводів ліній електропередач. Отримана розрахункова схема заміщення цієї мережі з урахуванням як повздовжніх, так і поперечних параметрів. Розглянуто алгоритм розрахунків, який використовується для аналізу режимів роботи електричної мережі. Проведено числові розрахунки нормальних режимів роботи мережі за допомогою розрахункової програми, що дозволило дослідити вплив компенсації реактивної потужності на втрати електричної енергії. Зокрема, було досліджено, як впливає компенсація реактивної потужності у вузлах за допомогою встановлення статичних компенсаторних батарей на загальні втрати активної та реактивної потужності у всій мережі. Дослідження включає порівняльний аналіз втрат електричної енергії для різних компонент: активної та реактивної складових потужності. Такий підхід дозволяє зробити висновки щодо впливу заходів встановлення компенсуючих пристроїв. На основі виконаних розрахунків визначений вплив компенсації реактивної потужності на зменшення втрат у всій мережі загалом. Таким чином, було зроблено висновок про можливість оптимізації режиму роботи електричної мережі при компенсації реактивної потужності.