Статті КГВФ (ДІІТ)
Permanent URI for this collection
ENG: Articles
Browse
Recent Submissions
Item Evaluation of Gabions Usage Effectiveness for Industrial Facilities Protection Against Damage(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Medvedieva, Olha O.; Dziuba, Serhii V.; Kalashnikov, Ivan V.; Biliaiev, Mykola M.; Kozachyna, Vitalii A.ENG: Purpose. In the extreme situations at industrial sites, various damaging factors may appear, such as the spread of toxic substances in the air, the creation of a fireball, etc., which pose a threat to the lives of workers and have a significant negative impact on the environment. That is why today, special attention is being paid to the problems associated with the spread of debris during a drone attack. At an industrial site where oil product storage facilities are located, the debris generated during an explosion can damage the tank building and cause a fire. In this regard, the main objective of the study is to evaluate the effectiveness of using gabion to reduce the risk of damage to the oil storage facility during the movement of drone debris. Methodology. To achieve this goal, the paper considers the problem of flying debris in the event of a drone explosion at an industrial site where oil storage facilities are located. The use of gabion with sand is proposed to protect the tank building from the throwing effect of debris. It is proposed to develop a mathematical model of the movement of a fragment in the path of which the gabion is located. The effect of gabion as a protective screen on reducing the air temperature near a neighboring oil storage facility in the event of a fire at an industrial site is also considered. A model of the dynamics of a point motion (Newton's second law) was used to mathematically describe the movement of the debris. Numerical integration of the modeling equations was performed using the Euler's method. The energy equation was used to model the process of thermal air pollution at an industrial site during a fire. Findings. In this work, the numerical model was programmed and a computer code was created. The programming language is FORTRAN. The code provides information on the speed of the fragment movement in different parts of each zone. On the basis of the constructed numerical model and the created code, parametric studies were carried out to determine the effectiveness of using gabion with sand to protect the oil storage facility from the effects of fragment. As an approximation, the case when the fragment after the explosion moves horizontally in the direction of the object was considered. The influence of the gabion height on the heating level of the wall of the oil storage facility located at an industrial site was analyzed. Originality. An effective mathematical model has been developed to evaluate the effectiveness of using gabion to protect the oil storage facility from damage by drone fragment. The proposed model allows determining the rational dimensions of the gabion to reduce the risk of damage to the tank wall. An effective computer model of thermal air pollution at an industrial site in the event of a fire at an oil storage facility is presented. Practical value. On the basis of the constructed mathematical model, a computer code was created to conduct a computational experiment to determine the effectiveness of using protective barriers (gabions) on the territory of an industrial site.Item Швидкорозрахункові моделі в задачах водокористування(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Машихіна, Поліна Борисівна; Біляєв, Микола Миколайович; Калашников, Андрій Вікторович; Цуркан, Владислав Вячеславович; Набієв, Заур Шовгі Огли; Сєрєдін, Борис В.UKR: Мета. На етапі ескізного проєктування різноманітних споруд у системах водопостачання та водовідведення потрібно мати комплекс математичних моделей для проведення серійних розрахунків з оцінювання ефективності роботи цих споруд у різних умовах. Потрібні математичні моделі, що враховують основні фізичні фактори. Такими моделями є математичні моделі гідродинаміки та масопереносу. Складність математичної постановки задач масопереносу для систем водопостачання та водовідведення полягає у використанні чисельних методів. Це пов’язано з тим, що у фундаментальних моделях механіки суцільного середовища застосовують багатофакторні диференціальні рівняння. Для практичного використання особливо важливо мати швидкорозрахункові чисельні моделі, щоб провести серійні розрахунки протягом робочого дня. Основною метою роботи є розробка швидкорозрахункових чисельних моделей для розв’язання комплексу задач у галузі водопостачання та водовідведення. Методика. Під час розв’язання задач масопереносу використовують фундаментальні рівняння механіки суцільного середовища: рівняння для потенціалу швидкості, рівняння фільтрації, рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Для чисельного інтегрування моделювальних рівнянь використовують скінченнорізницеві схеми розщеплення. Побудову скінченнорізницевих схем здійснюють так, щоб отримати рівняння, для розв’язання яких можна застосувати явні формули. Чисельне інтегрування моделювальних рівнянь здійснюють на прямокутній різницевій сітці. Результати. Розроблено комплекс чисельних моделей, що може бути використаний на етапі ескізного проєктування споруд систем водопостачання та водовідведення. Побудовані чисельні моделі враховують основні фізичні фактори, що впливають на процеси масопереносу в цих спорудах. Наукова новизна. Запропоновано комплекс математичних моделей для дослідження багатофакторних процесів масопереносу в спорудах водопостачання та водовідведення. Чисельні моделі враховують конвективно-дифузійний процес поширення домішки. Практична значимість. Побудовані чисельні моделі можуть бути використані під час проєктування напірних фільтрів, водозаборів та споруд для нейтралізації стічних вод.Item Математичне моделювання теплового режиму в обтічнику ракети-носія на етапі передстартової підготовки(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Козачина, Віталій Анатолійович; Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Семененко, П. В.; Якубовська, Зінаїда МиколаївнаUKR: Мета. Розвиток систем супутникового зв’язку базується на транспортуванні супутників у космосі. Транспортування супутника на орбіту здійснюють за допомогою ракети-носія. Супутник розміщується в транспортному відсіку в середині головного обтічника. На етапі передстартової підготовки необхідно дотримуватися жорстких умов середовища в середині головного обтічника. Зокрема, дуже важливо спрогнозувати температурне поле в транспортному відсіку в середині головного обтічника під час його примусової вентиляції на етапі передстартової підготовки. Для рішення цієї задачі потрібно мати спеціалізовані математичні моделі. Головною метою роботи є розробка швидкорозрахункової моделі для оцінювання температурних полів у середині обтічника ракети-носія. Методика. Для розрахунку температурного поля, що формується вентиляцією транспортного відсіку та виділенням тепла від різних елементів супутника, було використано рівняння енергії. Це рівняння враховувало інтенсивність тепловиділення з різних частин супутника, картину обтікання супутника повітряним потоком, теплообмін у транспортному відсіку. Неоднорідне поле швидкості повітряного потоку в транспортному відсіку розраховано на основі моделі потенційної течії. Для чисельного інтегрування рівнянь моделі використано скінченорізницеві схеми. Результати. Розроблено комп’ютерний код, який реалізує запропоновану чисельну модель. Наведено результати обчислювальних експериментів з оцінки температурного режиму в головному обтічнику ракети-носія для різних супутників. Наукова новизна. Створено швидкорозрахункову CFD-модель для аналізу теплових полів у середині обтічника ракети-носія на етапі передстартової підготовки. Модель дає можливість визначати в середині обтічника зони з підвищеною температурою. Практична значимість. Розроблена чисельна модель може бути корисна для вибору та обґрунтування режиму вентиляції головного обтічника ракети-носія на етапі передстартової підготовки з метою забезпечення рекомендованого діапазону температури біля супутника. Також може бути використана для первинної оцінки температури в головному обтічнику на етапі обґрунтування режиму терморегулювання для конкретного супутника або супутникової системи.Item Mathematical Models for Water Treatment Problems(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Biliaiev, Mykola M.; Kozachyna, Vitalii A.; Kyrychenko, M. V.; Skuratov, M. O.; Chirkov, A. O.; Filonenko, H. K.ENG: Purpose. Assessing the efficiency of water treatment in different structures is a problem of big importance. To solve this a problem, it is necessary to have mathematical models that allow to quickly obtain data on the cleaning effect in different structures. The aim of the work is to develop numerical models to determine the efficiency of water treatment in an aeration tanks, settlers and mixers. Methodology. For mathematical modeling of the process of water treatment in a bioreactor, balance equations were used. These equations allow to determine concentrations of substrate, activated sludge and dissolved oxygen in s structure. The Monod model is used to calculate the substrate oxidation process. To study effectiveness of water treatment process in vertical settler Euler’s equation were used with convective-diffusive equation. To simulate reagent mixing in mixer equation of potential and convective-diffusive equation were used. To solve governing equations finite- difference schemes of splitting were used. Findings. A tool for theoretical assessment mass transfer processes in aeration tank, vertical settler, mixer was developed. Originality. Effective numerical models to simulate water treatment in bioreactor, vertical settler, mixer were developed. Fundamental equations of Fluid Dynamics and Mass Transfer were used to build the models. Proposed models can be used in practice at the stage of «sketch designing». The models take into account the main physical parameters which influence the process of Mass Transfer and are quick computing. Practical value. The constructed mathematical model can be useful during the reconstruction and designing structures for water treatment. Computer programs have been developed to carry out numerical experiment. The results of a computer experiment are presented.Item Прогнозування пилового забруднення повітря у вентильованому об’ємі зі складною геометрією(ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Дніпро, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Семененко, П. В.UKR: Постановка проблеми. На етапі передстартової підготовки необхідно виконати дуже жорсткі умови щодо умов навколишнього середовища всередині головного обтічника, де знаходиться супутник. А саме, дуже важливо передбачити концентрацію пилу всередині головного обтічника та біля поверхонь супутника під час примусової вентиляції. Тому виникає важлива задача – прогнозування рівня пилового забруднення повітря всередині обтічника та визначення ступеню забруднення особливо «чутливих» поверхонь. Для адекватного рішення даної задачі потрібно мати науково обґрунтовані математичні моделі. Мета роботи. Розробка швидкорозрахункової чисельної моделі для прогнозування пилового забруднення об’єму обтічника на етапі передстартової підготовки. Методика. Для прогнозування пилового режиму головного обтічника ракети-носія розроблена чисельна модель. Моделюючі рівняння: рівняння масопереносу пилу (враховує перенос пилу за рахунок конвекції, дифузії та гравітаційного осадження), рівняння для потенціалу швидкості (визначення поля швидкості повітряного потоку при обтіканні супутника в головному обтічнику), емпіричні залежності, що допомагають визначити інтенсивність осадження пилу на поверхню супутника. Наукова новизна. Розроблена багатофакторна чисельна модель для аналізу пилового забруднення обтічника при примусової його вентиляції на етапі термостатування. Модель дає можливість здійснювати рішення задачі аеродинаміки та масопереносу в областях, що мають складну геометричну форму. Для чисельного інтегрування моделюючих рівнянь використані кінцево-різницеві схеми. Практична значущість. Розроблена чисельна модель дає можливість швидко визначати рівень пилового забруднення як в самому обтічнику так і зонах розташування особливо «чутливих» поверхонь супутника. Висновки. На основі запропонованої чисельної моделі розроблено комп'ютерний код. Представлено результати обчислювальних експериментів для оцінки поля концентрації пилу всередині головного обтічника ракети-носія.Item Дослідження впливу захисних бар’єрів на зменшення ризику виникнення захворювань у працівників(ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Дніпро, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Машихіна, Поліна Борисівна; Тимошенко, О. А.UKR: Постановка проблеми. Викиди від автотранспорту створюють значні зони хімічного забруднення повітря біля автодоріг. Поблизу автомобільних доріг часто розташовуються торгівельні павільйони. Таке розташування людей протягом робочого дня біля магістралі створює ризик захворювання працівників. Тому важливо знизити інтенсивність забруднення повітря. Найпростішим і найефективнішим способом захисту від забруднення атмосферного повітря поблизу автомобільних доріг є використання бар’єрів. Для обґрунтування параметрів захисного бар’єру потрібно мати спеціалізовані математичні моделі. Мета роботи. Розробка чисельних моделей для розрахунку рівня забруднення робочих зон біля автодоріг з метою визначення ефективності використання захисних бар’єрів для зниження ризику захворювань у працівників. Методика. Для математичного моделювання поширення домішки при наявності захисних бар’єрів використовуються двовимірні рівняння аеродинаміки та масопереносу. Розроблена чисельна модель дозволяє врахувати профіль швидкості повітряного потоку, атмосферну дифузію, інтенсивність емісії домішки, швидкість гравітаційного осадження домішки в повітрі. Для чисельного інтегрування моделюючих рівнянь аеродинаміки та масопереносу використовуються кінцево-різницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Запропонована ефективна чисельна модель, що дозволяє визначати поле концентрації небезпечної речовини біля автотраси. Модель дозволяє аналізувати зони забруднення повітря з урахуванням впливу захисного бар’єру, що розташований біля автодороги. На базі даних про розподіл концентрації небезпечної речовини визначається ризик появи захворювань у людини, що знаходиться в зоні впливу викидів від автотранспорту. Практична значущість. Побудована модель може бути використана для експрес прогнозу рівня небезпеки для працівників, чия робоча зона розташовується біля автодороги. Висновки. Здійснена програмна реалізація розробленої чисельної моделі, проведений обчислювальний експеримент, що проілюстрував ефективність використання розробленої чисельної моделі для рішення прикладних задач.Item Чисельне моделювання забруднення довкілля при емісії небезпечних речовин(НТУ України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр ВікторовичUKR: Розглядаються питання CFD моделювання забруднення довкілля, підстильної поверхні при емісії небезпечних речовин на промислових підприємствах, ТЕС, АЕС у випадку виникнення екстремальних ситуацій. Запропоновані 2D та 3D CFD моделі, що базуються на чисельному інтегруванні фундаментальних рівнянь механіки суцільного середовища.Item Laser-Assisted Electrodeposition of Composite Carbon-Containing Nickel Coatings(G. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics of the N.A.S. of Ukraine, Kyiv, 2024) Tytarenko, Valentyna V.; Zabludovsky, Vladimir A.; Tytarenko, Igor V.ENG: The paper presents the study of the structure, protective and mechanical properties of nickel composite coatings modified with ultradispersed diamonds and electrodeposited under conditions of external stimulation by laser radiation. An analysis of the cathodic polarization curves shows that the presence of dispersed particles with a concentration of 2-15 g/l in the aqueous electrolyte solution leads to a shift in the cathodic potential to the electronegative region by 108-340 mV, respectively, that indicates an increase in charge-transfer resistance. Nickel composite coatings obtained by laser-assisted electrodeposition are characterized by a higher content of ultradispersed diamond particles in the coating (4.35-5.10 wt.%) as compared to the mode of deposition without laser irradiation (2.24-3.15 wt.%). In this case, the proportion of particles of smaller size (~0.25-1 µm) increases in the coatings. The more intense penetration of dispersed-phase particles into the emerging coating during the laser stimulation of the electrodeposition process is due to the presence of a temperature gradient, which provides an additional supply of metal ions in the irradiation region. Increased concentration of the dispersed phase in nickel composite coatings promotes formation of a finer crystalline coating structure, enhanced hardness, corrosion resistance, and wear resistance of the coatings.Item Quick computing CFD model to predict chemical pollution in room(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Biliaiev, Mykola M.; Biliaieva, Viktoriia V.; Berlov, Oleksandr V.; Kozachyna, Vitalii A.; Mashykhina, Polina B.ENG: Purpose. The problem of accidental contamination of workspaces attracts special attention, since in the event of such extreme situations, intense chemical contamination of the air in work areas occurs. This poses a threat of toxic exposure to workers. When assessing the consequences of such situations, it is necessary to take into account the time factor, in particular, to quickly determine the creation of concentrations of chemically hazardous substances. In this regard, an urgent task is to develop effective mathematical models for rapid assessment of the consequences of extreme situations in the working areas of chemically hazardous facilities. The paper considers a CFD model for analyzing the process of chemical air pollution in a workspace during an accidental release of a chemically hazardous substance. The solution of the problem is based on the numerical integration of the fundamental equations of continuum mechanics. Methodology. To calculate the air velocity field in the working room during the operation of supply and exhaust ventilation, a mathematical model of the motion of an inviscid fluid was used. The equation of convective diffusion motion was used to calculate the concentration of a chemically hazardous substance in the workspace. The integration of the modeling equations was carried out using finite difference schemes. Findings. A dynamic model has been created to calculate the spread of a chemically hazardous substance in a work-space. On the basis of the built CFD model, a computer program was created to conduct a computational experiment. Originality. A CFD model has been created to predict the level of air pollution in a workspace in the event of toxic gas emissions. The model is based on the fundamental equations of aerodynamic mechanics and mass transfer. The model makes it possible to determine the effect of the ventilation mode, the intensity of emission of a chemically hazardous substance, the location of equipment in the workspace, and the dynamics of the formation of concentration fields. Practical value. The developed CFD model can be used to quickly analyze the consequences of accidental emissions of a chemically hazardous substance in a workplace and assess the risk of toxic exposure of workers.Item Analysis of Air Dust Pollution in the Transport Compartment of the Launch Vehicle at the Stage of the Pre-launch Preparation(Printing House “Technologija”, Kaunas, Lithuania, 2024) Biliaiev, Mykola M.; Biliaieva, Viktoriia V.; Kozachyna, Vitalii A.; Kozachyna, Valeriia V.; Mashykhina, Polina B.; Semenenko, PavloENG: At the stage of the pre-launch preparation, it is necessary to fulfill very strict environment conditions inside the main fairing where the satellite is located. Namely, it is very important to predict dust concentration inside the main fairing and especially near satellite surface during forced ventilation. To predict air dust pollution inside of main fairing 2D fluid dynamics numerical model has been developed. The governing equations include equation of potential flow to simulate air flow inside the main fairing and equation of pollutant dispersion. Also, empirical model has been used to calculate the number of dust particles fall to the satellite surface. Implicit finite difference schemes of splitting have been used for numerical integration of governing equations. The computer code has been developed on the basis of proposed numerical model. The results of computational experiments to estimate dust concentration field inside the main fairing of the launch vehicle are presented.Item CFD Modeling of Traffic-related Air Pollution in Street Canyon(Printing House “Technologija”, Kaunas, Lithuania, 2024) Biliaiev, Mykola M.; Biliaieva, Viktoriia V.; Berlov, Oleksandr V.; Kozachyna, Vitalii A.; Kozachyna, Valeriia V.; Yakubovska, Zinaida M.ENG: High pollution levels are often observed in urban street canyons. Different mathematical models are intensively used to predict pollution levels in urban street canyons. In this paper quick computing 3D CFD model is proposed to compute wind flow over buildings and pollutant dispersion in street canyon. To simulate wind flow over buildings 3D equation of potential flow has been used. Pollutant concentration field has been modelled using three-dimensional equation of pollutant dispersion. Governing equations are also included simplified equations to describe pollutants chemical transformations in atmosphere. To solve numerically governing equations implicit difference schemes have been used. The computer code to realize the proposed numerical models has been developed. Results of numerical experiments are presented.Item Numerical Modeling of Groundwater Dynamics and Heat and Mass Transfer Processes(Pridneprovs’ka State Akademy of Civil Engineering and Architecture, USUST, Dnipro, Ukraine, 2024) Biliaiev, Mykola M.; Kozachyna, Vitalii A.; Kirichenko, Pavlo S.; Kozachyna, Valeriia V.; Kaidash, M. D.ENG: Problem statement. Groundwater is undergoing significant anthropogenic impact in many countries around the world. This impact results in changes in groundwater levels and deterioration of their quality. Protecting groundwater from anthropogenic impact involves solving several important tasks. A significant number of tasks are related to the need to predict the processes of filtration and heat and mass transfer in underground flows. In this regard, it is important to have specialized mathematical models as a modern scientific research tool. It should be noted that the use of physical experiments for problems of this class is significantly limited, due to the high cost of equipment, considerable time spent on setting up and conducting the experiment. The purpose of the article. Development of a set of numerical models for simulation of filtration and heat and mass transfer processes in groundwater. Methodology. To model the process of non-pressure flow of groundwater, the equation of non-pressure filtration is used. The two-dimensional equation of convective-diffusive movement of a pollutant is used to model the process of mass transfer of an impurity in groundwater. To model the process of heat transfer in groundwater, in the problem of groundwater freezing, a two-dimensional energy equation is used. For numerical integration of modeling equations, finite-difference schemes are used. Scientific novelty. Numerical models of filtration and heat and mass transfer processes have been developed that allow real-time analysis of changes in groundwater quality and thermal regime. Practical significance. The developed numerical models make it possible to quickly analyze non-stationary processes of heat and mass transfer in groundwater when developing drainage systems in flooded areas. Conclusions. Numerical models of filtration and heat and mass transfer in groundwater have been developed. For the practical use of the built models, standard hydrological information is required. The models make it possible to analyze the dynamics of ice formation in groundwater during the implementation of the technology of freezing groundwater flow.Item Аналіз процесів масопереносу на базі чисельних моделей(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, УДУНТ, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Тимошенко, О. А.; Калашников, А. В.; Коваленко, А. С.; Чірков, А. О.UKR: Постановка проблеми. Аеротенки та відстійники найбільш поширено використовуються в технологічних схемах очищення стічних вод. Важливою проблемою є розробка ефективних спеціалізованих математичних моделей для аналізу ефективності роботи цих споруд водовідведення. Мета роботи. Розробка чисельних моделей для розрахунку процесів масопереносу у біологічних реакторах та відстійниках систем водовідведення. Методика. Для опису процесів механічного та біологічного очищення стічних вод використовуються фундаментальні рівняння механіки суцільного середовища. Для моделювання процесу переносу активного мулу, кисню та субстрату в біологічному реакторі використовуються тривимірні рівняння масопереносу. Для опису руху забруднювача у відстійнику використовується 3D рівняння конвективно-дифузійного переносу вагомої консервативної домішки. Гідродинаміка в очисних спорудах описується просторовим рівнянням Лапласу для потенцала швидкості. Для чисельного інтегрування моделюючих рівнянь використовуються кінцево-різницеві схеми. Наукова новизна. В статті розглянуті чисельні моделі для визначення концентрації кисню, активного мулу, субстрату в біореакторі. Запропоновані чисельні моделі для аналізу ефективності процесу очищення стічних вод у відстійниках. Побудовані чисельні моделі визначення поля швидкості потоку стічних вод в біореакторах та відстійниках. Запропоновані математичні моделі можуть буди використані для оцінювання ефективності роботи споруд, що здійснюють механічне та біологічне очищення стічних вод. Практична значущість. Запропоновані чисельні моделі для визначення поля швидкості в аеротенках та відстійниках, а також чисельні моделі для рішення задач оцінювання ефективності очищення стічних вод в цих спорудах. Розроблені чисельні моделі дозволяють швидко, в режимі «on-line», вирішувати прикладні задачі. Висновки. Здійснена програмна реалізація розробленої чисельної моделі. Наведено результати обчислювального експерименту.Item Моделювання поширення домішки в робочому приміщенні при складній схемі вентиляції(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, УДУНТ, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Колесников, С. О.UKR: Постановка проблеми. Розглядається розробка та практичне використання чисельної моделі для аналізу процесу забруднення повітря в робочому приміщенні при аварійному витоку токсичної речовини. Мета роботи. Створення чисельних моделей аеродинаміки та масопереносу нестаціонарного процесу розповсюдження токсичної речовини в робочому приміщенні. Методика. Моделювання розповсюдження токсичної речовини при роботі аварійної вентиляції здійснюється на базі рівняння Лапласа для потенціалу швидкості та рівняння масопереносу, що враховує конвективний та дифузійний перенос токсичної речовини. Чисельне інтегрування моделюючих рівнянь механіки суцільного середовища здійснюється за допомогою кінцево-різницевих схем з використанням метода маркування. Наукова новизна. Створена чисельна модель для прогнозування рівня забруднення повітря в робочому приміщенні внаслідок емісії токсичного газу. Модель базується на чисельному інтегруванні фундаментальних рівнянь механіки суцільного середовища. Особливістю чисельної моделі є врахування основних фізичних факторів, що впливають на розповсюдження токсичного газу в приміщенні (наявність обладнання в приміщенні, положення отворів вентиляції, міста емісії токсичної речовини тощо) та швидкість розрахунку. Практична значущість. Розроблена чисельна модель може бути використана для наукового обґрунтування параметрів аварійної вентиляції для робочих приміщень, де можлива емісії токсичних речовин. Висновки. Для аналізу та прогнозу процесу хімічного забруднення робочого приміщення розроблена динамічна багатофакторна чисельна модель. Особливістю чисельної моделі є можливість враховувати основні фізичні фактори, що впливають на формування областей забруднення в робочих приміщеннях. Розроблена чисельна модель може бути використана для наукового обґрунтування параметрів аварійної вентиляції для швидкого зниження концентрації токсичної (або вибухонебезпечної) речовини в робочому приміщенні.Item Моделювання процесів фільтрації та тепломасопереносу в підземних водах(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій АнатолійовичМета. Важливим інструментом розв’язання складних задач, які полягають в аналізі динаміки підземних вод і процесів тепломасопереносу в них під час дослідження їх забруднення від різних техногенних джерел у разі аварійних розливів хімічно небезпечних речовин тощо, є метод математичного моделювання. Основною метою статті є розробка комплексу математичних моделей для розрахунку процесу фільтрації безнапірних підземних вод, масопереносу домішки та процесу теплопереносу в підземних водах. Методика. Для прогнозування динаміки підземних вод використано двовимірне рівняння фільтрації у формі Буссінеска. Для моделювання процесів масопереносу в підземних водах використано двовимірне рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Процес заморожування окремих ділянок підземного потоку змодельовано за допомогою рівняння Лапласа для потенціалу швидкості (розрахунок поля швидкості потоку в умовах геометрії, що змінюється з часом) та двовимірного рівняння теплопереносу в підземних водах. Для розв’язання моделювальних рівнянь динаміки підземних вод і тепломасопереносу використано скінченнорізницеві схеми. Результати. Побудовано комплекс математичних моделей для розрахунку процесу фільтрації безнапірних ґрунтових вод та їх хімічного забруднення. Проведений експеримент підтвердив адекватність побудованої чисельної моделі фільтрації безнапірного потоку підземних вод. Побудовано ефективну математичну модель, що дозволяє визначати температурні поля в підземних водах під час роботи свердловини, яку використовують для заморожування окремих ділянок потоку. Результати комп’ютерного моделювання свідчать про ефективність розроблених математичних моделей. Наукова новизна. Запропоновано ефективні математичні моделі для прогнозування рівня хімічного забруднення підземних вод, її динаміки та теплового режиму. Побудовані математичні моделі дають можливість визначати динаміку зміни температурного режиму підземних вод під час роботи свердловин, через які подають холодоагент для заморожування окремих ділянок. Розроблено комп’ютерну програму, що дозволяє здійснювати комплексне оцінювання стану підземних вод. Практична значимість. Розроблено комплекс комп’ютерних програм для проведення обчислювального експерименту з дослідження процесів фільтрації, хімічного забруднення підземних вод та процесів теплопереносу в них. Цей комплекс програм можна використати для наукового обґрунтування інженерних рішень, спрямованих на захист підземних вод.Item Прогнозування наслідків надзвичайної ситуації на залізничній станції(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Калашніков, І. В.; Берлов, Олександр Вікторович; Губін, Олександр Ігорович; Козачина, Віталій АнатолійовичUKR: Мета. Розглянуто задачу визначення розмірів зон ураження у випадку екстремальної ситуації на залізничній станції внаслідок пожежі цистерн. Задачею прогнозування є визначення зон теплового забруднення, а також хімічного та механічного забруднення. Основна мета роботи полягає у створенні чисельних моделей для розрахунку зон механічного та теплового забруднення довкілля в разі пожежі на залізничній станції. Методика. Для аналізу розмірів та інтенсивності зон теплового, хімічного, механічного забруднення довкілля у випадку виникнення екстремальної ситуації на залізничній станції використано рівняння тепломасопереносу та другий закон Ньютона для моделювання механічного забруднення довкілля. Для розв’язання рівнянь використано чисельні методи – метод Ейлера та скінченнорізницеві схеми. На базі розроблених чисельних моделей створено комп’ютерний код для проведення обчислювального експерименту. Результати. Розроблено сучасні комп’ютерні моделі оцінювання зон хімічного, теплового, механічного за-бруднення в разі виникнення екстремальної ситуації. Наведено результати комп’ютерного моделювання. Наукова новизна. Створено комплекс чисельних моделей для комп’ютерного моделювання процесів тепломасопереносу та динаміки руху точки, що дозволяє проводити обчислювальний експеримент із визначення зон забруднення під час пожежі на залізничній станції. Практична значимість. На базі створених математичних моделей розроблено комп’ютерний код. Цей код є інструментом розв’язання важливих задач у галузі екологічної безпеки та цивільного захисту. Комп’ютерний код дає можливість оперативно визначати інтенсивність та розміри зон забруднення довкілля у випадку виникнення екстремальної ситуації.Item Quantum-Mechanical Methodology for Determining the Temperature Dependence of Contact Angle in Melt–Solid Metal Systems(Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, 2024) Shtapenko, Eduard Ph.; Syrovatko, Yuliya V.; Voronkov, Eugene O. ; Mikhailova, Tetiana F.ENG: Aim. In order to determine the composite materials’ manufacturing process parameters, it is necessary to evaluate the stability of their structural components and determine the contact angle of wetting of the filler with the molten binder at the infiltration temperature. The development of a theoretical method for determining the dependence of the contact angle of wetting on temperature in melt – solid metal systems makes it possible to reduce the volume of experimental studies. Methods. The paper presents a quantum mechanical methodology for calculating the binding energy of interacting substances, as well as an experimental study of the dependence of the contact angle on temperature for tin – steel systems. The methodology is based on the calculation of the binding energy between atoms of interacting substances using density functional theory. Results. The calculations show an anomalous behavior of contact angle values for the tin–steel system with increasing temperatures. It means that, when the temperature increases, the values of the contact angle initially become lower, and later, in the temperature range of 450-510 °C, an increase in the contact angle is observed. The obtained theoretical and experimental data correlate well with each other. Conclusions. The appearance of extreme regions in the experimental and theoretical temperature dependences is associated with the thermal expansion of interatomic distances in the crystal lattice. The obtained theoretical and experimental data correlate well with each other and base on the thermal expansion of interatomic distances in the crystal lattice.Item Використання габіонів для захисту від ураження нафтосховища(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Калашніков, Іван Володимирович; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Полторацька, Вікторія МиколаївнаUKR: Мета. Під час вибуху дрона утворюють уламки, що спричиняють ризик ураження як людини, так і об’єктів на промисловому майданчику. Тому основною метою роботи є оцінювання ефективності використання габіонів із різними наповнювачами для зменшення ризику ураження стінки нафтосховища уламками, що з’являються під час вибуху дрона на промисловому майданчику, а також аналіз величини позаперешкодної швидкості руху уламків. Методика. Для аналізу ефективності використання габіонів як захисних споруд нафтосховища під час розлітання уламків дрона використано чисельну модель, що базується на інтегруванні рівняння руху матеріальної точки. Рівняння руху уламка базуються на другому законі Ньютона. Такий підхід дозволяє визначити позаперешкодну швидкість уламка після проходження тіла захисної перешкоди – габіону. Побудована чисельна модель враховує початкову швидкість уламка, його розмір, напрям руху, висоту викиду, а також матеріал, яким наповнено тіло габіону. На базі цієї чисельної моделі створено комп’ютерну програму для проведення обчислювального експерименту. Результати. Розроблено ефективний інструмент аналізу ризику ураження нафтосховища від метальної дії уламків, що утворюються в разі вибуху дрона, та аналізу ефективності використання габіонів. Подано результати обчислювальних експериментів. Наукова новизна. Побудовано швидкорозрахункову чисельну модель для оперативного аналізу ефективності використання габіонів, які мають різне наповнення та які використовують для захисту нафтосховища на промисловому майданчику від метальної дії уламків, що утворюються під час вибуху дрона. Практична значимість. Розроблено комп’ютерну програму для розрахунку динаміки руху уламків у повітрі та в тілі габіону. Використання цієї програми дозволяє підібрати раціональні розміри захисної перешкоди – габіону на промисловому майданчику для захисту нафтосховища від ураження.Item Моделювання нестаціонарного процесу масопереносу в підземних водах(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій АнатолійовичUKR: Мета. Інфільтрація забруднених вод, аварійні розливи хімічно небезпечних речовин у ґрунтові води призводять до формування у водоносних шарах значних за розмірами зон техногенного забруднення. Тому важливою є розробка систем захисту від забруднення підземних вод. Для аналізу ефективності роботи таких систем захисту на етапі проєктування потрібно мати науково обґрунтовану інформацію про динаміку зміни зон забруднення у підземних водах. Така інформація може бути отримана за допомогою методу математичного моделювання. Робота спрямована на створення чисельної моделі для розрахунку нестаціонарного процесу геоміграції за умови застосування хімічного захисту підземних вод від забруднення. Методика. Для опису динаміки підземних потоків розглянуто два рівняння фільтрації, що дозволяють проводити математичне моделювання процесу фільтрації як під час розв’язання планових задач, так і для розв’язання задач профільної фільтрації. Для аналізу зміни якості підземних вод використано двовимірне рівняння геоміграції. Це рівняння враховує конвективний перенос домішки у фільтраційному потоці, дисперсію, інтенсивність інфільтрації домішки в підземний потік. Також це рівняння використано для розрахунку руху нейтралізатора у ґрунтових водах. Чисельне інтегрування рівняння фільтрації проведено за допомогою скінченнорізницевих методів. Для чисельного інтегрування рівняння геоміграції використано неявну схему розщеплення. Результати. Побудовано швидкозастосовну чисельну модель розрахунку динаміки ґрунтових вод. Модель є також платформою для розв’язання іншої важливої задачі – розрахунку процесів геоміграції. Запропоновано чисельну модель розрахунку нестаціонарного процесу геоміграції, що дає можливість оцінювати не тільки процес формування зон забруднення в потоці ґрунтових вод, але і визначати ефективність методу нейтралізації домішки в підземному потоці. Наукова новизна. Побудовано ефективні чисельні моделі для експрес-оцінювання зміни динаміки ґрунтових вод та їх якості під дією техногенного джерела. Ці моделі враховують комплекс важливих фізичних факторів, що впливають на процес геоміграції та процес нейтралізації домішки в підземному потоці. Практична значимість. Розроблено комп’ютерну програму, що дозволяє методом обчислювального експерименту визначати ефективність процесу нейтралізації агресивної домішки в ґрунтових водах з метою їх захисту від техногенного забруднення.Item Математичне моделювання процесу формування кислотних дощів у разі викидів із ТЕС(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Петренко, Володимир Дмитрович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Звонарьова, Ольга ВіталіївнаUKR: Мета. Відомо, що кислотні дощі негативно впливають на навколишнє середовище. Формування кислотних опадів в атмосфері відбувається внаслідок хімічної взаємодії продуктів горіння палива та атмосферної вологості. Кислотні дощі призводять до втрати врожаю, погіршення плодючості землі, закислення води у водоймах. Актуальною проблемою залишається розробка науково обґрунтованих методів дослідження інтенсивності такого кислотного забруднення атмосферного повітря та поверхні ґрунту в регіонах, де мають місце значні викиди від ТЕС. Для розв’язання цієї задачі важливо використовувати математичне моделювання, оскільки визначити експериментальним шляхом вплив викидів від ТЕС на формування кислотних дощів неможливо. Тому основною метою роботи є створення математичної моделі для прогнозування утворення кислотних дощів у разі викидів з ТЕС. Методика. Для прогнозування процесу формування кислотного дощу використано тривимірне рівняння конвективно-дифузійного переносу забруднювача, що враховує профіль швидкості вітру, атмосферну стратифікацію, інтенсивність емісії домішки, напрям вітру. Це рівняння також використано для опису процесу перенесення водної пари в атмосферному повітрі. Щоб описати процес утворення кислоти в атмосферному повітрі, використано стехіометричне співвідношення. Чисельне інтегрування моделювального рівняння переносу здійснено за допомогою методу розщеплення. Результати. Побудовано багатофакторну чисельну модель, що дозволяє визначати зони, де формуються кислотні дощі. Розглянуто задачу прогнозування формування кислотного дощу в разі викидів від ТЕС на базі побудованої чисельної моделі. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель для прогнозування виникнення кислотного дощу внаслідок викидів із ТЕС. Модель є багатофакторною та враховує конвекцію, атмосферну дифузію, нерівномірний профіль вітру. Створено комп’ютерний код, що дозволяє оперативно оцінювати зони кислотного забруднення. Практична значимість. Розроблений комп’ютерний код для аналізу зон кислотного забруднення довкілля в разі промислових викидів дає можливість прогнозувати інтенсивність такого забруднення в різних метеоумовах.