Анотація до роботи:

Митрофанова С.О. Геометричне моделювання відбиваючих поверхонь у плоских сонячних колекторах з елементами-концентраторами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 – Прикладна геометрія, інженерна графіка. – Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, Україна, 2008 р.

Дисертація присвячена подальшому розвитку теорії геометричного моделювання відбиваючих поверхонь за допомогою розробки методу просторового моделювання відбитого потоку на основі плоскої задачі апарата відбиття та алгоритмів геометричного моделювання параметрів форми і положення елементів-концентраторів, для плоских колекторів.

У роботі запропоновані алгоритми і програми, з використанням програмного забезпечення MathCAD, для одержання комп’ютерних моделей кривих апарата відбиття для заданої відбиваючої кривої при довільному нахилі сонячних променів. Це є подальшим розвитком моделі апарата відбиття для розв’язання плоскої задачі.

Розроблено алгоритм одержання комп’ютерної моделі супутніх кривих для заданої ортотоміки. Це дозволяє моделювати відбиваючі поверхні в рухомих геліоустановках, коли твірна приймача є лінією ортотоміки.

Створено теоретичну базу запропонованого метода просторового моделювання відбитого потоку на основі плоскої задачі. Даний метод застосовується для поверхонь, у яких рухома площина, що вводиться, є площиною інциденції нормалей перетину відбиваючої поверхні. При цьому дотримується рівність проекцій кутів падіння та відбиття на площину інциденції. Отже, розв’язання просторової задачі зводиться до розв’язання плоскої задачі.

Розроблено алгоритм одержання комп’ютерної моделі визначення карстової ділянки у відбитому потоці для деяких видів ротативних поверхонь та поверхонь обертання при змінному нахилі сонячних променів.

У результаті проведених досліджень одержала подальший розвиток побудова комп’ютерних моделей з метою вивчення властивостей відбитого сонячного потоку.

Результати роботи впроваджені в промислово-комерційної компанії «Сінтек», при виготовленні плоского колектора з елементами-концентраторами, у держбюджетній науково-дослідній темі «Моделювання процесу одержання технологічного тепла (80 – 120 С) для опалення будівель у сонячних установках з нерухомим концентратором», і в навчальному процесі кафедри архітектури будівель і геометричного моделювання Національної академії природоохоронного і курортного будівництва ( м. Сімферополь).

Проведеними в дисертації дослідженнями досягнута основна мета роботи – розробка методу просторового моделювання відбитого потоку на основі плоскої задачі та алгоритмів геометричного моделювання параметрів форми і положення елементів, що концентрують для плоских колекторів.

При цьому отримані результати, які мають наукову і практичну цінність:

1. Аналіз літературних джерел з проектування плоских колекторів з елементами-концентраторами показав існування проблеми визначення зони концентрації сонячної енергії протягом доби для плоскої та просторової задач апарата відбиття. Розв’язання даних задач дозволило одержати подальший розвиток моделі апарата відбиття.

2. Для одержання найбільш повної картини розташування зони концентрації для відбиваючих поверхонь протягом доби був запропонований аналітичний опис положення ліній каустик для змінного кута нахилу сонячних променів для заданої відбиваючої кривої у явному та параметричному вигляді.

3. З метою визначення ефективної форми відбиваючої поверхні у рухомих геліоустановках, у яких твірна є ортотомікою, був розроблений алгоритм аналітичного опису положення супутніх кривих апарата відбиття для ортотоміки, заданої в явному та параметричному вигляді. Отримано їх комп’ютерні моделі.

4. Розв’язання просторової задачі апарата відбиття ґрунтується на методі розшарування конгруенції відбитих променів на сім’ю лінійчатих поверхонь. Було запропоновано використання плоскої задачі у розв’язанні просторової при умові інциденції нормалей перетинів відбиваючої поверхні рухомої площини.

5. Для ефективної роботи приймача протягом дня був розроблений метод визначення карстової ділянки конгруенції відбитих променів. Мета запропонованого методу - виключення положення приймача з карстової ділянки. Застосування даного метода розглянуто для поверхонь обертання, циліндричних та циліндричних завитків обертання.

6. Було запропоновано алгоритми побудови комп’ютерних моделей апарата відбиття застосовувати для розв’язання плоскої та просторової задач. Це є подальшим розвитком вивчення властивостей відбитого сонячного потоку.

7. З метою підтвердження запропонованого методу визначення карстової ділянки проведено експеримент. Результат показав, що отримані комп’ютерні моделі відповідають дійсній картині відбиття.

8. На основі проведених досліджень був запропонований плоский колектор зі складеною відбиваючою поверхнею, який не потребує спостереження за сонцем. Складена відбиваюча поверхня складається із елементів, що плавно стикуються: елемента спіралі Архімеда, дуги кола та прямолінійної ділянки. Приймач примикає до відбиваючої поверхні. Запропонований колектор дозволяє використати пряме та відбите сонячне випромінювання, що збільшує ККД колектора.

9. Були розроблені рекомендації із впровадження результатів досліджень у інженерну практику проектування плоских колекторів з елементами-концентраторами в області геометричного моделювання відбиваючих поверхонь.

10. Впровадження результатів роботи здійснено в промислово-комерційній компанії «Сінтек» при проектуванні плоских колекторів з поверхнями, що концентрують, у держбюджетній науково-дослідній темі та у навчальному процесі кафедри архітектури будівель і геометричного моделювання Національної академії природоохоронного і курортного будівництва (м. Сімферополь). Реалізація результатів роботи підтверджується актами впровадження.

Публікації автора:

1. Дворецкий А. Т. Автоматизация расчетов для плоской отражающей системы с источником в несобственной точке / А. Т. Дворецкий, С. А. Митрофанова // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – К.: КНУБА. – 2003. – Вип. 73. – С. 77 -81.

2. Дворецкий А.Т. Каустика для осевого сечения концентратора в виде поверхности вращения / А.Т. Дворецкий, С.А. Митрофанова // Труды VIII Международной научно-практической конференции «Современные проблемы геометрического моделирования» – 2004. - Мелитополь: ТГАТА. – С. 29-31.

3. Митрофанова С.А. Аналитическое описание поверхности отраженных лучей для концентраторов в виде поверхности вращения / С.А. Митрофанова // Сборник научных трудов II научно-практической конференции: «Геометрическое и компьютерное моделирование: Энергосбережение, экология, дизайн». – 2005. - К.: ДОП КНУТД. –– С. 136 – 141.

4. Митрофанова С.А. Геометрическое моделирование каустики для ротативных поверхностей / С.А. Митрофанова // Збірник наукових праць науково-практичної конференції: «Геометричне та комп’ютерне моделювання». – Харків: ХДУХТ. – 2007. – Вип. 16. - С. 140 – 145.

5. Митрофанова С.А. Компьютерная модель каустики для переменного направления солнечных лучей / С.А. Митрофанова // Сборник научных трудов III научно-практической конференции: «Геометрическое и компьютерное моделирование: Энергосбережение, экология, дизайн». – 2006. – К.: КНУТД. – С. 160 – 164.

6. Митрофанова С.А. Компьютерная модель отраженного потока в солнечных коллекторах с концентрирующими элементами / С.А. Митрофанова // Праці Таврійскої державної агротехнічної академії. – 2007. – Вип. 4. Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Том 36. – Мелітополь – С. 112-116.

7. Митрофанова С.А. Компьютерные модели кривых аппарата отражения по заданной ортотомике / С.А. Митрофанова // Сборник научных трудов III научно-практической конференции: «Геометрическое и компьютерное моделирование: Энергосбережение, экология, дизайн». – 2006. – К.: КНУТД – С. 174 – 178