10708

отсчета, время не является абсолютным. События одновременные в некоторой системе отсчета будут не одновременными в другой системе. Для понимания этого вопроса приведем рисунок, используемый Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшитц.

Рис1. Поясняющий принципы относительности А.А.Эйнштейна

На рис1.представлены две инерциальные системы отсчета К и К` с осями координат соответственно X YZи X` У `Z'.`Система К' движется вправо относительно системы К вдоль осей X и X`. Предположим, что событие произошло в точке А на оси X'и сигнал направляется в двух противоположных направлениях. Тогда и поскольку скорость распространения сигнала во всякой инерциальной системе равна в обоих направлениях, сигналы в системе К` достигнут равноудаленных от точки А точек В и С в один и тот же момент времени. Однако для наблюдателя в системе К приход сигнала в В и С будет отнюдь не одновременным,хотя скорость сигналов относительно системы К согласно принципу относительности равна той же с. Из рисунка легко видеть, что точка В движется относительно системы К навстречу посланному в нее сигналу, а точка с пo направлению от сигнала, посланного из А в С, поэтому в системе К сигнал придет в точку В раньше, чем в точку С.

Таким образом, Эйнштейн внес фундаментальные изменения в основные физические понятия, которыми нельзя пренебрегать при выборе или разработке математического аппарата для описания процессов, происходящих в природе вообще, и в системе катодной защиты в частности.

Отмечая важность рассмотрения процессов, протекающих при подземной коррозии стальных сооружений, используя классические законы электрохимической кинетики, следует отметить в соответствии с вышеописываемой логикой относительности Эйнштейна, события, происходящие на анодном заземлении и события, происходящие на катодном защищаемом сооружении, не могут быть времениподобными. Объяснением этого является многовековой опыт:

1.Поляризация электродов в системе катодной защиты является следствием отставания электродных процессов от тока электронов в гальваническом элементе. Анодный процесс выхода ионов металла в электролит отстаёт от тока электронов от анода к катоду. Катодный процесс ассимиляции электронов отстаёт от поступления на катод электронов, что приводит к увеличению отрицательного заряда на поверхности электрода и делает потенциал катода более отрицательным. [1]

2.Поляризационная кривая является зависимостью напряжения.(отклонения потенциала поляризованного электрода от потенциала неполяризованного) от плотности тока JS. Строго говоря поляризационные кривые образуют суммарную поляризационную кривую, поэтому непосредственное измерение поляризации невозможно.

3.Двойной электрический слой не обладает свойствами обычного конденсатора - ёмкость двойного слоя зависит от уровня напряжения приложенного к электродам источника постоянного и выпрямленного тока.

4.Потенциальная система защищаемого сооружения изначально является гальваническим

201

элементом(источником электромагнитной энергии), не Э.Д.С., а источником тока [2 ]. Следовательно для описания процессов, происходящих в системе катодной защиты

необходимо иметь четырёхмерную систему отсчётов Х,У,Z и t, с целью определения «интервалов» между событиями на аноде и катоде: и поэтому полу-

чить достоверные результаты происходящих процессов в системе катодной защиты по классическим химико-термодинамическим формулам, по-видимому, невозможно.

При этом напомним,[3] что передача любой энергии производится в результате взаимодействий тел и только в 2 формах: в форме работы и теплоты. Передача энергии в форме работы производится в процессе силового взаимодействия тел, а передача энергии путём теплообмена обусловлена различием температур и может осуществляться как при непосредственном контакте тел – теплопроводность и конвективный теплообмен, так и через посредства испускания и электромагнитного излучения – лучистый теплообмен. При взаимодействии между микрочастицами: атомами, электронами, ионами и т.п. говорят лишь о процессах совершения работы. А энергия, получаемая теплом в форме теплоты, может пойти только на увеличение внутренней энергии тела. Все известные до сих пор попытки экспериментально оценить изменения энергии или энтальпии при сольватации катиона или аниона наталкиваются на непреодолимое условие электронейтральности [4 ]. Работа, которую необходимо затратить для перехода одного грамма-иона ионов через границу раздела двух фаз определяет-

заряд иона берётся с учётом его знака. Как видим, для количественного нахождения значения необходимо знать разность потенциалов, находящихся в разных фазах, измерить эту

разность не удаётся, а некоторые исследователи считают, что она не имеет физического смысла. Очевидно, правильно будет, «если будем говорить об изменении реальной ионной сольватации, а не делить изменение энергии при сольватации ионов на ионные составляю-

щие» [4].

Поэтому, чтобы найти систему отсчёта с требуемыми свойствами, необходимо принять во внимание, введённые в связи с принципом Эйнштейна, понятия: время не является абсолютным; события определяются тремя координатами и моментом времени; всякой частице в пространственных координатах соответствует мировая линия; понятия интервала между двумя событиями: времениподобные и пространственноподобные – абсолютное.

Принимая во внимание, что в любой электрической цепи, в том числе и электродной, электрический ток неразрывно связан с магнитными и электрическими полями, а также «взаимодействие между электромагнитным полем и средой обусловливается исключительно заряженными частицами, независимо распределёнными в теле или связанными в диполи». Памятуя о том, что ток в электролите является суммарной величиной, образованной встречным и одновременным движением анионов и катионов, и поскольку 1В=1,6*10-19Дж / эл. заряд, а 1А=6,25*1018 элементар.зар./с, очевидно в этом случае:

Р=

При этом для каждого уровня необходимо различать ток электронный, измеряемый амперметром в цепи, а не ток между анодом и катодом.U – падение напряжения под воздействием тока, от напряжения источника питания.

Полная мощность, подведённая к электролитической «ванне» равна [5]:

P=Wэл.магн.+Q, где

Wэл.магн – электромагнитная энергия на преобразование химической энергии; Q – мощность, преобразованная в теплоту.

202

Одновременное и противополярное движение заряженных частиц (анионов и катионов) в электролитической «ванне» позволяет сделать вывод, что молекулярно-кинетические скорости различаются между собой и складываются. Таким образом, максимальное значение

тока в системе можно определить по формуле:

постоянного или выпрямленного напряжения от Uminдо Umax.

В связи с вышеизложенным, представим четырёхмерную систему координат (Рис.2).

Рис.2 Графическое определение экспериментальной зависимости напряжения источника питания от тока с учётом принципа относительности А.А.Эйнштейна

В этой системе на осях X,Y,Z,t откладываются соответствующие значения, началом координат является «мировая» точка события О. Прямолинейное равномерное движение частиц, проходящих через точку О ( Х=0 при t=0) изображается прямой под углом, тангенс которого равен скорости частиц ct. Поскольку наибольшая возможная скорость равна c, то существует наибольший угол, который может образовывать эта прямая с осью t. Прямые aв и cd изображают распространение 2 сигналов со скоростью с в противоположных направлениях, проходящих через событие О, т.е. х=0 и t=0.

Очевидно, что на прямых aв и cd х=±ct, а все линии, изображающие движения частиц могут лежать только внутри областей аОс и сОd. В области аОс все точки подчиняются условию с2t2-х2>0, а также t>0, т.е. все события в области аОс являются абсолютно будущими, по отношению к О во всех системах отсчёта. Аналогично, все события в области вОd являются абсолютно прошедшими по отношению к О. события в этой области во всех системах отсчёта происходят до события О. Рассматривая все три пространственные координаты вместо одной, мы имели бы конус x2+y2+z2-c2t2=0. В 4-мерных системах координат х,у,z,t ось которого совпадает с осью t.кривая kd определяет процессы, происходящие в данной электродной системе.

Список литературы:

1.Эванс Ю.Р. Коррозия, пассивность и защита металлов / пер. с анг.; Под ред. Г.В. Акимова.М.: Металлургиздат, 1941.112с

2.Палашов В.В. Расчёт полноты катодной защиты.-Л.:Недра,1988.-137с.

3.Палашов В.В. Молекулярно-кинетическая закономерность превращения энергии в форме работы и теплоты / В.В. Палашов, З.Ф. Немцев, В.Б. Герский, В.И. Горелкин. Свидетельство о регистрации научной идеи №А-304.-М.: междунар.Акад. авторов научн. открытий и изо-

203

бретений, 2003г.

4.Крестов Г.А., Кобенин В.А. От кристалла к раствору. А.:Химия, 1977-108с.

5.Тамм И.Е. Основы теории электричества.-М.:Наука, 1966г-624с.

Филиппова И.С., Кольчатов Е.Ю, Кочева М.А.

Нижегородский государственный архитектурно строительный университет (Нижний Новгород)

ПРИМЕНЕНИЕ ТРУБ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА

Традиционный способ борьбы с коррозией трубопроводов заключается, как известно, в специальной обработке труб и проведении периодической диагностики, что требует достаточно весомых затрат средств и рабочего времени. Применение современных материалов в производстве труб позволяет производителю выбрать между старым способом и новым, радикальным. Он заключается в переходе на трубы, изготовленные из стекловолокна и полимера. При использовании таких труб о существовании коррозии можно забыть.

С точки зрения экономической эффективности одним из наиболее приемлемых вариантов решения данной проблемы является переход к стеклопластиковым трубам.

Стеклопластики представляют собой композитные конструкционные материалы, сочетающие высокую прочность с относительно небольшой плотностью, имеют электроизоляционные свойства, а также устойчивость к агрессивным средам и резким перепадам температур. В разных отраслях промышленности они успешно конкурируют с такими традиционными материалами, как металлы и их сплавы, бетон, стекло, керамика, дерево. В ряде случаев конструкции, отвечающие специальным техническим требованиям, могут быть созданы только из стеклопластика. Изделия из этого материала получили особенно широкое распространение в аппаратах, предназначенных для работы в экстремальных условиях – в судостроении, авиации и космической технике, оборудовании нефтехимической и газодобывающей отраслей.

Большинство стеклопластиковых труб изготавливаются методом намотки стекловолокна со связующим компонентом (таким, как полиэфирная или эпоксидная смола) на оправку. После намотки труба отверждается, снимается с оправки, испытывается и отгружается заказчику. Особое значение имеют процесс намотки и научно обоснованный подход к разработке технологии этого процесса. Автоматизация намотки, увеличение числа контролируемых технологических параметров, а также повышение точности их контроля и измерения способствуют не только повышению производительности труда и улучшению качества изделий, но и позволяют уменьшить число операций, снизить численность персонала и сделать технологию безотходной.

Другим способом изготовления стеклопластиковых труб является центробежное формование – технология, предложенная фирмой Hobas. Процесс производства этих труб протекает в направлении от наружной поверхности к внутренней, с применением вращающейся формы. Труба изготавливается из рубленых стеклянных волокнистых жгутов (ровингов),полиэфирной смолы и песка.

Необходимая длина трубопровода из стеклопластика набирается из царг, соединяемых между собой раструбным соединением с последующей герметизацией. Для прокладки трубопроводов в необходимой плоскости (горизонтально, вертикально, под углом к горизонту) предусмотрены угловые отводы из стеклопластика. Для подключения стеклопластиковых труб к имеющемуся или монтируемому оборудованию индивидуально изготавливаются фитинги из стеклопластика с фланцами любого типоразмера.

204

Трубы из стеклопластика классифицируются по жесткости и номинальному давле-

нию.

Жесткость трубы определяется ее способностью сопротивляться нагрузкам от окружающего грунта и движения транспорта, а также отрицательным внутренним давлениям.

По давлению трубы классифицируются по номинальному давлению (PN), под которым подразумевается величина безопасного давления воды в МПа при +20 ° С в течение нормируемого срока службы (обычно 50 лет).

Шувалова Н.М.

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород)

ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТАЦИИ И ВЫНУЖДЕННОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ МИГРАЦИИ ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДОВ

Внастоящее время, в условиях всё нарастающей техногенной нагрузки на окружающую среду, на первый план выходят вопросы выявления наиболее уязвимых территорий и санитарно-эпидемиологического благополучия населения, проживающего на них. В городах к таким территориям относятся преимущественно санитарно-защитные зоны (СЗЗ) предприятий и санитарные разрывы от автомагистралей. Законодательство РФ предусматривает различные мероприятия по защите прав населения, проживающего в СЗЗ предприятий, вплоть до переселения. Статус жителей зон санитарных разрывов остается неопределенным несмотря на очевидное несоблюдение их прав на благоприятную экологическую среду и экобезопасность.

Долгосрочное поведение людей, проживающих на уязвимых территориях, сводится к двум альтернативным стратегиям: приспособиться к окружающей среде или ее покинуть.

Для вынужденной экологической миграции критерием является пересечение экологических границ, то есть перемещение из экологически неприемлемой зоны в относительно более благоприятную. Опираясь на социологические исследования и анализ уязвимости, можно определить характеристики адаптации населения к негативному фактору

иоценить масштаб потенциальной миграции. При относительно малых значениях экологического риска происходит адаптация к изменившимся условиям, при росте экологического риска адаптация становится чересчур затратной, и в этом случае более обоснованным решением является переселение из зоны высокого риска.

Высокий уровень уязвимости, вызванный состоянием окружающей среды и природных ресурсов, проявляется в постоянных неприемлемых условиях жизни, либо в угрозе безопасности и благополучию с неприемлемо высокой частотой и (или) в неприемлемо крупных масштабах. Во втором случае изменения можно рассматривать как характеристику экологического риска. (Иванов А.В., 2009)

Целью исследования является установление количественных и качественных характеристик адаптации и вынужденной экологической миграции применительно к городским территориям, расположенным в зоне нарастающих транспортных потоков.

Вкачестве таких характеристик предлагается взять следующие параметры адаптации

иэкомиграции:

−ежегодные и многолетние затраты домовладения и органа местного самоуправления на адаптацию,

−потенциал экологической миграции, представляющий собой предельное число экомигрантов,

205

−затраты домовладений и муниципалитетов на экомиграцию,

−косвенные экономические потери, связанные главным образом с обеднением социального и экономического разнообразия поселения,

−ежегодный экологически обусловленный миграционный отток населения,

−прямые потери домовладений, муниципалитетов и государства от аварий, катастроф

иинцидентов на уязвимых территориях.

Внастоящей работе была проведена оценка потенциала переселения из экологически напряженных транспортных узлов, являющихся средоточием логистической инфраструктуры и характеризующихся интенсивными потоками грузов и пассажиров. Для проведения исследования была выбрана зона, прилегающая к Московскому вокзалу, которая является одной из самых проблемных зон Нижнего Новгорода с экологической точки зрения.

Входе работы было количественно установлено изменение показателей химического загрязнения территории в окрестностях транспортного узла в условиях напряженной транспортной обстановки. Учет автомобилей проводился с помощью видеокамеры, в течение 15 мин во время дорожной пробки и без нее. Весь поток делился на пять основных групп: легковые автомобили, грузовые бензиновые, грузовые дизельные, автобусы бензиновые и автобусы дизельные.

Результаты наблюдений показали, что в исследуемой зоне движение автомобиля в пробке характеризуется сменой режимов разгон – торможение. Известно, что такой тип движения сопровождается наибольшим потреблением топлива и кислорода, и соответственно наибольшими выбросами отработавших газов (Семенов В.В., 2006).

Расчеты мощности эмиссии производились для окиси углерода, диоксида азота, и углеводородов по Методике оценки уровня загрязнения (Министерство транспорта РФ, 1995), а также по научной методике, разработанной А.С. Гавриловым (Гаврилов, 1995). Расчет рассеивания проводился по формуле для линейного источника (дороги) с использованием данных о мощности эмиссии.

Моделирование рассеивания загрязняющих веществ осуществляется с помощью экологического программного комплекса «Zone».

Расчет риска для здоровья проводился по методике (Министерство здравоохранения, 2004). Исследовалось влияние смеси газов, состоящей из трех компонентов (СО, NO2, CxHy), учитывалось только хроническое ингаляционное воздействие. Данные вещества не представляют канцерогенной опасности (действие общих углеводородов учитывалось как токсическое), поэтому рассчитывали коэффициент опасности для каждого компонента смеси.

Всоответствии с современными теоретическими представлениями, интенсивные транспортные узлы характеризуются режимом «stop and go», который приводит к значительному возрастанию рисков для здоровья населения. Расчет канцерогенных и неканцерогенных рисков показал, что по сравнению с режимом синхронизированных

транспортных потоков риск возрастает в 5…8 раз, что создает правовые основы для переселения жителей с территорий, прилегающих к таким зонам. Выявленный потенциал вынужденной экомиграции из зон санитарных разрывов оказался на порядок более высоким, чем при отсутствии дорожных пробок.

Расчеты показали, что миграционный потенциал зоны опасного уровня риска для здоровья составил примерно 2200 жителей. Эта характеристика описывает суммарное количество жителей, которые вынуждены адаптироваться к существующей обстановке, либо менять место жительства. Количественно определить масштабы ежегодной экомиграции предлагается на основе постоянного мониторинга либо социологических исследований наиболее уязвимых зон.

Изучение вопроса последствий интенсификации антропогенной нагрузки и

206

вынужденной экомиграции из зон с неблагоприятной экологической обстановкой требует также проведения постоянного мониторинга транспортных систем, экологической нагрузки и социальных показателей как основы информирования общества о потенциале вынужденной экомиграции и принятии управленческих решений по обеспечению устойчивого развития городов.

Шуневич Е.П.

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород)

РЕГЕНЕРАЦИЯ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОСЛЕ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МОЛОКОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

Одной из наиболее важных проблем в эксплуатации полупроницаемых мембран является регенерация их первоначальных свойств после мембранного разделения и концентрирования молокосодержащих сточных вод.

На поверхности у мембран образуется плотный гелевый слой из высокомолекулярных соединений (белков, коллоидного фосфата кальция, микроорганизмов и т.п.), который влияет на скорость фильтрации, селективность мембран и, следовательно, эффективность мембранных процессов в целом. Удаление этого слоя на поверхности мембран, а также белков, микроорганизмов, диффундировавших в поры макропористой подложки, обеспечивает практически полное восстановление основных характеристик и свойств полупроницаемых мембран.

Существует три различных способа регенерации:

1. Регенерация путем прямой промывки − различные моющие растворы пропускаются через ультрафильтрационный элемент с целью удаления загрязнений из пор полых волокон. В ходе этого процесса получается пермеат регенерирующего раствора для его последующего использования во время цикла обратной промывки (рисунок 1).

Рис. 1. Прямая промывка

2. Регенерация путем рециркуляции − различные моющие растворы пропускаются через элемент, как было описано выше, но при закрытых вентилях выхода пермеата (рисунок 2). Это необходимо для создания давления в корпусе элемента. Вследствие разницы давлений по длине волокон в нижней половине элемента происходит прямая промывка, а в

207

верхней половине ─ обратная промывка пермеатом, полученным при прямой промывке. Рециркуляционная обратная промывка в сочетании с сильным очищающим действием регенерирующего раствора вдоль поверхности мембраны обеспечивает эффективное удаление осадков органических веществ. Во многих случаях применение рециркуляции может исключить или свести к минимуму потребность в обратной промывке.

Рис. 2. Рециркуляционная промывка а) прямая, б) обратная

3. Регенерация путем обратной промывки − очищающий раствор с пермеатом или технологический пермеат, полученный при прямой промывке (или технологическом способе очистки) перекачивается в обратном направлении по волокнам под давлением (рисунок 3). Операция обратной промывки смывает и удаляет все остатки органических веществ, накопившихся при прямой промывке или очистке рециркуляцией. Во многих случаях применение обратной промывки является единственным используемым циклом в регенерации элементов.

Рис. 3. Обратная промывка

208

Оптимальный рабочий период до момента восстановления элементов колеблется в зависимости от конкретного случая применения. Обычно оказывается достаточно стандартного метода циркуляции жидкого моющего средства, которое применяется во всех системах ультрафильтрации.

Благодаря уникальному свойству полых волокон ─ способности выдерживать снаружи давление − могут применяться по отдельности или вместе все три выше перечисленных способа регенерации.

209

ИНСТИТУТ АРХИТЕКТУРЫ И ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВА

Аксеева М.И.

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (Нижний Новгород)

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ ПРИВОЛЖСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

В условиях современной рыночной системы хозяйствования становится актуальным поиск наиболее выгодных способов использования ресурсов. Нахождение экономичных вариантов способствует финансовой стабильности как предприятий, так и общества в целом.

Нижегородская область – один из крупных потребителей электроэнергии в Приволжском Федеральном округе. В ней сосредоточено 243 промышленных предприятия [1], 1387 сельскохозяйственных организаций, 3216 фермерских хозяйств и индивидуальных предпринимателей, 1777 некоммерческих объединений граждан, 632,4 тысяч личных подсобных хозяйств и других индивидуальных хозяйств граждан, не входящих в объединения [2], каждые из которых являются активными потребителями электроэнергии. На рисунках 1,2 отражен баланс электроэнергии в Нижегородской области.

Рис.1. Максимум электрической нагрузки

Рис.2. Структура потребления электроэнергии

Ежегодно в Нижегородской области наблюдается рост как производства, так и пот-

210