Наукова діяльність кафедри

.

Публікації в НБД

Монографії

.

.

Наукова діяльність кафедри спрямована на забезпечення рішення двох масштабних взаємозалежних задач, що мають загальнодержавне значення, а саме:

1. Виконання актуальних науково-дослідних, дослідно-конструкторських і дослідно-технологічних робіт для потреб енергетики, промисловості і соціальної сфери з підвищення енергоефективності матеріального виробництва, підвищення економічності, надійності і безпеки енергогенеруючого і енерговикористуючого устаткування і теплотехнологій, підвищення конкурентноздатності продукції, робіт і послуг в енергомашинобудуванні, теплоенергетиці і теплотехніці.
2. Підвищення якості підготовки інженерних і наукових кадрів за допомогою органічного поєднання передових фундаментальних, прикладних наукових досліджень і розробок з навчальним процесом.

В даний час наукова проблематика кафедри обумовлена її двома спеціальностями (143 Атомна енергетика та 142 Енергетичне машинобудування) і виконується науково-педагогічним та науково-інженерним складом кафедри, а також, студентами за наступними основними напрямками:

1. Підвищення енергоефективності, надійності і безпеки устаткування теплових і атомних електростанцій.
2. Розробка, дослідження і широке упровадження високоефективних теплопередаючих і теплорегулюючих систем і устаткування випарно-конденсаційного типу.
3. Підвищення теплоаеродинамічної ефективності теплоенергетичного і теплотехнічного устаткування і розробка нормативних методів розрахунку їх елементів.

Наукові досягнення колективу кафедри у першому напрямку її наукової діяльності в області дослідження впливу умов експлуатації парових котлів на працездатність їхніх елементів дозволили кафедрі стати однією з ведучих організацій України та східної Європи, що займаються діагностикою парових котлів. Результати наукових досліджень були реалізовані при створенні комплексних систем діагностики енергоблоків 300 і 800 Мвт (Зуєвська і Запорізька ТЕС) і 200 Мвт (ТЕЦ «ВАРНА», Болгарія). Накопичений досвід дозволив створити одну з перших вітчизняних систем моніторингу і керування технологічним процесом парового котлу і діагностики стану його поверхонь нагрівання на базі прогресивних інформаційних технологій із застосуванням сучасних контрольно-вимірювальних і обчислювальних засобів і пристроїв. Упровадження цих систем здійснено під керівництвом старшого наукового співробітника кафедри А.А.Михлевского на Криворізькій ТЕС та Кременчуцькому НПЗ і дозволило значно підвищити економічність і надійність парових котлів за рахунок більш якісного ведення технологічного процесу. З метою підвищення надійності і безпеки ядерних енергетичних установок на кафедрі розроблені методи автоматичного розпізнавання початкових фаз виникнення аварійних режимів. За замовленням НІКІЕТ був розроблений зразок спеціалізованого процесора для автоматичного розпізнавання теплогідровлічних режимів активної зони канального ядерного реактора типу РБМК. Зазначений процесор, що пройшов дослідно-промислову експлуатацію, був першою у світі спеціалізованою обчислювальною системою, розробленою для контролю процесів всередині реактора на основі методології штучного інтелекту. За замовленням ВНДІ АЕС розроблена система автоматичного розпізнавання експлуатаційних порушень в елементах головних циркуляційних насосів ядерних енергоблоків з реакторами ВВЕР-1000. Зазначена система пройшла дослідно-промислову експлуатацію на реакторах Рівненської і Запорізької АЕС, передана замовнику і була першою у світі системою діагностики ГЦН на основі штучного інтелекту. Виконано цикл досліджень з верифікації теплогідровлічних кодів на основі методів розпізнавання теплогідравлічних процесів у тепловиділяючих збірках.

За другим напрямком наукової діяльності кафедри роботи з теплових труб (починаючи з 1973 – 1974 р.) стрімко розвиваються й одержують визнання й популярність у країні і за її межами. Успішно здійснюється комплекс оригінальних досліджень і розробок, що охоплює всі основні аспекти даної проблематики: широкий температурний діапазон (від високотемпературного до кріогенного рівня), тепломасообмін і гідродинаміка в замкнутих двофазних системах і капілярно-пористих структурах, регулювання термічного опору (газорегульовані і діодні теплові труби), способи переміщення теплоносія (гравітаційні, з капілярною структурою, відцентрові теплові труби). Здійснюються прикладні розробки в широкому спектрі конструкторсько-технологічних рішень. Прикладами успішної реалізації проектів з розробки теплових труб для наукового космічного приладобудування є системи охолодження і терморегулювання:

– блоків логіки (БЛ) електронно-обчислювального пристрою нейтронного телескопа космічної лабораторії (проект “СКЕЛЯ” для рентгенографії зоряного неба, 1977, ГКБ ИКИ РАНЕЙ, м.Фрунзе);

– напівпровідникових приладів блоків електропостачання наукового відсіку геофізичного супутника (проект “ФРАГМЕНТ” для екологічного картографування планети Земля, 1979, ГКБ ИКИ РАНЕЙ, м.Фрунзе);

– автономних електронних блоків (проект “ТЕРМОСТАТ”, 1985; проект “ІЗОТЕРМА”, 1986-1987, ГКБ ИКИ РАНЕЙ, м.Фрунзе);

– приймачів випромінювання телевізійних камер ТДН і ТВУ (Міжнародний проект “ВЕНЕРА-ГАЛЛЕЙ” з дослідження комети Галлея, 1982-1986, ИКИ РАНЕЙ);

– приймачів випромінювання відеоспектрометричного комплексу (ВСК) (Міжнародний проект “ФОБОС” по дослідженню космічного простору в районі Марса, 1984-1987, ИКИ РАНЕЙ);

– матриці зоряного датчика – кріогенна система охолодження (Міжнародний проект “Оптичний зоряний датчик – ОЗД”, 1988, ИКИ РАНЕЙ і організація “Карл-Цейс-Йєна”, Німеччина, м.Йена);

– приладового відсіку Малої Космічної Лабораторії (проект “РЕГАТА-АСТРА”, 1989; проект “РЕГАТА-СПАС”, 1990-1993, ИКИ РАНЕЙ);

– для температурного контролю апаратури під час виводу на орбіту в автономному польоті малих супутників Magion- 4 (1992-1995) і Megion-5 (1994-1996) (Міжнародний проект “ИНТЕРБОЛ-ПРОГНОЗ-2М” для фундаментального дослідження структури навколоземного простору, Інститут фізики Атмосфери АН Чехії і ИКИ РАНЕЙ).

У жовтні 2001 року був здійснений запуск німецького технологічного супутника BIRD. Кафедра брала активну участь у розробці концепції теплового контролю цього супутника. Були розроблені і виготовлені й апробовані відповідно до європейського стандарту якості і спрямовані в Німеччину теплові труби для системи термостабілізації цього супутника. Система успішно спрацювала на орбіті.

Сьогодні продовжується активна науково-дослідна робота зі створення термостійких сотових панелей з вуглепластиковим покриттям та ізотермічних сотопанельних платформ з алюмінієвими тепловими трубами.для нових поколінь космічних апаратів України. Виготовлені повномасштабні зразки сотопанельних елементів для сонячних батарей і платформ для бортової апаратури космічних проектів «Попередження», «Либідь», «Січ» пройшли лабораторні випробовування, які підтвердили їх високі теплотехнічні та механічні властивості. Дуже актуальними залишаються розробки і дослідження пасивних тепло транспортних випарно-конденсаційних систем стосовно до ядерних енергетичних технологій. Результати цих робіт склали основу для створення автономних пасивних систем розхолодження активних зон, відведення теплоти у сховищах відпрацьованого ядерного палива, систем забезпечення теплових режимів приводів СУЗ, екранних систем теплового захисту енергообладнання та огороджуючих конструкцій, систем підтримки допустимого теплового стану конструкцій і обладнання машинних залів в умовах пожежі. Пріоритетною сферою практичного застосування в рамках робіт другого наукового напрямку є створення і впровадження ефективних теплообмінників-утилізаторів для вирішення задач активного енергозбереження. Аналіз результатів розробок та випробувань, досвід впровадження та експлуатації в промислових умовах розроблених теплоутилізаторів на теплових трубах в якості повітрепідігрівачів котлів, сушильних установок та іншого паливо – та енерговикористовуючого обладнання показав, що їх використання забезпечує підвищення на 5 – 10% енергетичної ефективності обладнання, зменшення шкідливих викидів і теплового забруднення довкілля при незначному збільшенні масогабаритних характеристик обладнання. Велике народногосподарське значення мають також роботи із забезпечення оптимальних теплових режимів різних промислових технологічних процесів та обладнання, по створенню енергозберігаючих нагрівальних та охолоджуючих приладів нового типу, оригінальних пристроїв медичної техніки.

За третім напрямком наукової діяльності на кафедрі атомної енергетики проводяться дослідження процесів переносу тепла в елементах компактних теплообмінників: пучках труб з гвинтовим, шайбовим та сегментним оребреням, в початкових ділянках труб та каналів, петельно-дротяних та штирових радіаторах для охолодження радіоелектронних пристроїв. На основі виявлених закономірностей був запропонований новий засіб інтенсифікації теплообміну в пучках оребрених труб шляхом конфузорної підгинки ребер, нові типи розвинутих теплообмінних поверхонь — плоско-овальні труби з неповним оребреням, труби з накатаним пелюстковим оребреням, радіатори з сітчато-дротяним оребреням. Застосування цих розробок дозволяє підвищити компактність та знизити металоємність теплообмінних пристроїв не менше, ніж на 20…30%, без збільшення експлуатаційних витрат. Створені нові методи розрахунку інтенсивності теплообміну та значення аеродинамічного опору оребрених поверхонь були включені в “Нормативний метод розрахунку парових котлів” останньої редакції, Керівний технічний матеріал Міненергомашу СРСР ‘ТМ 108.030.140.-87 — Розрахунок та рекомендації з проектування поперечно-оребрених конвективних поверхонь нагріву стаціонарних котлів, Галузевий стандарт ОСТ 11336.003-74 «Прилади напівпровідникові. Методи відводу тепла».

На кафедрі атомної енергетики склалась наукова школа Теплообмін, гідродинаміка та надійність енергетичного обладнання. В рамках її діяльності проводяться дослідження у напрямках підвищення надійності та безпеки обладнання теплових і атомних електростанцій, підвищення теплоаеродинамічної ефективності елементів енергетичного обладнання, промислового теплообмінного устаткування. Засновниками наукової школи були у 60-ті роки академік АН УРСР Толубінський В.І. і Заслужений діяч науки та техніки УРСР, професор Орнатський А.П., а послідовниками – професор Дашкієв Ю.Г., професор Письменний Є.М. У теперішній час керівником цієї школи є Заслужений діяч науки та техніки України, професор Письменний Є.М. В рамках даної наукової школи у 70-х роках XX ст. окремий розвиток отримав напрям теплових труб, засновником якого є професор Семена М.Г., а провідними науковцями – провідний науковий співробітник Батуркін В.М., провідний науковий співробітник Ніколаєнко Ю.Є., старший науковий співробітник Гершуні О.Н., професор Кравець В.Ю., старший науковий співробітник Рассамакін Б.М.

Дослідження в цьому напрямі направлені на створення систем охолодження та термостабілізації об’єктів космічної техніки, радіоелектронного устаткування, розробку та впровадження в народне господарство нових типів ресурсозберігаючого теплообмінного обладнання багатогалузевого призначення

Загалом, на теперішній час, наукову школу представляють 6 докторів технічних наук і 25 кандидатів технічних наук.

Результати держбюджетних робіт, що пов’язані з фундаментальними дослідженнями дозволяють створити наукові і технологічні основи для нових перспективних розробок, які успішно застосовуються при виконанні господарчих договорів та у зовнішньоекономічній діяльності. Так, наприклад, на кафедрі вже багато років підтримуються сталі стосунки з Німецьким дослідницьким інститутом аеро-космонавтики, /DLR, м. Бремен/ , з Науково-дослідним інститутом середнього Заходу, Національним відділенням лабораторії відновлюваних джерел енергії. Було Виграно міжнародний конкурс ІНТАС з проектом “Удосконалена канавчата теплова труба для системи терморегулювання космічного супутника” разом з 4 закордонними партнерами /ІТМО (Білорусь), Ecole Nationale Superieure de Mecanique et d’Aerotechnique (Франція), EUROHEATPIPE (Бельгія), CNES (Франція)/. Термін виконання проекту: січень 2007 р. – грудень 2008 р.

З 2016 р. до 2020 р кафедра тісно співпрацювала з теплотехнічним підрозділом Українського дослідницького центру компанії Huawei Technologies Co. Ltd. (Китайська народна республіка). Наукові співробітники групи теплових труб займались розробкою перспективних систем охолодження та термостабілізації сучасного радіоелектронного обладнання.

За участі науковців кафедри був розроблений комплект теплових труб для термостабілізації електронних блоків астероїдного посадкового модуля MASCOT та створено серію наносупутників “PolyITAN”, три з них були виведені на навколоземну орбіту і успішно працювали у відкритому космосі.

Міцна база і високий потенціал кафедральної науки пройшли іспити в кризові для України 90-і роки, коли науковий напрямок кафедри не тільки вистояв, але і за рядом позицій підсилився. Виконані розробки і творчий потенціал колективу виявилися затребуваними і конкурентноздатними й в умовах економіки перехідного періоду, і при формуванні ринкових відносин.

Без перебільшення, науково-технічні й інноваційні досягнення кафедри є дуже значимими не тільки для університетської науки, але і є визначним внеском у розвиток науково-технічного прогресу на державному і міжнародному рівнях.

За останні 20 років за результатами наукової діяльності у напрямках своїх спеціалізацій (“Тепло- і парогенеруючі установки”, “Теплофізика” та “Атомна енергетика”) кафедра демонструвала свої досягнення на міжнародних виставках у Національному комплексі “Експоцентр  України” та Міжнародному виставковому центрі (м. Київ), на галузевих і освітянських виставках. У цей же період співробітники кафедри приймали участь і доповідали результати своїх наукових робіт на більш як 100 міжнародних і галузевих наукових конференціях в Україні, країнах Західної Європи, США, Мексиці, Китаї, Японії, країнах СНД, тощо.

Кафедра успішно вирішує покладені на неї задачі кваліфікованої підготовки інженерних кадрів, проведення актуальних досліджень і нових високоефективних наукових розробок, підготовки фахівців вищої кваліфікації – кандидатів та докторів технічних наук.

На кафедрі навчається у 3-х академічних групах на кожному курсі в цілому понад 300 студентів. Навчальний процес має розвинену науково-виробничу базу, яка ґрунтується на співробітництві кафедри з науково-дослідними інститутами Національної Академії наук України, проектними організаціями енергетичного профілю, атомними і тепловими електростанціями, підприємствами енергомашинобудування, монтажу та ремонту теплового устаткування електростанцій.

Для забезпечення постійного зв’язку з базовими інститутами НАН України і підприємствами, що знаходяться за межами КПІ ім. Ігоря Сікорського, а також проведення на їх науково-дослідній та виробничій базі навчального процесу кафедра має свої філії:

– в Інституті ядерних досліджень (ІЯД) і в Інституті технічної теплофізики (ІТТФ) НАНУ в м. Києві;

– у Державному науково-технічному центрі ядерної та радіаційної безпеки (ДНТЦ ЯРБ) України, м. Київ;

– на атомних електростанціях: Рівненській АЕС, Хмельницькій АЕС, Запорізькій АЕС;

– на теплоенергомашинобудівному заводі ВАТ “ТЕКОМ”, м.Монастирище Черкаської області.

Крім зазначених базових інститутів і підприємств, у навчальному процесі використовується науково-технічна база інших науково-дослідних академічних і галузевих інститутів, науково-виробничих підрозділів Національної атомної енергогенеруючої компанії “Енергоатом”, теплових електростанцій “Київенерго” та інших організацій, діяльність яких збігається з напрямками підготовки фахівців на кафедрі.

Слід зазначити що, у наукових роботах кафедри постійно беруть участь студенти. Багато хто з них пройшли відмінну науково-виробничу школу, стали співавторами наукових статей, доповідей і винаходів, лауреатами конкурсів студентських наукових робіт, а згодом – провідними науковцями, викладачами вищих навчальних закладів, керівниками підприємств, захистили кандидатські і докторські дисертації.

Кафедра пишається своїми випускниками, що досягли в науковій, проектно-конструкторській, організаційно-керівній діяльності високого визнання науково-технічної громадськості, трудових колективів, у вищій школі.

Серед випускників кафедри:

1. Толубінський В.І. – д.т.н., професор, академік НАН України, зав. каф. 1938 – 1941 р.р. та 1944 – 1964 р.р., директор Інституту технічної теплофізики НАН України 1963 – 1972 р.р.
2. Туркевич В.З. – д.х.н., професор, академік НАН України, директор Інституту надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля.
3. Орнатський А.П. – д.т.н., професор, заслужений діяч науки і техніки України, декан ТЕФ 1951 – 1955 р.р., зав. каф. 1964 – 1976 р.р.
4. Письменний Є.М. – д.т.н., професор, заслужений діяч науки і техніки України, директор НН ІАТЕ., лауреат Премії Кабінету міністрів України.
5. Єрмілов С.Ф. – міністр палива та енергетики України 2000–2001 р.р. та 2002 – 2004 р.р.
6. Плачков Г.І. – голови Державної інспекції ядерного регулювання України 2017 – 2021 р.р..
7. Фаренюк Т.Г.– д.т.н., професор, директор ДП «Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій».
8. Остаповець О.А. – ген. директор Запорізької АЕС 2016 – 2019 р.р., генеральний інспектор-директор з безпеки ДП НАЕК «Енергоатом».
9. Лукасевич Б.І. – гол. конструктор ОКБ «Гідропрес».
10. Панов Є.М. – д.т.н. проф., заслужений діяч народної освіти України., зав. кафедрою і декан інженерно-хімічного факультету “КПІ ім. Ігоря Сікорського”, директор Науково-дослідного центра ресурсозберігаючих технологій при “ КПІ ім. Ігоря Сікорського ”.

За наявними неповними даними більш як 20 випускників кафедри – доктори наук, які внесли вагомий доробок у прискорення науково-технічного прогресу, у тому числі: д.ф.-м.н. В.С.Карасьов – зав. відділом ІЯД НАНУ, директор Міжрегіонального наукового центру “Укриття” (ЧАЕС), д.т.н. проф. Ю.Г.Дашкієв – зав. кафедрою з 1976 до 1989 р., науковий керівник лабораторії діагностики парових котлів; Г.Л.Бабуха – директор ІТТФ АНУРСР, Г.С.Маринський, директор Науково-технічного комплексу Інституту електрозварювання ім. Е.О.Патона НАНУ, Л.Б.Медовар – директор Науково-інженерного центру електро-шлакових технологій ІЕЗ ім. О.Е. Патона НАНУ, І.Л. Піоро – проф. університету м. Оттава (Канада), В.Е. Писарєв – проф. Київського національного університету будівництва і архітектури та інші, що плідно працюють у наукових організаціях, вищих навчальних закладах, на промислових підприємствах України та інших країн.