И 66 Материалы Международной заочной конференции в рамках I форума молодых ученых Приволжского федерального округа 13-15 мая 2009 Уфа: риц башГУ, 2009. 277 стр

Литература: Важенин Е.Г. Экономический потенциал социальной инфраструктуры. М., Наука, 1982, 422 с. Захаров Н.Л., Кузнецов А.Л.. Управление социальным развитием организации.: Учебник. – М.: ИНФРА-М, 2006, 264 c. Общая теория статистики. Учеб. пособие /Р.А.Шмойлова, В.Г. Минашкин, Н.А. Садовникова – М.: Финансы и статистика, 2006, 416c. Орлов А.И. «Эконометрика», М.: ЭКЗАМЕН, 2004, 576 c. Тощенко Ж.Т. Социальная инфраструктура: сущность и пути развития. М.: Мысль 1980, 282 с. УДК 621.396.6.001 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТОРННЫХ СРЕДСТВ РЕАЛИЗОВАННЫХ НА НАНОСЕТЯХ Маторин Константин Владимирович, магистрант, Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева, научный руководитель: д.т.н., профессор, Чермошенцев Сергей Федорович Не секрет что возможности миниатюризации в современной кремниевой электронике подходят к пределу. При разработке электроники нового поколения, ученые возлагают надежды на использование объектов, сконструированных с атомарной точностью и обладающих новыми свойствами по сравнению с макроструктурными объектами того же материала. Наиболее интересным материалом здесь выступают углеродные нанотрубки. Примером электронной схемы, реализованной с помощью нанотрубок, служит структура типа упорядоченной наносети [5, с. 1-2]. Здесь нанотрубки могут выступать как в качестве межсоединений, так и в качестве логических элементов. Сеть состоит из множеств нанотрубок, размещенных в двух или более параллельных плоскостях. Каждая пара плоскостей разделена тонким слоем химического вещества (межслойным промежутком). Нанотрубки ориентированы параллельно друг другу в пределах одного слоя и перпендикулярны трубкам соседнего слоя. Область пересечения нанотрубок разных плоскостей называют соединением. При подаче на две пересекающиеся нанотрубки напряжения, в области их соединения образуется тот или иной логический элемент, или переход с проводника одного уровня на проводник другого уровня, что соответствует повороту межсоединения на 90º в обычных схемах. Свойства межслоя и нанорубок определяют тип устройства, сформированного в каждом соединении. Так, в зависимости от того, как устроен межслой и какой проводимостью он обладает, соединением нанотрубок может быть образован резистор, диод или транзистор. В вычислительной системе могут присутствовать все перечисленные устройства. Для ее реализации нужно в пределах системы создать несколько областей с различными свойствами (в различных областях межслой должен обладать разными свойствами), в каждой из которых образуется определенный тип устройств. Область с элементами одного типа была названа плиткой. Рис.1. Упорядоченная наносеть Очевидно, что в наносетях в силу квантовой природы нанотрубок по-другому встает вопрос обеспечения таких показателей как электромагнитная совместимость, быстродействие и надежность [3, с. 237-238]. Несмотря на отдельные успехи в изучении этих вопросов, в целом рассматриваемая область еще далека от полного понимания. Так же возникают трудности экспериментального исследования наноструктур, ввиду их малого размера. Вследствие миниатюризации проводника до единиц нанометров особо актуальной становится разработка рекомендаций по электромагнитной совместимости таких систем. Здесь следует выделить следующие виды негативных электромагнитных воздействий [4, с. 9]: 1. Перекрестные помехи. При подаче напряжения на нанотрубку она начинает излучать электромагнитные волны вплоть до терагерцевого диапазона. 2. Влияние внешнего электромагнитного поля на проводимость нанотрубки. 3. Электростатический разряд. 4. Тепловой пробой нанотрубки, возникающий при подаче на нее напряжения выше порогового. Кроме перечисленных воздействий, присущих так же микропроводникам, следует обратить внимание на специфические эффекты наномира, такие как, туннельный ток. В работе анализируются данные типы электромагнитных помех в наносетях, обсуждаются математические модели, даются проектные рекомендации. Следующая задача заключается в необходимости максимально автоматизировать процесс проектирования электронных устройств на наносетях. Предлагается использование генетических алгоритмов при операциях компоновки и трассировки. Основные ограничения: минимальный размер плитки, ограниченный возможностями литографии, и число соединений на плитке, зависящее от размеров нанотрубок. Основными критериями работы алгоритма выступают: 1. Максимальное заполнение каждой плитки логическими элементами одного типа. 2. Минимальное число плиток, задействованных для реализации вычислительной структуры, т.е. максимальное заполнение элементами всей структуры. 3. Электромагнитная совместимость. Трассировка вычислительной системы, реализованной на наносетях, в целом, а особенно каждой плитки в отдельности схожа с канальной трассировкой БИС. Каждую плитку можно представить в виде канала, где вертикальные и горизонтальные сегменты цепей аналогичны межсоединениям двух параллельных плоскостей нанотрубок. Переходным отверстиям, через которые происходит связь вертикальных и горизонтальных сегментов, соответствуют соединения нанотрубок. Наносети – это универсальная структура, и ее применение не ограничивается созданием логических схем. Однако в большинстве случаев, когда наносеть рассматривается как целый монолитный объект (в качестве экранирующего слоя или слоев питания и заземления в многослойной печатной плате), в котором не требуется адресация каждой трубки, в упорядоченной структуре нет необходимости, и можно существенно упростить процесс производства устройств, используя случайные наносети. Случайная наносеть – это массив произвольно ориентированных в одной плоскости нанотрубок. Рис.2. Схематическое изображение случайной наносети Технология изготовления случайных наносетей не требует специальных жестких лабораторных условий [47, с. 47-48]. Нанотрубки растворяются в спирте, полученная жидкость распыляется на пленку. Пленка помещается в сушильный аппарат, где происходит испарение спирта. При этом нанотрубки останутся лежать на подложке. Далее полученный материал можно покрыть вторым слоем пленки для защиты нанотрубчатого покрытия от механических воздействий. Рассмотрим подробно один аспект использования случайных наносетей. Для повышения стойкости и защиты электронных средств от неблагоприятного влияния электромагнитных импульсов используют электромагнитные экраны. Защитные свойства экранов определяются не столько толщиной их стенки, электрической проводимостью или магнитной проницаемостью материалов, из которых они изготовлены, а нарушениями непрерывности корпусов-экранов. Непрерывность экранов может быть нарушена в местах расположения различного рода индикаторов и измерительных приборов. В этом случае следует локально экранировать данную область, применяя проводящие прозрачные материалы: окна с проводящим слоем и оптически прозрачные подложки [1, с. 77]. В используемых в настоящее время экранах применяются относительно толстые металлические проволоки, даже лучшая из которых не обеспечивает прозрачность в достаточной степени. Кроме того ослабление нежелательного электромагнитного влияния такими структурами ниже чем ослабления металлическими пластинами, из которых состоит корпус электронного средства. Вследствие этого возникают локальные электромагнитные неоднородности внутри корпуса, и для обеспечения электромагнитной совместимости устройства приходится применять ряд сложных конструктивных мер. Решением этой задачи может служить работа над разработкой прозрачного высокопроводящего материала, пригодного при создании тонких, гибких электромагнитных экранов обладающих высоким коэффициентом экранирования и хорошей прозрачностью. В качестве такого экрана предлагается наносеть, нанесенная на диэлектрическую основу, представляющую собой прозрачную пленку. Сеть из длинных и тонких, практически одномерных проводников покрывает лишь малую часть подложки, обеспечивая пропускание почти 100% падающего света. Такие показатели как проводимость, магнитная и диэлектрическая проницаемость сети можно изменять в широком диапазоне, регулируя площадь покрытия или плотность расположения нанотрубок. Так, при росте показателя проводимости сети на порядок, прозрачность падает на 5%. В ходе работы создаются модели прозрачных нанотрубчатых экранов с различными значениями проводимости в среде Microwave Studio. Далее исследование проводится по следующим этапам. Создание опытного образца по приведенной выше технологии, проведение эксперимента с полученным образцом, сравнение значений, полученных в результате моделирования и эксперимента, сравнение с использующимися в настоящее время экранами, выработка проектных рекомендаций. Для проведения эксперимента взят корпус, обладающий высоким коэффициентом экранирования, с одним отверстием. Отверстие покрывается экранирующей пленкой, внутри корпуса располагаются на разных уровнях датчики электромагнитного поля. Эксперимент проводится в обычном лабораторном помещении, оснащенным генератором электромагнитного поля. Таким образом, по работе можно сделать следующие выводы: 1. Универсальная структура наносети позволяет использовать ее в большом количестве различных устройств. 2. Малые геометрические размеры нанотрубки позволяют создавать очень тонкие и легкие устройства. 3. Сети нанотрубок, обладают хорошей прозрачностью, что позволяет использовать их в ряде специфических устройств, таких как прозрачные электромагнитные экраны. 4. Высокая, изменяемая в широком диапазоне, проводимость нанотрубок позволяет усиливать ослабляющие возможности экранов. 5. Технология изготовления таких сетей довольно проста. Наряду с дешевизной используемых компонентов это обеспечит высокую конкурентоспособность полученного продукта. Литература: 1. Газизов Т.Р. Электромагнитная совместимость и безопасность радиоэлектронной аппаратуры: Учебное пособие. – Томск: «ТМЛ-Пресс», 2007. – 256 с. 2. Гарнер Дж. Углеродные наносети: новые возможности электроники. В мире науки. – 2007 - №11 С. 44-51 3. Маторин К.В. Углеродные нанотрубки в электронике//XVI Туполевские Чтения: Тез. докл. – Казань, 2008. – С. 237 – 238. 4. Чермошенцев С.Ф. Информационные технологии электромагнитной совместимости электронных средств. Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. Гос. Техн. Ун-та, 2000. 152 с. 5. Snider G., Kuekes P., Hogg T., Stanley Williams R. Nanoelectronic architectures//Appl. Phys. A 80, 1183–1195 (2005) УДК 66.045.1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ СИСТЕМ Мингалимов Загир Фидатович, аспирант, Искакова Зиля Миннинасимовна, преподаватель, Уфимский государственный нефтяной технический университет, научный руководитель: д. т. н., профессор Умергалин Талгат Галеевич Современные технологические установки нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов представляют собой сложные химико-технологические системы, в состав которых входит различное технологическое оборудование. Ежегодно на этих установках вводятся новые мощности. Постоянно осуществляется реконструкция и техническое перевооружение действующих установок. Расчет и выбор оптимальной технологической схемы установки обременяется сжатыми сроками проектирования. При этом, в процессе оптимизации технологических систем одной из ключевых является проблема энергосбережения, так как минимизация затрат на энергоресурсы возможна только при оптимальном варианте организации теплообмена. Постановка задачи синтеза оптимальных схем теплообмена в общем случае формулируется следующим образом: пусть дано множество исходных m холодных и n горячих потоков, для каждого из которых известны физические свойства, необходимые для расчета теплоты, массовые расходы , и начальные температуры , , а также требуемые температуры потоков на выходе из схемы теплообмена , . При принятом для начального расчета схемы типе конструкции теплообменных аппаратов (К) с учетом критерия эффективности приведенных затрат необходимо определить число узлов теплообмена и технологические связи между ними, т.е. структуру теплообменной системы (S). Конструкционные и технологические параметры (T) подобранного оптимального типа теплообменных аппаратов должны обеспечить для исходных потоков достижений требуемых значений конечных температур TКXi, TКГj при оптимуме критерия эффективности. В формализованном виде постановка задачи имеет следующий вид: задано, необходимо определить S, T, К, при которых функция: , где – векторы параметров холодных и горячих потоков соответственно, S – структура теплообменной системы, T – технологические параметры системы, К – подобранный оптимальный тип конструкции теплообменных аппаратов, которая представляет собой функцию конструкционных размеров теплообменных аппаратов. Основным критерием выбора конструкции аппарата является правильная организация процесса гидродинамики движения потоков йв аппарате, а также, часто встречающаяся в проектировании, проблема стесненности расположения оборудования на установке и ограниченности размеров установки. Любая схема теплообмена представляет собой некоторую комбинацию пар потоков, обменивающихся теплотой, поэтому вполне очевидно, что для оптимального выбора варианта организации теплообмена можно применить комбинаторные методы. Исходную задачу оптимизации системы теплообмена можно решить с использованием декомпозиционно-термодинамического метода, состоящий из двух стадий: 1) перебор ограниченного множества рациональных вариантов системы теплообмена и выбор из них наиболее оптимального по максимальному значению обобщенной термодинамической характеристики; 2) оптимального выбора типа конструкций теплообменного оборудования по каталогам их заводов-изготовителей по критерию эффективности приведенных затрат. Нами разработан двухуровневый алгоритм синтеза оптимальных систем теплообмена и ускоренного подбора оптимального типа конструкций теплообменного оборудования по каталогам их заводов-изготовителей, в основу которого принята методика, изложенная в работе [1, с. 923]. Здесь система уравнений теплопередачи приведена к удобному виду для оценки теплообмена: В оптимальной теплообменной системе произведение двух параметров теплообменной системы в левой части выражения должно дать значение максимума, что может быть применено в качестве критерия эффективности при поиске оптимального варианта системы теплообмена. При известных значениях из первой стадии тепловой нагрузки и средней разности температур в каждом узле теплообменной системы определяются конструкционные размеры теплообменного оборудования по минимальным приведенным затратам. Именно правильная организация гидродинамики в теплообменном оборудовании приводит к снижению требуемой поверхности теплообмена. Разработанный алгоритм позволяет сократить капитальные и эксплуатационные затраты за счет увеличения степени рекуперации тепла от получаемых продуктов в технологическом процессе и подбора оптимального типа конструкций теплообменного оборудования в установленные заданием на проектирование сроки.

Похожие:

	Конкурс научных работ молодых ученых Приволжского федерального округа... Общероссийской общественной организации «Российский союз молодых ученых» в Республике Башкортостан		Материалы Шестой Международной научно-практической конференции 22... Информационное поле современной России: практики и эффекты: Материалы Шестой Международной научно-практической конференции
	Конкурсы стр Федерального проекта «Территория», в рамках Всероссийского молодежного образовательного форума «Селигер-2009»		Новый подход материалы IV молодёжной международной научно-практической... Материалы IV молодёжной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных 26-27 ноября 2012 года,...
	Культура. Образование. Право материалы международной научно-практической... Культура. Образование. Право [Текст]: материалы Междунар науч практ конф., г. Екатеринбург, апр. 2009 г. Гоу впо «Рос гос проф пед...		Исследование роли основания в реакции Материалы II международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных
	Программа первого всероссийского форума по вопросам социального туризма... Торжественное открытие Форума и выставки туристско-рекреационного потенциала Приволжского федерального округа		Xx международная научно-техническая конференция и Российская научная... Системные проблемы надёжности, качества, компьютерного моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах...
	Извещение Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых кандидатов наук (конкурс мк-2009) и молодых...		Заявка на конкурс «умник», проводимой в рамках региональной научно-практической... Название работы (Например, «Разработка технологии молочных продуктов нового поколения»)