Математичне моделювання магнітного підвісу у термоядерному реакторі

Схема структурна компонентів у додатку показує компоненти, які викристовуються в комплексі задач, та взаємозв'язки між ними. Структурна схема компонентів наведена в додатку А.

4.3.3 Діаграма послідовності

Діаграма послідовності охоплює процеси аутентифікації, введення параметрів системи, безрозмірних параметрів для дослідження зон стійкості та графік. Схема структурна послідовності наведена у додатку А.

4.4 Керівництво користувача

Для запуску програмного застосування необхідно запустити додаток с назвою MMMS.exe. Відкриється форма авторизації, що зображена на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 - Форма авторизації

Для виконання аутентифікації потрібно натиснути кнопку «Увійти», на сторінці входу у поля «Логін» і «Пароль» ввести свій логін і пароль, для нашого випадку логін - admin і пароль - admin. Після успішної авторизації перед користувачем з'явиться наступна форма, яка зображена на рисунку 4.2

Рисунок 4.2 - Форма для введення даних

Далі користувачеві надается можливість заповнити дані модельованої системи, а саме: власну індуктивність обох надпровідних кілець, яка має одиниці виміру Генрі (Гн); магнітний потік, який проходить крізь надпровідні кільця та генерує магнітне поле, одиниці виміру - Вебер (Вб); самі трьохвимірні координати магнітного підвісу, який знаходить між двома надпровідними кільцями; кут Тета, одиниці вимірювання - радіани; кут Фі, одиниці вимірювання - радіани.

Після чого, необхідно натиснути кнопку “Далі”, перед нами з'я витсья форма яка зображена на рисунку 4.3

Рисунок 4.3 - Форма для ведення безрозмірних параметрів

Користувачеві надається можливість ввести безрозмірні параметри для генерування зон стійкості магнітного підвісу згадно матемачної моделі.

Після того як були введені безрозмірні параметри, потрібно натисну на кнопу “Отримати”, для того щоб побачити графік який зображено на рисунку 4.4.

Рисунок 4.4 - Зони стійкості магнітного підвісу

Далі перед користувачем постає графік зон стійкості. Фіолетовим кольором виділено ту зону в якій магнітний підвіс, якщо не буде виходити за межі, буде працювати найкраще.

Після того як користувач натисну кнопку “До головної форми”, перед ним відкривается наступна форма яка зображена на рисутнку 4.5, де він має можливість ввести інші безрозмірні параметри та отримати графік зон стійкості.

Рисунок 4.5 - Форма для ведення безрозмірних параметрів

Далі перед користувачем постає інший графік зон стійкості, на якому він може бачити, покращилась чи погіршилась зона стійкоісті в залежності від безрозмірних параметрів.

Графік зон стійкості для заданих параметрів зображений на рисунку 4.6.

Рисунок 4.6 - Зони стійкості магнітного підвісу

Висновки

Актуальність і комплексність проблеми керованого термоядерного синтезу охоплює не лише різні напрями фізики високотемпературної плазми, як основи енергетики майбутнього, та її технологічних застосувань, а й проблеми термоядерних реакторів, матеріалознавчі та інженерні аспекти термоядерної енергетики тощо. Ця галузь потребує розроблення матеріалів для термоядерних реакторів, дослідження їхньої поведінки в екстремальних умовах, створення нових покриттів і сполук, методів з'єднання та зварювання, нових методів діагностики, новітніх інженерних розробок у сферах сильнострумної електроніки, енергетики, турбобудування тощо.

Поточний стан світової енергетики, що ґрунтується переважно на використанні органічного палива, стимулює пошук нових енергоджерел, зокрема нетрадиційних або відновлюваних. Окреме місце займають дослідження керованого термоядерного синтезу, які в перспективі дадуть змогу одержати екологічно чисте, практично безпечне та невичерпне джерело енергії. Крім того, на основі гібридної схеми «синтез-ділення» можна запропонувати новий підхід до забезпечення паливного балансу масштабної ядерної енергетики й утилізації відпрацьованого ядерного палива.

В наслідок проробленої роботи був створений програмний продукт для моделювання роботи магнітного підвісу у термоядерному реакторі. Створений програмний продукт містить процес авторизації користувачів, форму для введення параметрів досліджувальної системи та форму для введення безрозмірних параметрів на основі яких будуеться зони стійкості магнітного підвісу в якій він знаходиться, при цьому сумарні витрати на його отримання в цьому стані є мінімальними. Після перегляду графіка зон стійкості можно зробити висновок про найкращі параметри для роботи системи. Також важливу роль відігає зона стійкості, коли на магнітний підвіс буде діяти зовні умови, наприклад, стихійні лиха. Завдяки їй можно передбачити поведінку при якій реакція термоядерного синтезу не вийде з ладу та не спричинить негативні наслідки для оточуючих.

Для розробки програмного забезпечення були використані такі засоби: мови C# та Windows Forms. Наведено опис засобів розробки та перелік основних переваг вибраних засобів.

За матеріалами дисертації було опубліковано три наукові роботи: дві статті та тези доповіді [78-80].

Перелік посилань

1. Левитирующий диполь как новый путь к чистой енергии [Електронний ресурс] / Режим доступу: https://3dnews.ru/586211

2. С помощью левитирующего магнита ученые инициировали управляемую реакцию термоядерного синтеза. [Електронний ресурс] / Режим доступу http://www.dailytechinfo.org/news/975-s-pomoshhyu-levitiruyushhego-magnita-uchenye.html

3. Левитирующий снежок в аду вывернул токамак наизнанку [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://www.membrana.ru/particle/1983

4. Левитирующий дипольный эксперимент [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://tolkochto.in.ua/novosti-ukrainy/item/2322-1453478159

5. Левитирующий диполь [Електронний ресурс] / Режим доступу: https://ru.wikipedia.org/wiki/ левитирующий_диполь

6. В.С. Михалевич, В.В. Козорез, В.М. Рашкован, Д.Я. Хусаинов [Текст] "Магнитная потенциальная яма" - эффект стабилизации сверхпроводящих динамических систем: монография. - Киев: Наук. думка, 1991. - 335 с

7. J. Kesner, L. Bromberg, D. Garnier, M. Mauel, Plasma confinement in a magnetic dipole, IAEA Fusion Eng. Congr. 1998 3

8. (1999) 1165-1168

9. J. Shultz, et al., The levitated dipole experiment magnet system,

10. IEEE Trans. Appl. Supercond. 9 (1999) 378-381

11. A. Zhukovsky, et al., Design and fabrication of the cryostat for the floating coil of the LDX, IEEE Trans. Appl. Supercond. 10 (2000) 1522-1525

12. A. Zhukovsky, et al., Status of the floating coil of the levitated

13. dipole experiment, IEEE Trans. Appl. Supercond. 12 (2002)

14. 666-669

15. A. Zhukovsky, et al., Charging magnet for the F-coil of LDX,

16. IEEE Trans. Appl. Supercond. 11 (2001) 1873-1876

17. P. Michael, et al., Performance of the conduction cooled

18. LDX levitation coil, Adv. Cryogenic Eng. 49A (2004) 701-

19. 710

20. Математичне моделювання [Електронний ресурс] / Режим доступу: https://uk.wikipedia.org/wiki/ Математичне_моделювання

21. Математичні моделі означення характеристики етапи побудови [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://posibnyky.vntu.edu.ua/b_ap/6.html

22. Малков С. Ю., 2004. Математическое моделирование исторической динамики: подходы и модели // Моделирование социально-политической и экономической динамики / Ред. М. Г. Дмитриев. -- М.: РГСУ, 2004. -- с. 76-188

23. Мышкис А. Д. Элементы теории математических моделей. -- 3-е изд., испр. -- М.: КомКнига, 2007. -- 192 с

24. Демуцкий В.П., Зуб С.С., Рашкован В.М. Статически устойчивые конфигурации магнитно взаимодействующих тел // Вісник харківського університету. -1998. -421. -С.89-94

25. Демуцкий В.П., Зуб С.С., Рашкован В.М. Метод Рауса и принцип Герца для электромеханических систем, состоящих из постоянных магнитов и сверхпроводящих катушек и их применение при исследовании магнитной левитации // Вісник харківського університету. -1998. -421. -С.95-100

26. Демуцкий В.П., Зуб С.С., Рашкован В.М. Математическое моделирование магнитной потенциальной ямы в системе сверхпроводящих катушек и постоянного магнита // Вісник харківського університету. Серія фізична “Ядра, частинки, поля”. -1999. - вип.1(5), 438. -С.43-46

27. Демуцкий В.П., Зуб С.С., Рашкован В.М. Анализ устойчивости статического равновесия свободной сверхпроводящей катушки в системе трех жестко связанных сверхпроводящих катушек // Вісник харківського університету. -1999. - вип.2 (6), 443. -С.34-40

28. Зуб С.С. Пространственная магнитная потенциальная яма и магнитная левитация в системе магнитный диполь - сверхпроводящая сфера // Вісник харківського університету. -1999. - вип.3 (7), 453. -С.48-54

29. Зуб С.С. Лагранжев формализм для магнитных систем, принцип Герца и магнитная потенциальная яма // Вісник харківського університету. -1999. - вип.4 (8),463. -С.15-20

30. L.G.Levchuk, P.V.Sorokin, D.V.Soroka, S.S.Zub Elements of the GRID middleware at the KIPT CMS Linux Cluster // Uzhhorod University Scientific Herald. -Issue 14. -2003. -P.36-39

31. Зуб С.С., С.І. Ляшко, Д.А. Номіровський Про можливості Maple-алгебри для обчислень параметрів надпровідної магнітної левітації // Журнал обчислювальної та прикладної математики. -2005. -вип.1, 90. -С.48-54

32. Rashkovan V.M., Dashkov A.V., Pignasty O.M., Zub S.S. The dynamic motion stability for the superconductive coupling system // Proc. Fifth. Int. Conference “New Leading-Edge Technologies in Machine Building”. -Rybachie (Ukraine), 1996. -P. 233-235

33. Rashkovan V.M., Novosad V.A., Lyakhno V.J., Pignasty O.M., Zub S.S. Magnetic system of space object coupling // Proc. Fifth. Int. Conference “New Leading-Edge Technologies in Machine Building”. -Rybachie (Ukraine), 1996. -P. 363-365

34. Vasyl Rashkovan, Stas Zub, Irina Ponomaryova Propiedades magneticas principales de los contornos electricos arbitrariamente colocados // 7a Conferencia de Ingenieria Electrica. Mexico (Mexico), 2001. - P.8-11

35. S.S. Zub Contact free static stable equilibrium in the ground and space system // 17th International conference on magnetically levitated systems and linear drivers. MagLev-2002. Switzerland (Lausanne), 2002. - PP02105

36. Гильберт В. О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле. - Москва: Изд-во АН СССР, 1956. - 411 с

37. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. - Москва: Высшая школа, 1983. - 463 с

38. Владимиров В.С. Уравнения математической физики, -Москва: Наука, 1967. - 436 с

39. Стрэттон Дж.А. Теория електромагнитизма. -Москва: Гостехиздат, 1948. - 539 с

40. Смайт В. Электростатистика и электродинамика. -Москва; Ленинград: Гостехиздат, 1954. - 604 с

41. Михалевич В.С., Козорез В.В., Рашкован В.М. и др. Магнитная потенциальная яма - эффект стабилизации сверхпроводящих динамических систем. -Киев: Наукова думка, 1991. - 336 с

42. Braunbek W. Freies Schwebende diamagnetischer Korper in Magnetfeld // Ibid. 1939. -Vol.112,9- P.764-769

43. Аркадьев В.К. Избранные труды. -Москва; Ленинград: Изд-во АН СССР, 1961. - 331 с

44. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. -Москва: Мир, 1996. -Т.6, Электродинамика. - 348 с

45. Буккель В. Сверхпроводимость. -Москва: Мир, 1975. - 366 с

46. Миткевич В.Ф. Магнитный поток и его преобразования. -Москва; Ленинград: Изд-во АН СССР, 1946. - 358 с

47. Торнтон Р. Принципы проектирования систем магнитного подвешивания // Тр. Ин-та инженеров по электротехнике и радиоэлектрон. / Пер. с англ. -1973. -5. -С.94-109

48. Пивень Л.З. Устойчивость равновесия магнитного подвеса постоянного тока // Тр. Всесоюз. науч. конф. по электроприводам с линейн. двигателем, Киев, 1975. Тез. докл. -Киев: Наукова думка, 1976. -Ч.2. -С.122-127

49. Daniels B., Matthews P. Superconducting bearing // Trans. Cambr. Phil. Soc.-1939. -Vol. 7, -P.97-112

50. Козорез В.В. Динамические системы магнитно взаимодействующих Свободных тел. -Киев: Наукова думка, 1981.-140 с

51. Magnetic Levitation and MHD Propulsion, P.Tixador, J.Phys. III France 4, 1994. -С.581-593

52. Levitation Forces, Stiffness and Force-creep in YBCO High-Tc Superconducting Thin Films, P.Schonhuber, F.C.Moon, Applied Superconductivity, 1994. Vol.2, -7/8. -P.523-534

53. Non-Linear Electromagnetic Systems, Advanced Techniques and Mathematical Methods, V.Kose and J.Sievert, IOS Press, 1998

54. Braunbek W. Freischwebende Korper im elektrischen und magnetischen Feld // Ibid. -1939. - Vol.112, -7/8. -P.753-763

55. Блехман И.И., Мышкис А.Д., Пановко Я.Г. Прикладная математика: предмет, логика, особенности подходов. -Киев: Наукова думка, 1976. -272 с

56. Уайт Давид С., Вудсон Герберт Х. Электромеханическое преобразование энергии. -Москва; Ленинград: Энергия, 1964. -528 с

57. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. -Москва: Гос. Изд-во физ-мат. лит., 1959. -532 с

58. Де Гроот С.Р., Сатторп Л.Г. Электродинамика. -Москва: Наука, 1982. -560 с.

59. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. -Москва: 1967. -436 с

60. Левич В.Г. Курс теоретической физики. -Москва: Физматгиз, 1962. -Т.1. -910 с

61. Калантаров П., Цейтлер Л. Вычисление индуктивностей. Справочник. -Москва; Ленинград: Энергия, 1970. -426 с

62. Garrett M. Calculation of Fields, Forces, and Mutual Inductances of Current Systems by Elliptic Integrals // Journal of Applied Physics. 1963. -Vol.34, -9. -P.2567-2573

63. Гантмахер Ф.Р. Лекции по аналитической механике. -Москва: Наука, 1966. -300 с

64. Герц Г. Принципы механики, изложенные в новой связи. -Москва: Наука, 1959. -126 с

65. Аппель П. Теоретическая механика. -Москва: Физматгиз, 1960. -Т.2, -488 с

66. Френкель Я.И. Электродинамика. -Ленинград; Москва: Гос. тех.-теор. изд-во, 1934. -428 с

67. Hobson E. The Theory of Spherical and Ellipsoidal Harmonics. -London: Cambridge at the University Press, 1931. -352 с

68. Козорез В.В., Чеборин О.Г. Об устойчивости равновесия в системе двух идеальных токовых колец // Докл. АН СССР. -1977. -1. -С.80-81

69. Monagan M., Neuenschwander W. Algorithmic Differentiation in Maple. -Ziirich, ETH, 1993. -160 с

70. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. -Москва: Наука, 1966. -Т.1, -607 с

71. Francis C. Moon, Superconducting Levitation. Application to Bearings and Magnetic Transportation, John Willey & Sons, Inc., 1993

72. Goodkind J.M. Superconducting Gravimeter, Review of Scientific instruments, vol.70, №11, 1999 (4131- 4152)

73. Kozoriz V. Novel Magnetic Levitation and Propulsion Phenomena, Zaporizhya, Motor Sich Publisher, 2001.- 183p

74. Kozoriz V. Super Conductive Bearing, US Patent # 6, 608,417 B1

75. Gahinet P. Explicit control formulas for LMI-based synthesis. Automatic. 1996. Vol.32. №7. pp: 1007-1014

76. Glover K, Doyle J. C. State space formulate for linear multivariable systems and their I« error bounds. Int. Control. 1984. Vol.39, pp: 1115-1193

77. Glover K, Doyle J. C. State space formulate for all stabilizing controllers that satisfy and Яоо-norm bound and relations to risk sensitivity. Systems & Control Letters. 1988. №11. pp: 167-172

78. Lei Guo, Chun Bo. Feng. A Linear Matrix Inequality based design method of reduced order controllers for singular control problems. China. Control theory and applications. 1996. Vol.13. №6. pp: 709-716

79. Lei Guo, Chun Bo. Feng. A Linear Matrix Inequality based design method of reduced order controllers for general control problems. Science in China(E). 1997. Vol.27. №4. pp: 353-361

80. Lei Guo, Chun Bo, Feng. The LMI based reduced order controllers for mixed Яг/Да control problems: continuous-time case. ACTA Automatica sinica. 1998. Vol.24. №3. pp: 294-300

81. Wilson D. A. Model reduction for multivariable systems. Int. J. Control. 1974. Vol.37. №2. pp: 57-64

82. Wu H, Fei Y, Mixed HilH^ robust output feedback control for uncertain linear systems. Control theory and application. 2000. Vol.17. №3. pp: 367-373

83. Wilson D. A. Model reduction for multivariable systems. Int. J. Control. 1974. Vol.37. №2. pp: 57-64.

84. Xin Xin. Reduced-order controllers for the H~ control problem with unstable invariant zeros. Automatic. 2004. №40. pp: 319-326

85. Трегубов А.В / Матеріали науково-практичної конференції «Інформатика та обчислювальна техніка-ІОТ-2018». - м. Київ.: НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», 23-24 квітня 2018 р.

86. Трегубов А.В. ОГЛЯД ЛЕВІТАЦІЙНОГО ДИПОЛЬНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ / Трегубов Андрій Володимирович // Актуальные научные исследования в современном мире, 2017. -с. 140-145

87. Трегубов А.В. МОДЕЛЬ МАГНІТНОЇ ЛЕВІТАЦІЇ У ТЕРМОЯДЕРНОМУ РЕАКТОРІ / Трегубов Андрій Володимирович // Актуальные научные исследования в современном мире, 2018. -с. 61-66

Размещено на Allbest.ru