ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ НАН УКРАЇНИ

Інститут технічної теплофізики НАН України створено в результаті низки реорганізацій, наукових установ енергетичного профілю, що існували до цього в системі Академії наук УРСР.

Розвиток досліджень у галузі енергетики в Академії наук започатковано в 1939 р. організацією Інституту енергетики АН УРСР у Харкові та його філії в Києві. Основними завданнями інституту та філії було наукове обгрунтування розвитку електрифікації республіки на базі комплексного використання енергетичних ресурсів, розробка методів підвищення ефективності енергетичного устаткування.

Іван Трохимович Швець (1901 – 1983)
академік АН УРСР, доктор технічних наук, професор,
заслужений діяч науки і техніки УРСР, директор Інститутів
енергетики (1941 – 1947) і теплоенергетики АН УРСР (1947 – 1955),
ректор Київського державного університету ім. Т. Г. Шевченка (1955 – 1972),
головний учений секретар Президії АН УРСР (1950 – 1952),
академік-секретар Президії АН УРСР (1970 – 1978),
заступник Голови Верховної Ради УРСР (1967 – 1970)

Інститут складався з чотирьох відділів – електротехнічного, теплотехнічного, гідротехнічного та динаміки енергетичних машин, які очолювалися директором інституту академіком АН УРСР В. М. Хрущовим, академіком АН УРСР Г. Ф. Проскурою (другий і третій відділи) і чл.-кор. АН УРСР В. І. Майзелем. У Київській філії існувала група із загальних проблем енергетики і лабораторія теплообміну та теплового моделювання (керівники І. Т. Швець і В. І. Толубінський, згодом академіки АН УРСР).

До початку Великої Вітчизняної війни в інституті в галузі теплофізики розроблено нові методи розрахунку гідромашин і принципи створення газотурбінних установок замкнутого циклу.

У травні 1947 р. інститут розділився на Інститут теплоенергетики та Інститут електротехніки АН УРСР. Інститут теплоенергетики АН УРСР очолювали І. Т. Швець (1947 – 1952 рр. і 1954 – 1955 рр.), В. І. Толубінський (1953 – 1954 і 1964 рр.), Г. М. Щоголєв (1955 – 1963 рр.).

Спочатку Інститут теплоенергетики АН УРСР проводив дослідження з вдосконалення теплових двигунів, інтенсифікації процесів теплообміну в різних технічних пристроях, а також із загальних проблем розвитку енергетики республіки. Структурно інститут складався з чотирьох лабораторій – теоретичної теплотехніки, газових турбін, теплових двигунів та установок, паливовикористання і промислової теплотехніки та відділу загальної енергетики, якими керували відповідно професори І. І. Чорнобильський, П. Д. Швецов, І. Т. Швець, В. І. Толубінський і Ф. Т. Марковський. Пізніше, у 1949 р., інституту доручається розробка наукових основ та практичних методів енерготехнологічного використання українського бурого вугілля та торфу, у зв’язку з чим організується відділ енергохімічного використання палив, який очолив В. І. Толубінський. Створюються експериментально-виробничі майстерні.

За сучасними масштабами інститут був нечисельним: у 1950 р. в ньому працювало близько 140 чоловік (з них близько 40 в експериментально-виробничому секторі), наукових співробітників налічувалося лише 44. Проте вже до кінця 1963 р. його штат становив 487 осіб, у тому числі 125 наукових співробітників, з них 4 – доктори та 35 – кандидати наук. Крім того, близько 80 співробітників працювало в експериментально-виробничих майстернях. Інститут ґрунтовно зміцнив свою виробничу базу. У 1962 р. закінчується будівництво лабораторного корпусу площею 4800 м², а в 1963 р. – експериментального корпусу площею 2000 м²; споруджено ряд крупних експериментальних стендів.

У 1963 р. інститут складався з відділів: теплообміну (керівник О. О. Кремньов, згодом академік АН УРСР), теплофізики високотемпературних машин (Є. П. Дибан, згодом академік АН УРСР), динаміки теплових процесів (В. Й. Федоров), гірничої теплотехніки (академік АН УРСР О. Н. Щербань), аналітичних досліджень (М. М. Назарчук), паливних процесів та котельних установок (Г. Л. Бабуха), методів прямого перетворення теплоти в електроенергію (Г. М. Щоголєв), термогазодинаміки (О. С. Швець), загальної енергетики (Ф. Т. Марковський).

На сьогодні Інститут технічної теплофізики (ІТТФ) НАН України (до 1964 р. – Інститут теплоенергетики АН УРСР) – провідний в Україні центр у галузі тепломасообміну, теплоенергетики та енергоощадних теплотехнологій.

У різні роки науковий колектив інституту очолювали визначні вчені: академік АН УРСР І. Т. Швець, професор Г. М. Щоголєв, академік АН УРСР В. І. Толубинський, професор Г. Л. Бабуха, чл.-кор. АН України О. А. Геращенко. З 1982 – 2015 рр. керував роботою Інституту академік НАН України А.А. Долінський (нині Почесний директор Інституту).

З грудня 2015 року на чолі Інституту ─ Юрій Федорович Снєжкін, академік НАН України, доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії СРСР в галузі науки та техніки та лауреат Державної премії України в галузі науки та техніки.

Головний корпус ІТТФ НАН України по вул. Желябова, 2а, м. Київ

У структурі інституту існує 12 наукових відділів, дослідно-конструкторське технологічне бюро з інтенсифікації тепломасообмінних технологічних процесів, дослідне виробництво, інженерний центр «Сушка» та експериментальний механічний завод тепломасообмінних апаратів. На базі інституту Законом України створено «Технологічний парк «Інститут технічної теплофізики НАН України», президентом якого є академік НАН України А. А. Долінський.

На цей час в інституті працює близько 400 співробітники, з них два – академіки НАН України, сім – чл.-кор. НАН України, двадцять три – доктори і вісімдесят девять – кандидатів наук. За роки існування інституту сформувався ряд наукових шкіл і напрямів, які відіграли найважливішу роль у галузі теплоенергетики та енергоощадних теплотехнологій. Засновниками найвідоміших наукових шкіл є академіки І. Т. Швець, О. Н. Щербань, В. І. Толубинський, О. О. Кремньов, Є. П. Дибан, чл.-кор. АН України О. А. Геращенко, А. А. Долінський

Багато праць учених інституту отримали високу оцінку, їх відзначено двома Державними преміями СРСР, дванадцятьма Державними преміями України, трьома міжнародними преміями ім. О. В. Ликова, двома преміями Президентів академій наук України, Білорусі, Молдови, п’ятьма преміями ім. Г. Ф. Проскури НАН України, чотирма преміями ім. В. І. Толубінського. Більше 110 розробок інституту відзначено дипломами та медалями вітчизняних і зарубіжних виставок. Високий рівень праць інституту підтверджують 1800 українських і зарубіжних авторських свідоцтв і патентів на винаходи.

Анатолій Андрійович Долінський (1931 – 2022)
академік НАН України, доктор технічних наук, професор,
заслужений діяч науки і техніки України,
тричі лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки,
почесний директор Інституту технічної теплофізики НАН України

З 1979 р. інститутом видається науково-технічний журнал «Промислова теплотехніка», який з 1996 р. одержав статус міжнародного. Англійська версія журналу тривалий час видавалася в США видавничим домом «Begell hоuse, inc., Publishers». Основні результати робіт учених інституту відображено в 120 монографіях, опубліковано в різних тематичних збірниках, статтях провідних українських і зарубіжних журналів.

На базі інституту функціонують: Національний комітет з тепломасообміну, Комітет країн СНД з проблем сушіння, Секція «Енергозбереження та екологія в паливно-енергетичному комплексі» науково-технічної ради Мінпаливенерго України, Наукова рада з проблеми «Теплотехнологія». За ініціативи інституту на початку 2015 р. з метою популяризації використання та сприяння впровадженню теплонасосних технологій в Україні засновано Національну асоціацію України з теплових насосів (Громадська спілка). Інститут бере активну участь у розробці та реалізації державних науково-технічних програм.

В інституті функціонують дві спеціалізовані ради із захисту докторських та кандидатських дисертацій.. Співробітниками інституту захищено понад 42 докторські та 198 кандидатських дисертацій.

В ІТТФ НАН України постійно діє виставка розробок інституту «Енерго- та ресурсозбереження», з експозицією якої знайомляться фахівці різних галузей господарства, студенти й викладачі вузів і технікумів, відповідальні працівники міністерств і відомств, депутати Верховної Ради України, зарубіжні гості та делегації.

Фахівці інституту є членами та експертами ряду комітетів і науково-технічних рад при міністерствах, відомствах та державних адміністраціях в питаннях виробництва, транспортування та споживання енергії.

В інституті приділяється значна увага інноваційній діяльності. Він є постійним учасником і організатором міжнародних наукових, науково-практичних конференцій та «круглих столів», спеціалізованих виставок, зокрема спільно з Торговельно-промисловою палатою України інститут веде пошук нових перспективних форм роботи із залученням інвестицій для ефективного впровадження у виробництво високотехнологічних розробок.

Виставкова зала розробок ІТТФ НАН України
по вул. Булаховського, 2а, м. Київ

Інститут надає пропозиції низці міністерств щодо реалізації спільних інноваційних проектів з різнопрофільними інститутами НАН України та виробничими підприємствами, ініціює створення і трансфер об’єктів нової техніки та технологій для виробництва в Україні конкурентоздатної продукції.

Колектив інституту продуктивно працює над виконанням державних науково-технічних програм з пріоритетних напрямів розвитку науки та техніки, творчо вирішує окремі завдання відповідно до Указів Президента України, Кабінету Міністрів України та Постанов Верховної Ради України.

Значну увагу в інституті надають підготовці майбутньої зміни. В інституті проходять практику студенти технічних вузів, а кращі з них залишаються працювати в інституті. Молоді вчені мають нагоду брати участь у міжнародних наукових конференціях. Більше 50 молодих учених заохочуються спеціальними преміями інституту та адресними стипендіями імені видатних учених – засновників наукових шкіл, які присуджуються за творчі досягнення та успішну наукову роботу з розвитку нових фундаментальних напрямів інституту.

Основними напрямами науково-технічної діяльності інституту є:

1. Теплофізичні дослідження процесів у теплоенергетичному устаткуванні при використанні традиційних та відновлюваних джерел енергії та розробка методів підвищення його ефективності, надійності та екологічної безпеки.
2. Розвиток теорії теплообміну та її застосування для підвищення ефективності процесів передачі та використання теплоти в машинах і апаратах нової техніки.
3. Розвиток теорії переносу теплоти та речовини для підвищення ефективності діючих та розробки принципово нових енергоощадних і ресурсозберігаючих теплотехнологій.
4. Розвиток теорії вимірювання теплових величин та її застосування прирозробці нових теплофізичних приладів і систем для підвищення метрологічного забезпечення експлуатації енергетичного та іншого теплотехнічного обладнання.

Відповідно до основних напрямів науково-технічної діяльності ученими інституту проводяться науково-дослідні роботи щодо:

• розвитку теорії теплофізичних процесів в об’єктах промислової та муніципальної енергетики, системного аналізу стратегічних варіантів модернізації цих галузей;
• розробки наукових основ і методів підвищення ефективності використання палива в енергетиці шляхом комбінованого виробництва теплової та електричної енергії в системах теплопостачання;
• розвитку загальної теорії турбулентного теплообміну в ускладнених умовах, типових для теплоенергетичного обладнання, створення наукових основ та методів теплового захисту високотемпературних установок;
• дослідження механізму і закономірностей процесу перенесення при змінах агрегатного стану теплоносіїв в елементах енергетичного устаткування;
• теплофізичних досліджень робочих процесів в обладнанні атомної енер­гетики, розробки методів підвищення його надійності та екологічної безпеки, а також методів прогнозування термогазодинамічних явищ при захороненні радіоактивних відходів атомних електростанцій;
• розробки теоретичних основ тепломасообміну в умовах дискретно-імпульсного введення енергії в дисперсні середовища та створення на цій основі принципово нового класу технологій;
• дослідження фундаментальних проблем нестаціонарного перенесення теплоти та речовини в капілярно-пористих і колоїдних тілах та реологічних системах за наявності фазових та хімічних перетворень;
• дослідження основ інтенсифікації тепломасопереносу та розробки ефективних теплотехнологій в хімічній, харчовій, переробній і мікробіологічній промисловості та промисловості будівельних матеріалів;
• дослідження тепломасообмінних процесів при зміні агрегатного стану речовини, створенню абсорбційних холодильних установок, що працюють в режимах холодильної машини та теплового насоса;
• створення приладів та вимірювальних систем для контролю складу відхідних газів в енергетичному обладнанні, хімічного та механічного недопалу та оптимізації процесу горіння в топках енергетичних та опалювальних агрегатів;
• створення високоточних вимірювальних приладів та систем для проведення теплових вимірювань в об’єктах муніципальної енергетики;
• створення ефективних систем газоочищення та пристроїв утилізації теплоти.

Інноваційний підхід зумовив таку оцінку маркетингової стратегії інституту: на базі фундаментальних наукових досліджень розробляються нові технології та устаткування, що мають ринковий попит та є перспективними для організації виробництва прибуткової продукції.

Одним з основних наукових напрямків, що активно розвиваються в інституті впродовж трьох останніх десятиліть, є дослідження методів керування процесами тепломасообміну та створення на їх основі нових енергоощадних технологій.

Засновниками і керівниками даного напрямку робіт є академіки О. О. Кремньов та А. А. Долінський. Великий внесок у формування та розвиток досліджень внесли праці учених Ю. Ф. Снєжкіна, В. Р. Боровського, Й. М. Пієвського, А. В. Шурчкова, Ю. С. Кравченка, Л. М. Грабова.

До високоефективного і, значною мірою, універсального методу керування процесами тепломасообміну в гетерогенних системах слід віднести розроблений в інституті під керівництвом академіка НАН України А. А. Долінського метод дискретно-імпульсного введення енергії (ДІВЕ). Суть цього методу полягає в акумуляції в робочому об’ємі апарату з гетерогенним середовищем теплової чи потенціальної механічної енергії та миттєвій її трансформації в кінетичну – імпульсну в часі і дискретну в просторі. Енергія підводиться безпосередньо до межі розділу фаз за допомогою бульбашок пари (газу), в околиці кожної з них в результаті зростання, схлопування або осцилювання ініціюються ударні хвилі, кумулятивні струмені, міжфазна турбулентність, кавітація. Енергоощадна властивість цього методу досягається високим рівнем питомої потужності, локальним характером процесу і завдяки цьому різким скороченням втрат від дисипації енергії у всьому об’ємі апарата.

Експериментальні та теоретичні дослідження засвідчують, що за короткий проміжок часу – порядку 10 нс – температура пари всередині й в околиці гранично стислої бульбашки змінюється на десятки тисяч градусів, а тиск пари у бульбашці збільшується від 0,1 до 6000 МПа. Діаметр бульбашки при цьому зменшується від 1 мм до 100…200 нм, тобто у десятки тисяч разів. Таким чином, процеси трансформації енергії при реалізації методів дискретно-імпульсного введення енергії здійснюються в просторовому і часовому наномасштабах.

На основі принципу ДІВЕ в інституті розроблено десятки інноваційних технологій, пов’язаних з подрібненням і гомогенізацією гетерогенних середовищ та інтенсифікацією масообмінних процесів у таких середовищах, а також створено принципово нові класи апаратів для здійснення таких технологічних операцій. У цих апаратах, які в порівнянні з традиційним обладнанням анало­гічного призначення відрізняються істотно низькою енергоємністю, ефективно використовуються різноманітні механізми ДІВЕ, пов’язані з динамічною дією бульбашкових структур.

Із застосуванням нової техніки створено 38 енергоощадних, екологічно чистих технологій, які успішно впроваджено в таких галузях виробництва, як енергетика, металургія, виробництво будматеріалів, кабельна промисловість, нафто- і газодобувна промисловість, харчова, молочна, цукрова, переробна та консервна промисловість, медицина, виробництво фармацевтичних препаратів, текстильна, шкіряна промисловість, виробництво хімічних волокон тощо.

Всього на основі практичної реалізації принципу ДІВЕ розроблено понад 50 зразків обладнання, 17 комплексних технологічних ліній. Загальна кількість впроваджених на виробництві установок перевищує 1000 одиниць, що дає значну економію палива, сировини, металу.

Лише по даному науковому напрямку одержано 76 патентів та авторських свідоцтв (А. А. Долінський, Ю. О. Шурчкова, В. О. Кремньов, О. А. Корчинський, А. П. Гартвіг, Ю. С. Кравченко, Б. І. Басок, О. Ф. Нємчин, О. І. Чайка).

Партія вакуумних гомогенізаторів, виготовлених заводом “Більшовик”,
підготовлена до відправки на підприємства харчової промисловості

Ідею цього методу було також використано при розробці технології отримання рідкого замінника молока, впровадженої в 600 господарствах України та країн СНД і удостоєної в 1984 р. Державної премії України (А. А. Долінський, Ю. О. Шурчкова, Ю. Д. Ніколаєв та ін.).

У 1997 р. за роботу “Створення та впровадження енерго- та ресурсозберігаючих технологій та устаткування на основі принципу дискретно-імпульсного введення енергії” авторський колектив інституту нагороджено Державною премією України в галузі науки і техніки.

У рамках національної програми «Діти України» за участю Інституту педіатрії, акушерства та гінекології АМН України впродовж 2004 – 2006 рр. в ІТТФ НАН України вперше в Україні було розроблено продукти гіпоалергійного харчування для немовлят та дітей раннього віку – «Суміші сухі адаптовані з гідролізованим білком для дитячого лікувального харчування». На основі результатів досліджень тепломасообмінних процесів з використанням методу дискретно-імпульсного введення енергії було створено сучасну вітчизняну енерго- та ресурсоощадну технологію їх виробництва (Н. О. Шаркова, Л. Ю. Авдєєва, Я. Т. Терлецька, Е. К. Жукотський, Г. В. Гріщенко). Промислові випробування нової технології, проведені на Хорольському молочноконсервному комбінаті дитячих продуктів, дали позитивні результати. Вартість лікувальних продуктів, виготовлених за новою технологією, приблизно в 1,5 – 2 рази нижча від вартості імпортних аналогів. У ході проведення цих робіт одержано сім патентів, подано п’ять заявок на винахід, результати широко представлялися на багатьох профільних міжнародних нау­кових конференціях, семінарах, висвітлювалися в засобах масової інформації.

Під час вручення Державної премії України в галузі науки і техніки
колективу авторів у Маріїнському палаці 1997 р., Київ

У 2005 р. А. А. Долінського нагороджено премією імені академіка А. В. Ликова Національної академії наук Білорусі за розробку нових теоретичних і експериментальних методів дослідження процесів тепломасопереносу та їх використання у промислових технологіях. У тому ж році за розробку “Використання методу ДІВЕ у промисловості” Інститут технічної теплофізики НАН України нагороджено медаллю VI Міжнародного форуму “Високі технології XXI століття”.

Як відомо, 8 % усього споживаного органічного палива у світі витрачається на процеси сушіння. Інститут своїми дослідженнями в галузі теорії та техніки сушіння займає одне з провідних місць у країнах СНД і добре відомий у світі.

Фундаментальні та прикладні наукові результати охоплюють такі напрямки: теорія взаємозв’язаних процесів тепломасопереносу, дифузії, фільтрації, випаровування та деформації при обезводненні колоїдних розчинів і композицій, капілярно-пористих матеріалів, методи моделювання динаміки та кінетики процесів тепломасопереносу, оптимізація теплотехнологічних процесів сушіння.

Розроблено теоретичні основи взаємозв’язаних процесів тепломасопереносу, фільтрації, фазових перетворень та деформації в гетерогенних пористих системах з одно- і багатокомпонентною рідинною фазою, а також ефективні методи комп’ютерного моделювання динаміки та кінетики сушіння, шляхи вдосконалення відповідних технологій.

Побудовано молекулярно-радіаційну теорію тепломасопереносу, одержано формули для інтенсивності випаровування та дифузії рідини у порах вологого тіла, для капілярного тиску в рідинній фазі залежно від структурних параметрів пор матеріалу та ступеня їх заповнення рідиною.

На основі законів збереження та основних положень механіки деформованого тіла одержано загальне рівняння перенесення субстанції (енергії, маси, імпульсу) для деформованого тіла, яке за відсутності деформацій переходить у відоме рівняння Умова. Уперше отримано формули для інтенсивності випаровування та теплоти фазового переходу компонентів рідкої суміші, а також формулу для рівноважного парціального тиску пари компонентів рідкої фази, з якої витікають емпіричні закони Рауля та Генрі (чл.-кор. Ю. Ф. Снєжкін, д. т. н. М. І. Нікітенко).

Розвинуто концепцію та методологічні принципи аналітичного та експериментального дослідження процесів тепловологопереносу в складних взаємозв’язаних аеродинамічних і температурновологістних умовах у камерах розпилювальних сушарок та концентраторах.

Розроблено нові методи керування кінетичними характеристиками, які базуються на дослідженнях, що розглядають систему «крапля (часточка) – парогазове середовище» як елементну систему в складній аеродинамічній обстановці розпилювальних камер.

Результати фундаментальних досліджень становлять наукову основу для вдосконалення процесів розпилювального обезводнення, інтенсифікації та оптимізації теплотехнологічних параметрів, створення нових енергоощадних технологій та високоефективного устаткування для концентрації і сушіння конкретних груп матеріалів з урахуванням установлених теплофізичних особливостей тепловологопереносу в окремій зневоднюваній краплі (часточці).

Експериментальні та числові дослідження при високотемпературному зневодненні краплі різних розчинів уперше переконливо показали визначальну роль внутрішніх процесів тепломасопереносу при розпилювальному сушінні розчинів. Ідею випарювально-сушильного зневоднення розчинів в одному агрегаті було реалізовано в серії апаратів (ИСА-7, ИСА-200, ИСАР-500, ИСАР-7 тощо) та впроваджено в медичну, харчову та хімічну промисловість (більше 100 агрегатів) у колишньому СРСР та в інших країнах. Це дало змогу в два-три рази знизити енерговитрати на сушіння та підвищити якість продукції. Спеціальною постановою ЦК КПРС на базі агрегату ИСА-200 в країні була створена індустрія сухих замінників крові (поліглюкіна Л-103 тощо) (А. А. Долінський, А. Т. Малушенко, А. П. Гартвіг, К. Д. Малецька, Л. М. Маслюгов).

Розроблені в інституті метод високотемпературного сушіння матеріалів високовологим теплоносієм та пародепресивний метод сушіння було використано при створенні та впровадженні високоінтенсивних сушарних установок у промисловості будматеріалів, при виробництві харчових продуктів, тканин, при сушінні шовковичних коконів, віскозного шовку та ряду інших матеріалів (О. О. Кремньов, В .Р. Боровський, В. О. Шеліманов, Й. М. Пієвський, Е. С. Малкін).

Розроблено технологію та устаткування для безвідходної переробки яблучних вичавок на порошки, а також отримання з них харчових продуктів. У 1984 р. роботу удостоєно Державною премією СРСР (О. О. Кремньов, В. Р. Боровський, Ю. Ф. Снєжкін, Л. М. Грабов). Створено та впроваджено сім типорозмірів технологічних ліній.

Рукотискання під час пуску випарювально-сушильного агрегату, Індія, 1996 р.

У В’єтнамі організовано спільні з Україною два підприємства з переробки на порошки тропічних фруктів. Укладено контракти на виготовлення технологічного обладнання для Словаччини. Розроблено та затверджено Мін­хоронздоров’я України нормативно-технічну документацію на порошки з яблук та їх вичавок, столового буряку, моркви, гарбуза, капусти, кабачків та бурякового жому. Розроблено понад 100 найменувань нових видів харчових продуктів із вмістом порошків, що мають лікувально-профілактичні власти­вості (Ю. Ф. Снєжкін, Л. М. Грабов, В. Р. Боровський, Г. К. Воспітанніков, О. О. Хавін). У 2006 р. цикл робіт зі створення порошкових композицій оздоровчого харчування удостоєно Державної премії України в галузі науки і техніки (Ю. Ф. Снєжкін, К. Д. Малецька).

Розроблено нову ресурсоощадну технологію виробництва низько-метаксильованого пектину з яблучного порошку. Препарат має значно вищу активність та здатність зв’язувати іони важких металів, зокрема ряд радіонуклідів, ніж звичайний пектин. У порівнянні з відомими способами процеси отримання активної форми препаратів прискорено у кілька разів. Технологію впроваджено в Україні на Барському консервному заводі, в 1995 р. налагоджено випуск пектину з місцевої сировини в Індії (Б. М. Процишин, Р. Ш. Вайнберг, С. А. Богданов, М. Д. Буцький).

Дослідження розпаду струменя на краплі в умовах дії зовнішніх гармонійних коливань дало змогу вперше у світовій практиці розробити новий тип диспергаційного пристрою, що забезпечив отримання монодисперсних систем крапель при подрібненні рідин, створити промислові конструкції віброгрануляційного обладнання для установок монодисперсної грануляції продуктів, розробити інженерну методику їх розрахунку. Системи монодисперсної грануляції азотних добрив широко впроваджено на підприємствах галузі. У 80-ті роки виконано комплекс робіт зі створення систем монодисперсної грануляції продукту. Цю роботу в 1983 р. удостоєно Державної премії УРСР в галузі науки і техніки. Останніми роками на основі цього методу створено технологічну лінію з виробництва імітованої зернистої ікри. Лінію впроваджено на чотирьох підприємствах України. Одну лінію поставлено до Іспанії (Ю. С. Кравченко, Б. В. Давиденко, А. І. Тесля, Л. О. Васильченко).

Істотне зниження енерговитрат та підвищення якості продукції гіпсових виробів на 72 заводах колишнього СРСР дала нова технологія сушіння, заснована на використанні пародепресивного способу із зональною зміною режиму зневоднення (Й. М. Пієвський, Р. О. Чернишова, Г. Д. Назаренко).

Запропонована теорія перенесення розчинних високомолекулярних речовин із зовнішнього розчину в капілярно-пористе колоїдне тіло та дослідження кінетики фіксації фарбників на текстильних матеріалах при термічних та термоелектричних методах фіксації дали змогу групі учених (В. Р. Боровський, Е. С. Малкін, Л. М. Грабов) розробити ряд енергоощадних технологій для текстильної промисловості:

• технологію фіксації фарбників на текстильних матеріалах після друку в перегрітій парі (у 3,5 – 6 разів збільшено продуктивність існуючого обладнання, в 2 – 4,5 рази зменшено питомі енергетичні витрати); впроваджено 110 установок;
• технологію швидкісної конвективно-радіаційної фіксації фарбників на текстильних матеріалах при температурах повітря, що перевищують температуру руйнування чи деструкції матеріалу (час фіксації фарбників знижено в 10 – 20 разів, питомі енергетичні витрати зменшено у чотири рази).

В інституті з використанням пародепресивного методу розроблено технологію швидкісного сушіння шовковичних коконів. Цю технологію було прийнято для технічного переозброєння всієї галузі у колишньому СРСР, було організовано серійне виробництво устаткування та впроваджено більше 1100 установок. Їх застосування дало змогу прискорити процес сушіння в три-чотири рази та збільшити вихід шовку-сирцю на 0,5 – 1,5 % (В. Р. Боровський, Л. М. Грабов, М. Д. Коросташ).

З 1975 р. під керівництвом Б. М. Процишина проводяться роботи з інтенсифікації процесів сушіння в технології мікробіологічних виробництв, отримання сухих форм мікробіологічних препаратів, призначених для боротьби зі шкідниками сільськогосподарських рослин (альтернатива хімічним препаратам), а також із дослідження процесів тепломасообміну при біосинтезі та зневодненні мікробної біомаси на основі ентомопатогенних грибів лягли в основу технології та обладнання для отримання готових форм (тонкодисперсний порошок або гранули) спорових грибних препаратів методом комбінованої глибинної та твердофазної ферментації. Створена технологія та устаткування не мають аналогів у світовій практиці (Б. М. Процишин, С. В. Берегов, В. В. Міхалевич, В. А. Тарасовець).

В інституті на основі нових більш ефективних процесів гідродинамічного подрібнення, гомогенізації та екстракції багатокомпонентних середовищ із застосуванням нестандартного тепломасообмінного обладнання розроблено ряд нових технологій отримання порошкових продуктів та нові препарати для дитячого та оздоровчого харчування.

Більше 30 років тому академіками О. Н. Щербанем і О. О. Кремньовим було запропоновано принципово нову технологію видобування теплоти земних надр шляхом створення систем з примусовою циркуляцією теплоносія. Доктором технічних наук А. В. Шурчковим було створено унікальну лабораторну модель геотермальної циркуляційної системи, розроблено методики для розрахунку та оптимізації геотермальних енергоустановок. Першу геотермальну станцію було побудовано в 1983 р. в с. Ільїнка (АР Крим), яка працює і зараз (А. А. Долінський, А. В. Шурчков, Г. М. Забарний та ін.).

У зв’язку з величезними перспективами виробництва геотермальної енергії в Україні та політикою енергоощадження, що зараз проводиться, найближчими роками виросте потреба на сорбційні теплотрансформатори. В інституті в результаті багаторічних досліджень розроблено промислові термотрансформатори від 10 до 3000 кВт, що дає змогу підвищити енергетичну ефективність грійного теплоносія (геотермальної води) на 70 %. Такі трансформатори сьогодні успішно впроваджено, у тому числі й за кордоном, для використання енергії сонця (О. О. Кремньов, В. Я. Журавленко, Е. Р. Гросман, B. C. Шаврін).

Науковим напрямком школи, заснованої академіками І. Т. Швецем та Є. П. Дибаном, є дослідження теплофізичних процесів, що відбуваються в теплоенергетичному устаткуванні з метою створення ефективних систем його теплового захисту.

В інституті такі дослідження проводилися стосовно до газотурбінних двигунів та установок, а також двигунів внутрішнього згоряння. Науковою базою цих робіт послужив комплекс теоретичних та експериментальних досліджень теплообміну в умовах, характерних для таких об’єктів ─ у полях дії великих масових сил, у сильно турбулізованих та пульсуючих потоках, у струменевих течіях тощо.

У результаті багаторічних спільних робіт з КБ провідних енергомашинобудівних підприємств було розроблено способи охолодження деталей газових турбін та методи їх інженерного розрахунку, узагальнені в монографії Є. П. Дибана та І. Т. Швеця «Воздушное охлаждение деталей газовых турбин» і в тритомних «Руководящих указаниях». Ці матеріали стали основними посібниками для конструювання систем повітряного охолодження. Разом з цим під керівництвом М. В. Страдомського було розроблено методи охолодження деталей двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ).

Під керівництвом І. Т. Швеця та В. Й. Федорова виконано теоретичні та еспериментальні дослідження нестаціонарних процесів у парових та газових турбінах, розроблено методику розрахунку перехідних процесів турбокомпресорних агрегатів, включаючи поступеневий розрахунок турбін з урахуванням акумуляції теплоти апаратом лопатки. Одержані результати використано для розробки систем керування газотурбінних установок ГТУ-50-800, ГТ-16-750, турбоагрегату К-500-240 тощо на Свердловському та Калузькому турбінних заводах, Невському заводі, Ленінградському металевому заводі та Харківському турбінному заводі.

Під керівництвом чл.-кор. НАН України А. А. Халатова проведено значний цикл досліджень з тепломасообміну та гідродинаміки однофазних та двофазних потоків у полях відцентрових масових сил. Уперше сформульовано умови подібності внутрішніх закручених потоків та їх стійкості, створено нові методи розрахунку закручених потоків в каналах, які перевершують існуючі за точністю (А. А. Халатов, А. О. Авраменко, І. В. Шевчук).

На основі виконаних фундаментальних досліджень одержано нові наукові результати, що істотно поглибило та розширило сучасні уявлення про фізичну структуру потоків, механізм турбулентного переносу теплоти та маси в полі відцентрових масових сил різної природи. Це дало змогу вперше обгрунтувати умови фізичної подібності, розробити нові моделі турбулентного переносу, створити поліпшені методи аналізу відцентрової нестійкості, запропонувати більш точні методи розрахунку, розробити наукові основи нових вихрових технологій. Зокрема, уперше виявлено та досліджено нові фізичні явища ─ «стиснення» вихору та акумулювання в ньому енергії, «придушення» турбулентності потоком, що обертається, сумісне існування областей активної та консервативної дії відцентрових масових сил у закрученому потоці, формування універсального профілю швидкості.

Фундаментальна багатотомна монографія «Теплообмін та гідродинаміка в полях відцентрових масових сил», шість томів якої вийшли з друку в 1996 – 2006 рр., за повнотою та науковою новизною представлених у ній матеріалів перевершує сучасні видання в даній галузі.

Фундаментальні роботи тісно пов’язані з прикладними дослідженнями в галузі енергомашинобудування, теплотехніки та теплоенергетики. До числа найважливіших практичних результатів слід віднести методи та програми розрахунку вихрових та закручених потоків, що широко використовуються проектними організаціями теплотехнічного, теплоенергетичного та енергомашинобудівного профілю. Для енергомашинобудування розроблено нові технології осцилюючого плівкового охолодження, вихрові технології керування відривом потоку та вторинними течіями в турбомашинах. Інноваційна технологія внутрішнього циклонного охолодження лопаток турбомашин, розроблена в ІТТФ, уперше була застосована на практиці фірмами США та Великобританії. У даний час вона прийнята для використовування на підпри­ємстві «Зоря – Машпроект» (Україна) при створенні потужних енергетичних газових турбін.

Вручення Генеральним секретарем НАТО лордом Дж. Робертсоном
першої міжнародної премії Наукового комітету НАТО, Брюсель, 2002 р.
(другий зліва – чл.-кор. НАН України А. А. Халатов).

Виконано значний цикл прикладних оборонних робіт в аерокосмічній та авіаційній техніці, підтриманий сімома рішеннями директивних органів. Рекомендації з охолодження високотемпературних соплових апаратів з інтенсивними вихровими структурами використано при модернізації системи охолодження газової турбіни бойового літака СУ-27 та його модифікацій. Для КБ «Південне» (Україна) обгрунтовано умови термостабілізації приладових відсіків ракетних комплексів, для Ракетного центру ім. В. П. Макеєва (Росія) виконано роботи за програмою стратегічної системи підводного флоту «Тайфун». Для КБ ім. П. О. Сухого (Росія) розроблено вихровий принцип зменшення «теплової помітності» високотемпературних вихідних струменів силових установок літальних апаратів.

За фундаментальні та прикладні дослідження співробітники інституту удостоєні двох наукових премій НАН України імені видатних учених (чл.- кор. НАН України А. А. Халатов, к. т. н. І. І. Борисов, д. т. н. Н. В. Костенко), першої міжнародної премії Наукового комітету НАТО (чл.-кор. НАН України А. А. Халатов). За заслуги у розвитку аерокосмічної техніки чл.-кор. НАН України А. А. Халатов нагороджений медаллю РосАвіакосмосу «40 лет полета Ю. А. Гагарина в космос». У 2010 році чл.-кор. НАН України А. А. Халатову в складі авторського колективу присуджено Державну премію в галузі науки і техніки.

В ІТТФ НАН України успішно розвивається науковий напрямок, пов’язаний із розв’язанням обернених задач теплообміну. У таких задачах за даними по вимірюванню температур в окремих точках шукалися граничні умови на поверхні тіл, наприклад теплові потоки на оболонці космічних апаратів, що спускаються, теплофізичні характеристики теплозахисту цих же апаратів, величини тепловиділень в елементах пристроїв тощо.

До початку 90-х років в інституті існувало три відділи теоретичного профілю, пов’язаного з моделюванням процесів тепломасообміну, – під керівництвом д. т. н., професора Л. О. Коздоби, д. т. н., професора М. І. Нікітенка та к. т. н. О. О. Гречаного. У цих відділах переважно й розвивалися методи та виконувалися практичні розв’язки прямих та обернених задач теплообміну. До найцікавіших розв’язаних обернених задач можна віднести задачі визначення умов теплообміну на теплонавантажених поверхнях лопаток і вузлів газотурбінних двигунів та теплообмінних апаратів, визначення теплофізичних характеристик теплозахисних матеріалів в експлуатаційних умовах їх нагріву, визначення теплових потоків та теплового стану виробів при струменевому охолодженні й кипінні тощо. В інституті з тематики обернених задач видано п’ять монографій та значну кількість статей.

На цей час в інституті працює відділ моделювання процесів тепломасообміну, очолюваний д. т. н., професором П. Г. Круковським, в якому на основі нових методів та комп’ютерних технологій розв’язуються практичні прямі та обернені задачі тепломасопереносу у найзагальнішій постановці. Активно розвивається так званий розрахунково-експериментальний підхід до моделювання процесів тепломасообіну та оптимізації параметрів виробів, у рамках якого розв’язання зворотних задач є важливою ланкою не тільки для визначення (ідентифікації) коефіцієнтів даних моделей, але й для забезпечення адекватності використовуваних моделей з метою подальшого розв’язання оптимізаційних та прогнозних задач.

До найбільш цікавих та важливих для практики, розв’язаних останніми роками обернених задач, можна віднести розробку моделей та розв’язання задач оцінювання середніх робочих температур та прогнозування ресурсу захисних покриттів лопаток газових турбін (проект при підтримці наукової програми НАТО) та задач прогнозування теплових деформацій і точності виточування при токарній обробці деталей (робота з Магдебурським університетом, Німеччина). У цих роботах обернені задачі є важливою ланкою забезпечення адекватності моделей, що використовуються для прогнозування.

Розроблено тривимірні CFD-моделі та проведені розрахунки для перевірки працездатності проекту системи вентиляції Арки Нового Безпечного Конфайменту над об’єктом укриття Чорнобильської АЕС на основі аналізу тепловологого стану Арки при заданих умовах експлуатації системи вентиляції. Результати роботи дозволили надати пропозиції щодо нової схеми системи вентиляції Арки. Інститут виконував роботу, перемігщи в міжнародному тендері. (П. Г. Круковський)

Ідея прямого перетворення теплоти в електроенергію – дуже приваблива й актуальна. У різних країнах світу відомі вчені працювали над реалізацією ідеї МГД-генератора. Роботи в цьому напрямку в інституті проводилися Г. М. Щоголєвим, Є. Т. Базєєвим, В. Г. Носачем, С. В. Дубовським. Спосіб теплового захисту стінок каналу МГД-генератора шляхом вдування газу через проникні стінки знайшов застосування у створенні газопроникних порожнистих катодів на струм до 10000 А для плазмових установок, унікальної плазмової печі переплавки та кристалізації особливо тугоплавких матеріалів (вище 4000 К). Так, було створено піч для отримання CaTi, що використовується в промисловості замість технічних алмазів (Ю. П. Кукота). Ці роботи впроваджено у промисловість, хоч і в обмежених масштабах.

До числа виконаних в інституті важливих досліджень, які з ряду причин не були достатньо широко реалізовані, слід віднести роботи з енерготехнологічного використання українського бурого вугілля, що виконувалися в 1949 – 1957 рр. згідно з постановою Ради Міністрів УРСР. У результаті цих робіт, що проводилися під керівництвом В. І. Толубінського та Г. М. Щоголєва, було розроблено всі можливі варіанти використання – безпосереднього спалювання, газифікації та напівкоксування на комбінатах для отримання електроенергії, продуктів хімічної переробки смол, включаючи отримання штучного рідкого та газового палива. На базі цих робіт було розпочато переобладнання під такий комбінат Олександрійської ТЕЦ, яке, проте, було законсервоване у зв’язку з освоєнням величезних родовищ нафти та газу в Сибіру та їх транспортуванням в Європейську частину СРСР (В. І. Толубінський, Г. М. Щоголєв, М. Й. Рабінович, Н. М. Пятишкін, В. І. Ковалів, А. Н. Кочережко, Г. Л. Бабуха). Не виключено, що сучасна ситуація в ПЕК України зробить проблему використання бурого вугілля знову актуальною.

До числа перспективних проблем належить і розроблена В. Г. Носачем пропозиція про підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) теплотехнічних установок шляхом термохімічної регенерації. Розрахунки показують, що за допомогою термохімічної регенерації ККД може бути підвищений для ДВЗ на 7 – 12 %, для ГТУ – на 5 – 10 %, для ТЕЦ – на 4 – 15 %, для промислових печей – на 20 – 30 %.

Експериментальні дослідження, проведені в ІТТФ з кансько-ачинським та екібастузьким вугіллям, антрацитним штибом, соняшниковим лушпинням, тирсою, показали, що високошвидкісне нагрівання (тепловий удар) у розжарених продуктах згоряння дає змогу практично миттєво перевести в газову фазу велику частину органічної маси вугільної речовини. У результаті такої термохімічної переробки утворюється пальне, що складається з пірогазу та розжареного коксівного залишку. Спалювання цього пального в топці показало, що воно відбувається практично без недопалу та вирізняється високою екологічною чистотою. Цю технологію впроваджено на Полтавському маслоекстракційному заводі для спалювання соняшникового лушпиння та Ольховецькому цукровому заводі для спалювання низькосортного мазуту.

Інститут є однією з провідних організацій у галузі досліджень теплообміну при зміні агрегатного стану речовини та використанні результатів цих досліджень для вдосконалення устаткування паротурбінних та атомних електростанцій.

Фундатором робіт у цій галузі є академік В. І. Толубінський. Під його керівництвом проведено цикл робіт з фізики кипіння та теорії теплообміну при кипінні. Виконано обширні дослідження механізму процесу, у результаті яких одержано якнайповніші та найбільш достовірні дані про його внутрішні характеристики для різноманітних чистих рідин, бінарних сумішей та розчинів на поверхнях нагріву з різних матеріалів у широкому діапазоні тиску.

Проведено значний цикл робіт з теплофізики водоохолоджувальних ядерних реакторів, виконано численні експериментальні роботи з криз кипіння у трубах, кільцевих каналах та пучках стержнів різної конфігурації з рівномірним та нерівномірним обігрівом у широкому діапазоні визначальних параметрів та геометричних розмірів. Одержані співвідношення ввійшли до «Руководящих технических материалов» з теплогдравлічного розрахунку теплообмінного обладнання АЕС (В. І. Толубінський, Є. Д. Домашов).

Розроблено методи інтенсифікації тепловіддачі при кипінні в каналах, підвищення критичної густини теплового потоку та відповідного збільшення потужності ядерного реактора. Визначено оптимальні режими та конструкції інтенсифікуючих пристроїв, розроблено розрахункові співвідношення для визначення можливого підвищення критичної густини теплового потоку та вихідного паровмісту.

Теплофізичний стенд «Кольцо» високих параметрів: тиск до 20 МПа, густина теплового потоку до 8 МВт/м².

На стенді виконано експерименти з кризи теплообміну в трубах, кільцевих каналах і пучках стрижнів різної конфігурації з рівномірним і нерівномірним обігрівом (всього близько 3 тис. точок)

Розроблено та досліджено спеціалізовані засоби вимірювання теплофізичних параметрів АЕС, зокрема автоматичні швидкодійні вимірники витрати та система розмноження сигналів датчиків внутрішньореакторного термоконтролю (В. І. Толубінський, Є. Д. Домашов, В. Ф. Годунов, М. М. Ковецька). Запропоновано акустичний метод реєстрації початку кипіння, виникнення кризи кипіння (А. М. Кічигин, А. А. Москаленко).

Уперше в країні розроблено високотемпературні коаксіальні теплові труби з радіальним перенесенням теплоти та високою стабільністю підтримки температури в інтервалі 800….1300 К. На цій основі спільно з низкою організацій міністерств колишнього СРСР створено промислові установки для виробництва напівпровідникових приладів і вирощування монокристалів (Є. М. Шевчук).

Комплекс робіт із розробки ефективних профілів оребрення теплопередавальних поверхонь в інституті виконувався одночасно у двох напрямках: дослідження тепловіддачі оребрених поверхонь при зміні в широкому діапазоні форми перфорації, шорсткості й розміру ребер та створення високопродуктивного устаткування для оребрення труб (спільно з Інститутом електрозварювання ім. Є. О. Патона.). Це дало змогу в короткі терміни розробити та впровадити в енергетику велику кількість високоефективних теплообмінників різного призначення: сепараторів-пароперегрівачів, підігрівачів, теплообмінників для утилізації теплоти вихлопних газів, котлів-утилізаторів тощо (В. І. Толубінський, Н. В. Кукушка, В. В. Трепутньов).

Одним із важливих наукових напрямків інституту є гірнича теплофізика. Роботи в цій галузі починалися під керівництвом О. Н. Щербаня. Розвинуто теорію нестаціонарного тепломасообміну та гідродинаміки у пористих пластах і масивах гірських порід, експериментально вивчено теплофізичні та масообмінні характеристики капілярнопористих тіл, розроблено методи про­гнозування газодинамічних явищ при видобуванні вугілля, зокрема раптових викидів газу. Розв’язано складні задачі нестаціонарного теплообміну між повітрям копалень і нескінченним гірським масивом та розроблено методи розрахунку температури повітря в тупикових виробках, куди повітря подається спеціальним повітроводом.

Прикладні роботи пов’язано із створенням нових та вдосконаленням існуючих систем кондиціонування повітря та керування за тепловим чинником вентиляційним режимом глибоких шахт, метрополітенів та інших підземних споруд, розробкою апаратури для дослідження температур, теплофізичних та масообмінних характеристик гірських порід.

На підставі цих робіт створено потужні установки для кондиціонування повітря копалень глибоких шахт Донбасу та ряду інших копалень, розроблено проекти систем кондиціонування для унікальних підземних споруд.

Комплекс робіт у цій галузі удостоєно Державної премії СРСР (1969 р., О. Н. Щербань, О. О. Кремньов, В. П. Черняк). Під керівництвом академіка О. Н. Щербаня розроблено способи добування ртуті з руди в підземних умовах термічним способом, спосіб виробництва алмазів та інші не менш екзотичні технології, що вимагають у майбутньому промислової перевірки та доопрацювання.

Порівняно недавно інститут почав працювати над проблемою захоронення радіоактивних відходів, актуальної для України сьогодні.

Уже розроблено наукові основи довготермінового прогнозування теплового режиму підземних виробок та навколишнього масиву гірських порід при захороненні радіоактивних відходів енергетики й промисловості в геологічних формаціях та їх ізолювання. Розроблено методи теплових розрахунків та принципові схеми відведення надлишкової теплоти з сховищ. Результати цих робіт використовуються в Україні при обгрунтуванні вибору геологічних формацій для захоронення радіоактивних відходів, теплофізичного забезпечення безаварійної та безпечної для навколишнього середовища експлуатації сховищ (В. П. Черняк, А. С. Полубінський, Е. М. Малашенко).

У 1971 р. в інституті було розпочато роботи з нового наукового напрямку – теплометрії, засновником та керівником якого був чл.-кор. НАН України О. А. Геращенко.

На підставі цих робіт розроблено теорію генерації сигналів у теплометричних перетворювачах теплового потоку різних конструкцій. На основі теоретичних положень та експериментальних даних запропоновано методи конструювання перетворювачів з необхідними метрологічними характеристиками та технологія їх виготовлення.

Розроблено оригінальний базовий датчик теплового потоку, на основі якого створено більше 100 модифікацій похідних спеціалізованих приладів для визначення теплопровідності, тепловтрат, випромінювальних та променепоглинальних характеристик, калориметрів, дозиметрів іонізуючого випромінювання, актинометрів, пірометрів тощо, які знайшли широке застосування в енергетиці, ядерній фізиці, медичній та технічній діагностиці.

Для неруйнівного теплового контролю матеріалів та виробів розроблено теплометричні дефектоскопи для оперативного контролю якості теплоізоляції, теплозахисних властивостей будівельних конструкцій – вимірники теплових втрат та теплових потоків серії ИТП.

Другим науковим напрямком у галузі приладобудування є розробка наукових основ інструментальних засобів автоматичного контролю вмісту горючих газів та пари в атмосфері, а також якості спалювання газоподібного, рідкого та пиловугільного палива в промислових агрегатах. Роботи в цьому напрямку було розпочато академіком О. Н. Щербанем. Вони стали основою для створення перших вітчизняних  термокаталітичних приладів ИМ-2 та ИМ-3 для автоматичного контролю метану в атмосфері вугільних шахт. Більше 1500 комплектів цих приладів впроваджено на газонебезпечних шахтах Донбасу та Кузбасу. Прилади відзначено бронзовою медаллю Брюссельської міжнародної виставки в 1958 р.

Інститут вніс вагомий внесок у створення великої номенклатури теплофізичних приладів. У зв’язку з розв’язанням значної кількості технологічних задач та проблем енергоощадження особливу актуальність набули оперативний контроль та регулювання процесів теплообміну й мінімізація втрат теплоти різними об’єктами, головним чином енергетики та будівельної індустрії.

Досягнення теплометрії, електроніки та метрології теплопотокових вимірювань дали змогу розробити гаму сучасних метрологічно атестованих приладів та комп’ютеризованих комплексів для вимірювання теплового потоку, температури та теплофізичних характеристик із метою мінімізації теплових втрат на всіх етапах: від виробництва теплоти на теплогенеруючих підприєм­ствах та її передачі по теплопроводах до її використання різноманітними споживачами.

До засобів вимірювання, що сприяють ефективності та оптимізації процесів виробництва теплоти, належать розроблені в ІТТФ НАН України: бомбові кондуктивні калориметри моделей КТС для визначення якості палива; група приладів для контролю процесів горіння за кількістю незгорілих речовин у золі, що виносяться, та в димових газах котлоагрегатів (прилади контролю механічного та хімічного недопалу палива); радіометри РАПП-5, РАП-12 для контролю опромінення теплонапружених ділянок топочного простору котлів комунальної та промислової енергетики; вимірники теплових втрат ИТП-13, ИТП-20 тощо для оперативного контролю теплових втрат через обмурівку та теплоізоляційні захисні конструкції котлоагрегатів; комп’ютеризований універсальний вимірювальний комплекс «Ресурс» для визначення місць пошкоджень трубо- та паропроводів, обмурівки й теплоізоляційних огорож; комп’ютеризовані системи ИМРТ-1 та «Трасса» для визначення перепадів температури на подовжених ділянках підземних магістральних теплотрас та фактичних інтегральних теплових втрат під час експлуатації без відключення споживача тощо.

За 50 років розвитку теплометрії створено більше 200 типів і моделей первинних перетворювачів та теплофізичних приладів на їх основі. Разом впроваджено на різних підприємствах, особливо теплоенергетичного профілю, близько 20 тис. первинних перетворювачів, пристроїв, приладів, установок та інформаційно-вимірювальних комплексів. Комплекс виконаних робіт у галузі теплометрії ввійшов складовою частиною в роботу ІТТФ НАН України, відзначену Державною премією України в галузі науки і техніки в 2005 р.

Проблема енергетичної безпеки країни, зниження рівня споживання енергетичних ресурсів висунула перед ученими нові завдання. Вчені-теплофізики на цей час активно працюють над створенням концепцій істотного зниження споживання енергоресурсів житлово-комунальним комплексом країни, регіональних концепцій щодо модернізації енергогосподарств областей та регіонів.

За умов зростання цін на енергоносії та посилення вимог до екологічної безпеки, підвищення ефективності використання енергетичних ресурсів багато в чому залежить від застосування передових енергоощадних технологій, що дає змогу більш раціонально використовувати енергетичні ресурси та підвищити екологічну безпеку енергопостачання.

Одним із шляхів розв’язання вказаних проблем є створення та впровадження нових теплотехнологічних процесів із використанням ефективного енергоощадного обладнання – теплових насосів. Теплові насоси можуть реалізовувати перенесення низькотемпературної теплоти, непридатної для прямого використання, на вищий температурний рівень та можуть використовуватися для отримання гарячої води для опалювання, гарячого водопостачання та інших цілей. Практично невичерпним джерелом енергії для теплових насосів є теплота промислових вторинних енергоресурсів, побутових стоків, довкілля (повітря, водний басейн, грунт).

В інституті накопичено більш як 40-річний досвід дослідження та створення теплонасосних установок сорбційного та компресійного типів. Розроблено різні модифікації сорбційних термотрансформаторів для промислових технологічних процесів, а також для систем теплопостачання комунальних об’єктів. Створено та впроваджено в серійне виробництво на заводі «Пензхиммаш» перший в СРСР двоступінчатий бромистолітієвий термотрансформатор холодопродуктивністю 3,0 МВт. В агрегаті застосовано ефективне технічне рішення – енергоощадний робочий цикл із ступінчастою регенерацією розчину, що в 1,6 рази знижує споживання первинної теплової енергії та приблизно на 40 % зменшує витрати охолоджувальної води в апаратах термотрансформатора.

За участю фахівців інституту на підприємствах хімічної, гумотехнічної, металургійної галузей уведено в експлуатацію близько 30 абсорбційних термотрансформаторів, зокрема на Київському заводі «Вулкан», Челябінському бавовняному та Магнітогорському металургійному комбінатах. Для низки підприємств, з метою досягнення максимального ефекту від використання абсорбційних термотрансформаторів, розроблено оригінальні технічні рішення щодо включення абсорбційно-холодильних машин (АБХМ) у технологічні схеми виробництва, які захищено патентами.

 

Термотрансформатор потужністю 3 МВт впроваджений
у серійне виробництво на заводі «Пензхиммаш», Пенза, Росія

В інституті виконуються дослідження щодо створення сорбційних холодильних та теплонасосних установок для комунальних об’єктів, що працюють із використанням відновлюваних джерел енергії, зокрема сонячної. Виконано великий обсяг теоретичних та експериментальних досліджень з пошуку нових робочих тіл для цих систем.

Різні модифікації розроблених в ІТТФ НАН України теплонасосних агрегатів конденсаційного типу впроваджено в Республіці В’єтнам, низці підприємств України, зокрема теплонасосна зерносушарка, теплонасосна сушарна установка для термолабільних матеріалів, осушувальний теплонасосний агрегат для лінії переробки поліетилентерефталата тощо.

Інститутом розроблено енергоощадні схеми теплопостачання об’єктів комунальної енергетики на базі теплових насосів з використанням теплоти стічних вод, вентиляційних викидів, теплоти вторинних енергоресурсів.

Важливим напрямком у зниженні споживання енергоресурсів комунальної та промислової теплоенергетики є широке використання когенераційних теплотехнологій (одночасне виробництво теплової та електричної енергії). Основними науковими завданнями інституту в цьому напрямку є розробка та вдосконалення методів термодинамічного аналізу для оптимізації теплових схем та вибору тепломеханічного устаткування когенераційних установок, оптимізація способів використання скидної теплоти в теплових схемах з газопоршневими та газотурбінними двигунами, на базі яких здійснюється розробка когенераційних установок, а також практичне створення та впровадження цих технологій у комунальній та промисловій теплоенергетиці.

Роботи в цьому напрямку проводилися в 1996 – 2002 рр. під керівництвом чл.-кор. НАН України В. М. Клименка. Роботи з когенерації підтримуються та розвиваються на цей час у рамках створеного в 2005 р. відділу технологій комбінованого вироблення енергії під керівництвом д. т. н. Б. Д. Білеки. Аналогічні роботи проводяться у відділі малої енергетики під керівництвом чл.-кор. НАН України Н. М. Фіалко, а також у відділі теплофізичних основ енергоощадних технологій, очолюваного чл.-кор. НАН України Б. І. Баском.

Інститутом розроблено та впроваджено ряд когенераційних установок на базі газотурбінних установок (ГТУ) та газопоршневих двигунів (ГПД). Так, зокрема, було розроблено та введено в дослідно-промислову експлуатацію першу когенераційну установку на базі газотурбінного двигуна потужністю 2,5 МВт, вихлопні гази якої скидаються в котел, на комунальній котельні Запоріжжя. На базі ГПД було розроблено та введено в експлуатацію на промислових підприємствах три когенераційні установки в Сімферополі (завод «Фіолент») потужністю 1 МВт, а також у містах Гостомель та Костополь на склозаводах потужністю по 0,5 МВт.

Для газотурбінних систем розроблено основні наукові положення та практичні пропозиції за новими енергоощадними безводними технологіями з використанням низькокиплячих робочих тіл при утилізації скидної теплоти компресорних станцій магістральних газопроводів в енергетичних та енергохолодильних установках. Спільно з ВАТ «Сумське НВО ім. М. В. Фрунзе» було розроблено, виготовлено та пущено в дослідно-промислову експлуатацію енергетичну парогазову установку з робочим тілом н-пентан потужністю 4 МВт.

За безпосередньою участю фахівців інституту було розроблено та в подальшому затверджено Закон України «Про комбіноване вироблення електричної та теплової енергії (когенерації)».

Для потреб опалювання та гарячого водопостачання розроблено нові, більш досконалі та економічні котли з метою заміни морально та фізично застарілих котлів систем комунальної енергетики.

Один з них – котел водогрійний водотрубний, що працює під наддувом на природному газі низького тиску теплопродуктивністю 2,0 МВт (КВВ-2,0 Гн), – розроблено під науковим керівництвом В. Т. Рогового. Цей котел призначено для застосування у системах опалювання й гарячого водопостачання, він забезпечує зростання ККД до 95 % навіть при зменшенні навантаження. Котел дає змогу вводити зворотну воду з низькою температурою, починаючи з 35 °С; має достатньо тривалий термін ефективної експлуатації, доступний та простий у ремонті, має високий ККД – 93 – 94 %, низький рівень викидів оксидів азоту (до 80 мг/м³). Серійне виготовлення котлів КВВ-2,0 Гн розпочато на базі орендного підприємства (ОП) «Кримтеплокомуненерго» (Сімферополь).

Під керівництвом О. І. Сігала та В. Н. Канигіна розроблено котел водогрійний водотрубно-димогарний теплопродуктивністю 0,63 МВт (КВВД-0,63 Гн), в якому використано переваги газотрубних котлів (малі метало- і трудомісткість) та водотрубних (висока ефективність топочного теплообміну). Комбінований КВВД-0,63 Гн теплопродуктивністю 630 кВт з примусовою циркуляцією теплоносія через котел розраховано для роботи на природному газі або легкому рідкому паливі та призначено для отримання води з температурою до 95 ⁰С і тиском до 0,6 МПа для опалювання, технологічних потреб та гарячого водопостачання. Впровадження котлів дасть змогу замінити застарілі котли типу «Минск-1», «НИИСТУ-5», «Универсал», «Энергия» тощо, підвищити економічність та надійність джерел теплопостачання.

Керівник Орендного підприємства «Кримтеплокомуненерго» І. В. Вайль оглядає котел КВВ-2,0 Гн,
АР Крим, Сімферополь

Результати проведених наукових досліджень засвідчують, що широке використання низки технічних рішень та розробок, над якими активно працює колектив ІТТФ НАН України, може скоротити споживання палива у малій енергетиці та житлово-комунальному комплексі на 30 % за рахунок:

використання для теплопостачання сучасних котлоагрегатів з більш високим ККД, а також котлів, що працюють на місцевих видах палива (солома, деревина, торф, тощо);

розробки та вдосконалення сучасних комп’ютерних моделей і програм для аналізу процесів горіння палива в енергоустановках з метою удосконалення їх конструкцій та більш ефективної роботи;

застосування нових більш досконалих та менш енерговитратних схем теплофікацій з тепловими насосами для теплопостачання будівель та підприємств;

використання сонячної енергії за допомогою сезонної акумуляції та низькопотенційної вторинної теплоти промислових підприємств;

широкого впровадження когенераційних циклів, що забезпечують додаткове виробництво електроенергії на теплових станціях, що працюють на газі;

глибокої утилізації теплоти відпрацьованих газів котельних установок шляхом використання теплоти конденсації водяної пари та більш досконалої теплообмінної апаратури;

удосконалення й масового впровадження комплексу сучасних пристроїв теплового обліку та систем контролю, керування і автоматизації теплогенеруючого та тепловикористовуючого обладнання в енергетиці, будівництві і промисловості;

використаяння індивідуальних теплових пунктів.

ІТТФ НАН України займає чільне місце в питаннях розробки регіональних програм модернізації комунальної теплоенергетики та на їх базі національної стратегії теплозабезпечення. За мету ставиться завдання зменшити споживання у сфері житлово-комунального господарства природного газу до 30 % за рахунок підвищення енергоефективності його використання та заміщення іншими видами палива.

Проведено системний аналіз сучасного стану комунальної теплоенергетики України з визначенням ключових проблем, шляхів і заходів її модернізації.

Створено комплекс методологічних, науково-технічних та організаційних засад докорінного вдосконалення територіального теплозабезпечення, який практично відпрацьований в масштабі промислово розвиненого та екологічно і соціально напруженого регіону, з подальшим використанням одержаного досвіду як основи для розробки та реалізації програм для інших регіонів і на їх базі Державної цільової програми модернізації комунальної теплоенергетики України.

Розроблено низку проектів рішень, державних регуляторних актів, які визначають науково-технічну ідеологію і політику щодо розвитку комунальної теплоенергетики України.

На основі отриманих результатів фундаментальних та прикладних досліджень в галузях теплофізики та теплоенергетики створено новітні енергоефективні технології і обладнання та налагоджено їх виробництво.

Проведена модернізація комунальної теплоенергетики Донецької області, де в 2010 році отримана економія природного газу 80 млн.м³ (27,5%), знижено викиди оксидів азоту на 274 т та парникових газів на 146 тис.т. Загальна економія природного газу з 2004 року склала 348,5 млн.м³  (за поточними дотаційними для теплокомуненерго цінами — 363 млн. грн.). Пілотний проект регіональної програми окупився за 4 роки і став базою вже для 17 регіонів.

За розробленою методологією, схваленою міжнародними експертними організаціями, створено ряд проектів Спільного впровадження згідно механізмам Кіотського протоколу, за якими теплопостачальні підприємства України отримали 260 млн.грн. безповоротних інвестицій, в т.ч. Донецька область – 76,4 млн.грн. (академік НАН України А. А. Долінський, А. М. Близнюк, чл.-кор. НАН України Б. І. Басок, чл.-кор. НАН України Ю. Ф. Снєжкін, чл.-кор. НАН України Н. М. Фіалко, О. І. Сігал, Г. П. Кучин, Є. Т. Базєєв, О. І. Чайка, Д. Ю. Падерно, В. А. Воротинцев, В. М. Кучеренко, Ю. Є. Хіврич).

У 2013 році член – кореспондент НАН України Наталія Михайлівна Фіалко у складі наукового колективу отримала державну премію України в галузі науки і техніки за роботу «Енергоефективні технології прискореного зведення об’єктів промислового та цивільного будівництва». В цій роботі були розроблені науково-технічні основи та впроваджено комплекс енергоефективних технологій прискореного зведення об’єктів промислового і цивільного будівництва, прогресивні технології опалення будівель і розвинуто відповідні будівельні норми. Виконано наукове обгрунтування низки нових та вдосконалених технологій прискореного промислового будівництва: нанесення покриттів підвищеної якості і спорудження безшовних підлог та майданчиків, підсилення ґрунтів із застосуванням ферментних препаратів, в т.ч. отриманих на основі нанотехнологій тощо. Створено новий високоефективний композиційний матеріал із застосуванням базальтового волокна нового покоління. Розроблено основні положення енергоощадної технології теплоакумуляційного підлогового електроопалення. Для умов прискореного панельного будівництва житла розроблено наукові основи створення енергоощадних огороджувальних конструкцій будівель. Створено підходи до розв’язання складних задач будівельної теплофізики на основі теорії локалізації. Розроблено методологію побудови вітчизняної нормативної бази щодо енергоефективності будівель.

       У 2014 році член – кореспондент НАН України Андрій Олександрович Авраменко у складі наукового колективу отримав державну премію України в галузі науки і техніки за роботу «Створення і впровадження конкурентноздатних соціально-орієнтованих текстильних та шкіряних матеріалів та виробів з прогнозованими технічними і медико-біологічними властивостями». У цій роботі розроблено систему прогнозування властивостей текстильних матеріалів в динамічних умовах їх виробництва. Це дає можливість отримувати текстильні матеріали із заданими властивостями. Важливим в соціально-економічному плані являється розробка вітчизняних видів спеціального захисного одягу для пожежників, для працівників атомних електростанцій, захисту персоналу від рентгенівського випромінювання, одягу для шахтарів (одяг експлуатуються на об’єкті «Укриття» (ЧАЕС)). Вперше в Україні розроблено технологічний одяг для підприємств високих технологій з так званими «чистими приміщеннями» (хіміко-фармацевтичні підприємства, виробництво точної механіки, цінних паперів і документів зі спеціальними засобами захисту, виробництво електронного обладнання тощо).

Останнім часом ініційовано низку досліджень для енергетичного машинобудування.

ІТТФ НАН України й надалі планує поглиблювати фундаментальні дослідження теплофізичних процесів з метою отримання нових знань для удосконалення теплоенергетичного обладнання, розробки енергоресурсозберігаючих технологій для енергетики, промисловості, аграрного комплексу.

Інститут націлений на пошук і впровадження нових форм роботи з регіонами країни, інноваційними фондами та банками по залученню інвестицій у розробку й впровадження новітніх енергоефективних технологій.

Своє майбутнє інститут пов’язує із залученням до наукової роботи кращих випускників вузів, поліпшенням стану матеріально-технічної бази, підвищенням рівня міжнародної співпраці, насамперед при виконанні спільних проектів з ученими країн Європейського Союзу, Росії, США та інших країн.