Известен метод определения межфазной поверхности в перегретой жидкости в центробежно-вихревых деаэраторах, а также созданная на его основе математическая модель деаэрации воды. Для обеспечения практического использования модели необходимо разработать эмпирическое обеспечение, позволяющее рассчитывать коэффициент массопередачи при десорбции растворенного кислорода. Используются методы экспериментальных исследований, теории подобия процессов тепломассообмена и математической статистики. Экспериментальные исследования реализованы в условиях промышленной эксплуатации ДЦВ в котельной производственного объединения «Иртыш» (г. Омск). В качестве объекта исследования использован деаэратор номинальной производительностью 200 т/ч, работающий под вакуумом в режиме перегретой воды (без подачи греющего пара) в составе двухступенчатой установки. На основе результатов экспериментальных исследований разработано эмпирическое обеспечение математической модели процесса деаэрации воды в центробежно-вихревом деаэраторе в виде критериального уравнения, обеспечивающего расчет коэффициента массопередачи по растворенному кислороду в различных режимах работы. Разработанное эмпирическое обеспечение ячеечной модели деаэрации обеспечивает возможность постановки и решения практически значимых для энергетики расчетных задач оптимизации конструктивного исполнения и режимов работы центробежно-вихревых деаэраторов.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2015. — Выпуск 5
Содержание:
Повышение удельного веса атомных станций в энергобалансе страны требует самого пристального внимания к выбору рациональных способов покрытия переменной части графиков электрических нагрузок. Атомные станции по ряду причин эксплуатируются только в базовой части графиков электрических нагрузок. Одним из способов повышения экономичности и маневренности АЭС является комбинирование АЭС с турбинами насыщенного пара и газотурбинных установок. Этому направлению в последнее время уделяется достаточно большое внимание как в России, так и за рубежом. В связи с этим выбор оптимальных способов комбинирования АЭС и ГТУ является весьма важной и актуальной задачей. При проведении исследований использован метод расчетного анализа тепловой и общей экономичности различных способов комбинирования АЭС с турбинами насыщенного пара и газотурбинных установок. Рассмотрены схемы комбинированных парогазовых установок на базе АЭС с реакторами ВВЭР и турбинами насыщенного пара. Проведены расчеты их тепловой экономичности и определены технико-экономические показатели. Показана эффективность комбинирования газотурбинных установок и энергоблоков АЭС с ВВЭР для получения пиковой электроэнергии. Использование полученных результатов позволит повысить эффективность атомных энергоблоков с реакторами ВВЭР и турбинами насыщенного пара.
Ключевые слова
Известны новые энергосберегающие конструкции окон с теплоотражающими экранами, однако для их практического использования необходимо определение эффективности их применения с учетом существующих энергосберегающих мероприятий, в том числе прерывистого режима отопления. Использованы результаты натурных испытаний окон с теплоотражающими экранами в сертифицированной климатической камере, а также данные математической модели процесса теплопередачи через окно. Статистические климатические данные по регионам России и Франции предоставлены Росгидрометом и INSA de Strasbourg. Обработка результатов осуществлена с использованием методов математической статистики. Многовариантные расчеты показателей использования энергосберегающих окон в системах теплоснабжения зданий произведены с использованием программного комплекса Mathcad. Разработаны методика по определению минимальной температуры воздуха внутри помещения при дежурном режиме отопления в случае использования в окнах теплоотражающих экранов с учетом внешних и внутренних факторов, а также методика по определению величины осушки воздуха (с применением рециркуляции) в целях обеспечения дополнительного понижения допустимой температуры внутреннего воздуха для влажных помещений. Разработана методика определения эффективности использования теплоотражающих экранов в окнах, рассчитана экономия топливно-энергетических ресурсов при применении теплоотражающих экранов для различных регионов России и Франции. Использование разработанных конструкций окон и рекомендаций по организации работы систем прерывистого отопления зданий поможет значительно снизить потребление топливно-энергетических ресурсов как в ЖКХ, так и в промышленном секторе.
Ключевые слова
В настоящее время в целях энергосбережения применяют новые тонкопленочные покрытия, состоящие из полых микросфер в связующем вязком материале, которые имеют физические свойства красок, но с пониженным значением коэффициента теплопроводности. Известные в литературе данные о теплофизических свойствах данного энергосберегающего материала крайне противоречивы и значительно разнятся. Нет единого мнения и об области применения энергосберегающих красок на объектах строительства и ЖКХ. В связи с этим оценка величины коэффициента теплопроводности энергосберегающих красок в зависимости от их состава и температуры и исследование их поведения в реальных условиях эксплуатации являются весьма актуальной задачей, решение которой позволит повысить точность тепловых расчетов, а следовательно, и точность проектирования тепловой изоляции. Экспериментальное исследование теплофизических свойств и поведения энергосберегающих тонкопленочных покрытий осуществлено на лабораторном стенде и в реальных условиях эксплуатации. Выполнена оценка величины коэффициента теплопроводности энергосберегающей краски в зависимости от ее состава и температуры. Исследована эффективность применения энергосберегающих тонкопленочных покрытий в целях снижения потерь тепловой энергии трубопроводами с горячим теплоносителем и ограждениями зданий. Получена зависимость коэффициента теплопроводности энергосберегающих красок от их состава и температуры. Проведенные исследования позволяют сделать вывод об эффективности применения энергосберегающих красок в условиях повышенной влажности и в качестве тепловой изоляции при утеплении фасадов зданий.
Ключевые слова
При моделировании процесса тепло- и массообмена в термическом реакторе слой твердых бытовых отходов представляют в виде упорядоченной структуры - шаров, цилиндров. В реальности слой является неупорядоченной полидисперсной структурой с различной порозностью и теплофизическими свойствами. Существующие модели недостаточно точно учитывают реальную структуру слоя, что приводит к погрешности 10-15 % и необходимости организации и осуществления большого количества опытов и получения большого количества зависимостей для различных вариантов пористых тел. В связи с этим возникает необходимость разработки модели, позволяющей корректно учесть реальную структуру слоя твердых бытовых отходов. В качестве модели слоя твердых бытовых отходов для исследования тепломассообменных процессов использована структура, представляющая собой фрактальный элемент - пространственный аналог квадратного ковра Серпинского, известный как губка Менгера. При моделировании использованы численные методы с применением программного комплекса Ansys и экспериментальные методы с использованием лабораторных стендов. Предложена геометрическая модель слоя твердых бытовых отходов в виде губки Менгера, реализованная для расчета процесса конвективной сушки слоя твердых бытовых отходов с погрешностью 3,5 % в зоне подсушки термического реактора шахтного типа, позволяющая исследовать процессы тепло- и массообмена в слое твердых бытовых отходов в программном комплексе ANSYS. Предложенная модель может применяться в расчетах при проектировании термических реакторов для переработки многокомпонентных органических отходов, в том числе и твердых бытовых отходов.
Ключевые слова
Совершенствование теплообмена в термических садочных печах приводит к экономии топлива и повышению энергетической эффективности теплотехнологических процессов. В термических печах машиностроительного производства распространен нагрев насыпных садок, образованных большим количеством мелких изделий. Интенсифицировать процесс нагрева насыпной садки можно за счет организации фильтрации газов через садку. Теоретическому исследованию влияния фильтрации на режим нагрева металла посвящены работы Л.А. Бровкина, А.У. Пуговкина, Л.С. Крыловой, Н.П. Гусенковой. Практический интерес представляют экспериментальные исследования фильтрации теплоносителя через садку, позволяющие выявить оптимальные режимы нагрева. В качестве материала для исследования использованы насыпные садки, сформированные из изделий различной номенклатуры. Процесс нагрева насыпной садки с учетом организации фильтрации газа осуществлен в лабораторной нагревательной печи. Нахождение оптимального режима нагрева садки проведено экспериментальным способом путем изменения скорости фильтрации воздуха в диапазоне от 0,3 до 1,5 м/с. Представлены результаты серии опытов по нагреву насыпных садок. Рассчитаны их энергетические балансы. Выявлены оптимальные режимы. Получена полиномиальная зависимость удельных энергетических затрат от массового расхода воздуха. Установлено, что интенсификация нагрева насыпных садок возможна за счет организации фильтрации газа через садку, на эффективность процесса оказывает влияние скорость фильтрации. Полученные результаты позволяют получить оптимальные режимные параметры нагрева пористых садок в термических нагревательных печах за счет организации фильтрации газа через садку.
Ключевые слова
В распространенных частотно-регулируемых электроприводах питание асинхронных двигателей осуществляется от преобразователей частоты с несинусоидальным выходным напряжением. В настоящее время расчет потерь в стали асинхронных двигателей при питании от источников несинусоидального напряжения производится по упрощенным методикам, не предполагающим разделение потерь в стали на составляющие, что не позволяет наиболее полно учесть потери в стали от высших гармоник питающего напряжения. В связи с этим необходима разработка более полной аналитической методики расчетного определения потерь в стали частотно-регулируемых асинхронных двигателей при питании от полигармонических источников напряжения с подтверждением результатами численного моделирования. Спектр и амплитуды гармоник питающего напряжения определяются на основе гармонического анализа формы питающего напряжения. Для проверки предложенной методики использовано конечно-элементное моделирование электромагнитных потерь в асинхронном двигателе с реализацией векторной модели магнитного гистерезиса с учетом перемагничивания стали по частичным циклам. Предложена аналитическая методика расчета потерь в стали асинхронных двигателей при питании от полигармонических источников напряжения, включающая выявление спектра и амплитуд гармоник, разделение потерь в стали на потери от вихревых токов и гистерезис и определение потерь для каждой гармоники с учетом эффекта размагничивающего действия вихревых токов. Разработана конечно-элементная модель электромагнитных процессов в асинхронном двигателе при питании несинусоидальным напряжением с реализацией векторной модели магнитного гистерезиса и учетом перемагничивания стали по частичным циклам. Адекватность предложенной аналитической методики подтверждена результатами численного моделирования. Использование разработанной методики позволяет повысить точность расчета потерь в стали частотно-регулируемых асинхронных двигателей до 10 %, а также более точно определять электромеханические характеристики электродвигателей и их тепловое состояние.
Ключевые слова
Гармонические возмущения момента нагрузки электродвигателей электромеханических систем могут приводить к существенным пульсациям угловых скоростей электродвигателя и рабочего органа, оказывая негативное влияние на качество выпускаемой продукции. Применение систем регулирования скорости, построенных на основе использования безынерционных регуляторов состояния или динамических (полиномиальных) регуляторов «входа-выхода» полной размерности, приводит к чрезмерным форсировкам электродвигателя в процессах регулирования скорости. В связи с этим актуальным является применение принципа селективной инвариантности систем автоматического управления. В качестве метода компенсации гармонических возмущений использован принцип сочетания внутренней модели гармонического возмущения, включенной в состав управляющего устройства электропривода, с другими принципами теории управления. Исследование выполнено методом цифрового моделирования синтезированных селективно-инвариантных электромеханических систем в частотных областях при гармонических воздействиях в широком диапазоне частот. Решена задача улучшения отработки гармонического возмущения момента нагрузки электродвигателя в широком диапазоне скоростей и обеспечения минимальной статической ошибки по скорости от действия постоянной составляющей момента нагрузки. На основе сравнительного анализа амплитудно-частотных характеристик синтезированных селективно-инвариантных электромеханических систем показаны преимущества структурных решений, обеспечивающих лучшую отработку полигармонических возмущений по моменту нагрузки. Полученные результаты позволяют наглядно показать высокую эффективность селективно-инвариантных систем с внутренней моделью гармонического возмущения при отработке сложных несинусоидальных возмущений момента нагрузки с широким спектральным составом гармоник, а также гармонического момента нагрузки электродвигателя в широком скоростном диапазоне.
Ключевые слова
Современные судовые электротехнические комплексы имеют различную конфигурацию и состоят из большого количества элементов, для каждого их них существуют математические описания. Необходимо объединить имеющуюся информацию и получить математическую модель реального судового электротехнического комплекса для проведения исследований, направленных на устранение обменных колебаний мощности между параллельно работающими дизель-генераторными агрегатами. В математической модели необходимо отразить существование нелинейности «люфт» в контуре управления частотой вращения дизеля в целях выявления причин возникновения обменных колебаний мощности. Используется математическое описание синхронного генератора уравнениями, приведенными к осям, жестко связанным с вращающимся ротором. Дизель вводится в систему уравнений в упрощенной форме, его момент инерции определяется по эмпирической формуле В.П. Терских. Для математического моделирования режимов параллельной работы дизель-генераторных агрегатов в составе судового электротехнического комплекса используются данные автономной дизель-генераторной электростанции переменного тока судна-парома «Ейск». Разработана математическая модель судового электротехнического комплекса, учитывающая нелинейности «люфт» в контурах управления частотами вращения дизелей и позволяющая изменять величины зазоров. Определены входящие в нее коэффициенты для судна-парома «Ейск». Для упрощения моделирования судового электротехнического комплекса генераторные выключатели представлены активными сопротивлениями. Математическая модель реализована с помощью компьютерной программы. Предложенная математическая модель судового электротехнического комплекса позволяет исследовать различные режимы работы автономной дизель-генераторной электростанции переменного тока и выявлять причины возникновения обменных колебаний мощности.
Ключевые слова
Гравитационные классификаторы широко используются в теплоэнергетике, химической, строительной и других отраслях промышленности для разделения дисперсных материалов по границе 0,5-3 мм. Однако достоверный расчет их показателей в настоящее время базируется на чисто эмпирических методах, то есть применим только к тем аппаратам, которые уже созданы и исследованы. Погрешности существующих моделей отчасти объясняются тем, что в их основу кладется однородный в поперечном сечении поток газа, в то время как в реальном аппарате эта неоднородность может быть значительной и сильно влиять на эффективность разделения. В связи с этим актуально построение моделей, которые учитывают поперечную неоднородность потока. Для построения математического описания процесса применен метод ячеечного моделирования, использующий математический аппарат теории цепей Маркова. Рабочий объем аппарата представлен двухмерной цепью ячеек, в каждом столбце которой газ движется с разной скоростью, а перенос частиц между столбцами обусловлен их поперечной диффузией. Построена двухмерная ячеечная модель гравитационной классификации частиц по крупности, исследовано влияние степени неоднородности потока и коэффициента поперечной диффузии частиц на кривую разделения. Установлено, что увеличение поперечной неоднородности потока газа приводит к значительному ухудшению кривой разделения и эффективности разделения, отрицательное влияние неоднородности частично может быть скомпенсировано увеличением коэффициента поперечной диффузии частиц. Разработанная модель позволяет более достоверно прогнозировать кривые разделения гравитационных классификаторов при их проектировании.
Ключевые слова
При расчете процессов теплообмена и массообмена в деаэрационных установках межфазная поверхность и коэффициенты тепломассопереноса обычно не разделяются в ходе расчета, а рассматриваются в виде единого комплекса. Такой подход положен в основу существующих методов расчета, базирующихся на теории подобия. К недостаткам подхода можно отнести применимость полученных результатов только для исследованных конструкций деаэраторов. Независимое или раздельное определение межфазной поверхности и коэффициентов переноса открывает новые возможности для оптимального управления совмещенными процессами тепло- и массопереноса, поскольку позволяет раздельно учитывать влияние отдельных конструктивных или режимных параметров. В связи с этим актуальным является проведение теоретических исследований формирования площади межфазной поверхности для центробежно-вихревых деаэраторов в целях определения оптимальных конструкций и эффективных режимов их работы. Описание процесса формирования межфазной поверхности в центробежно-вихревом деаэраторе проводится на основе используемого при математическом моделировании процессов фракционирования комбинаторного подхода. При этом используется аналогия между процессами фракционирования и парообразования. Разработан метод определения межфазной поверхности в перегретой жидкости в центробежно-вихревых деаэраторах. Проведены численные эксперименты. Показана непротиворечивость результатов моделирования условиям предельных переходов и известным литературным данным. На основе предложенного метода определения площади межфазной поверхности в центробежной ступени вихревого деаэратора появилась возможность решения задач по совершенствованию конструкций и режимов работы центробежно-вихревых деаэраторов.
Ключевые слова
Потребность в методической поддержке процессов автоматизированного проектирования обусловлена целым рядом факторов. Во-первых, технология проектирования вследствие автоматизации претерпевает существенные, а иногда и радикальные изменения. Во-вторых, освоение информационных технологий в объемах, необходимых для эффективного использования программного и информационного обеспечения САПР, составляет серьезную проблему для некоторых проектировщиков, так как сценарии выполнения проектных процедур и операций в среде САПР достаточно сложны и допускают множество вариаций в зависимости от контекста решаемой задачи и опыта проектировщика. Контекстная зависимость сценария автоматизированного проектирования делает неэффективной методическую поддержку в режиме оффлайн (справочные руководства, компьютерные учебники). В связи с этим приобретает актуальность задача методической поддержки непосредственно в процессе автоматизированного проектирования. Решение этой задачи требует разработки адекватной модели сценария, позволяющей оперативно идентифицировать текущее состояние проекта, оценить действия проектировщика по изменению этого состояния и в случае необходимости сформировать корректирующее воздействие. На основании сравнительного анализа различных математических платформ для разработки отвечающей этим требованиям модели сценария действий проектировщика использован аппарат раскрашенных иерархических сетей Петри и приложение CPN Tools для моделирования и валидации таких сетей. На платформе раскрашенных иерархических сетей Петри разработаны модели сценариев действий проектировщика в среде САПР AutomatiCS. Подтверждено соответствие этих моделей требованиям оперативной методической поддержки. Предложенная модель сценариев представляет собой адекватную информационную базу для обеспечения методической поддержки в режиме онлайн. Практическое использование полученных результатов в составе комплекса средств поддержки проектировщика требует разработки программного обеспечения для перехвата и интерпретации примитивных действий пользователя с элементами интерфейса САПР.
Ключевые слова
Действующее законодательство в области энергоснабжения устанавливает процедуру технологического присоединения к электрическим сетям, которая, в частности, предполагает различную плату и различный порядок заключения договоров в зависимости от присоединяемой мощности и расстояния от границ земельного участка заявителя до объектов электросетевого хозяйства снабжающей организации. В настоящее время определение указанного расстояния требует выезда представителей организации на место, что сопряжено с затратами времени и ресурсов в процессе подготовки технических условий, особенно при расположении заявителя в отдаленной местности. Использованы методы ГИС-технологий, данные государственного земельного кадастра, доступные в виде веб-сервисов в сети Интернет, и результаты сбора данных о расположении объектов сетей эксплуатирующими организациями для создания автоматизированной системы поддержки принятия решений по определению платы за технологическое присоединение. Предложен метод автоматизированной оценки условия определения платы за технологическое присоединение к электрическим сетям по расстоянию от границ земельного участка заявителя до объектов электросетевого хозяйства, который предусматривает интеграцию данных из различных источников с помощью Интернет-сервисов. Для реализации метода разработана программа для ЭВМ. Полученные результаты позволяют сократить время и затраты на подготовку договоров технологического присоединения в электросетевых компаниях.
Ключевые слова