Удаление растворенных газов за счет вскипания перегретой воды при ее попадании в зону разрежения, называемое начальным эффектом деаэрации, протекает как сопутствующий процесс в различных типах теплоэнергетического оборудования: расширителях конденсатов и продувочной воды, конденсаторах пара, подогревателях некоторых типов. Существуют также деаэрационные устройства, принцип действия которых основан на начальном эффекте деаэрации: кавитационно-струйные, центробежно-вихревые деаэраторы, капельные деаэраторы перегретой воды. Вклад начального эффекта в общую эффективность деаэрации, согласно опубликованным данным, может достигать 80 %, поэтому его необходимо учитывать при расчете рассматриваемого оборудования. Однако в настоящее время отсутствуют математические модели, обеспечивающие расчет начального эффекта деаэрации с приемлемой для решения практических задач точностью. В связи с этим актуальными являются исследования процесса деаэрации воды в рассматриваемых условиях и разработка соответствия математических моделей. Использованы методы термодинамики, теории подобия процессов тепломассообмена, регрессионного анализа и математической статистики, а также опубликованные экспериментальные данные о процессе деаэрации воды за счет начального эффекта в деаэрационных устройствах различных типов. На основе существующей математической модели фазового перехода в перегретой жидкости и полученных экспериментальных данных с использованием методов теории подобия процессов тепломассообмена разработано замкнутое математическое описание процесса деаэрации перегретой воды при ее попадании в зону разрежения. Выявлено, что основными факторами, определяющими эффективность деаэрации воды в рассматриваемых условиях, являются: уменьшение температуры воды в устройстве, начальный перегрев воды относительно температуры насыщения, гидравлическая нагрузка устройства. Предложенное математическое описание дает возможность рассчитывать эффективность деаэрации с приемлемой для решения практических задач точностью, что позволяет рекомендовать его к использованию при проектировании и наладке теплоэнергетического оборудования.
Вестник Ивановского государственного энергетического университета
2018. — Выпуск 5
Содержание:
Одним из основных факторов, влияющих на срок службы испарительных труб паровых котлов, является состояние их внутренних поверхностей нагрева. Для предотвращения повреждений испарительных труб проводятся периодические химические очистки этих поверхностей от отложений. В настоящее время для проведения таких очисток предлагается ряд новых моющих реагентов. При этом недостаточно данных о влиянии состава моющего раствора, его температуры и длительности очистки на техническую эффективность очистки, скорость и полноту удаления отложений. В связи с этим необходимо провести исследования по определения скорости очистки поверхности экранных труб от эксплуатационных отложений при использовании различных моющих реагентов и условий ее проведения. Исследование образцов испарительных труб паровых котлов проведено с применением метода травления в условиях нагрева и без него. Для химической очистки использованы ингибированная соляная кислота, Антиржавин, Дескам, Auge Pro Ас. Определения удельной загрязненности и химического состава отложений проведены согласно требованиям СО 34.37.306-2001. В ходе лабораторного исследования получены зависимости скорости удаления бугорчатых и равномерных отложений, а также скорости коррозии металла испарительных труб от вида моющего раствора реагента, температуры и длительности очистки. Установлено, что скорость очистки образцов труб от равномерных и бугорчатых эксплуатационных отложений в кислотных растворах исследованных реагентов на 15-30 % больше, чем в растворе ингибированной соляной кислоты. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы при выборе технологии проведения кислотной очистки, для снижения ее продолжительности с обеспечением наименьшей остаточной удельной загрязненности поверхности металла в условиях, наиболее приемлемых для промышленных объектов.
Ключевые слова
Эффективность централизованного теплоснабжения зависит от технологических потерь, в том числе потери на «перетоп». Эта потеря вызвана необходимостью поддерживать температуру сетевой воды, достаточную для нагрева воды на нужды горячего водоснабжения до нормативных значений, но превышающую температуру теплоносителя на отопление. В закрытых системах теплоснабжения, в которых отсутствуют авторегуляторы для систем отопления, неравномерность потребления горячего водоснабжения приводит к уменьшению подачи сетевой воды на отопление, а следовательно, и к снижению температуры воздуха внутри помещений. Недостатком существующих решений проблемы является сложность поддержания гидравлических режимов в теплосети. Повышение энергоэффективности и рациональное использование энергоресурсов является актуальной задачей. На эффективность работы системы централизованного теплоснабжения влияет режим работы теплосетей и теплоиспользующего оборудования, поэтому задача оптимизации теплогидравлических режимов является также актуальной на сегодняшний день. Для построения математической модели использованы методы математического моделирования нелинейных физических процессов. При разработке математической модели не учтены гидравлические сопротивления в боковых ответвлениях тройников в термогидравлическом распределителе. Предложена новая схема присоединения абонентских установок в индивидуальном тепловом пункте, которая позволяет исключить влияние резко переменной нагрузки горячего водоснабжения в течение суток на температурный режим помещений потребителей без авторегуляторов на системе отопления и устранить «перетоп» потребителей. Полученные результаты доказывают эффективность применения термогидравлических распределителей в индивидуальном и центральном тепловых пунктах системы централизованного теплоснабжения с неизменным гидравлическим сопротивлением абонентских установок, что позволяет подключить подогреватель горячего водоснабжения по параллельной схеме с любым соотношением максимальных тепловых потоков на горячее водоснабжение и отопление и устранить «перетоп».
Ключевые слова
На сегодняшний день исследование процессов смешения потоков водяного теплоносителя является актуальной задачей для ядерной энергетики. Ведущие научные группы на экспериментальных установках ROCOM (Германия), Vattenfall (США), Fortum PTS (Финляндия), ОАО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» (Россия) занимаются исследованием этих процессов. Интерес к этим исследованиям связан с появлением новых расчетных кодов, которые позволяют моделировать эти процессы, однако они нуждаются в верификации. В связи с этим актуальными являются исследования процессов смешения применительно к модели (одной петле) реакторной установки, а также исследования воздействия на эти процессы внешних динамических сил. Для исследования процессов смешения предложена однопетлевая экспериментальная модель, которая представляет собой имитацию одной замкнутой циркуляционной петли ядерной энергетической установки. Основное отличие от известных моделей заключается в способе измерения, который основан на прямом температурном зондировании области смешения, а также в возможности проведения исследования в динамических режимах, аналогов которых в открытых источниках не имеется. Построены распределения температур вдоль области смешения для неизотермических потоков с градиентом 10, 20, 30, 40 С для статического и динамического режимов. Определены области расположения турбулентных вихрей, застойные зоны. Выявлено, что для динамического режима при воздействии на модель периодических колебаний с амплитудой 30 наблюдается увеличение времени наступления установившегося режима. Установлена корреляция температурных пульсаций и периодических колебаний. Однопетлевая модель исследования процессов смешения неизотермических потоков позволяет оценить неоднородности и застойные области, имеющие место при прохождении потоком имитации выемного блока как в статическом, так и в динамическом режимах. Накопленный большой объем экспериментальных данных возможно использовать при верификации CFD-программ, поиске путей интенсификации этих процессов в задачах проектирования и конструирования современных судовых реакторных установок.
Ключевые слова
Прогнозные модели в упрощенной математической постановке, описывающие только лишь процесс выгорания коксового остатка частиц, являются эффективным научным инструментом для изучения и совершенствования технологий сжигания пылеугольного топлива в энергетических котлах. Для использования таких моделей необходимо задавать время выгорания коксового остатка частиц топлива, которое по сути является разностью между средним временем пребывания частиц в топке и временем задержки воспламенения. Вопросы, связанные с определением этой величины в конкретных условиях, до настоящего времени не решены. В связи с этим актуальной является задача определения времени задержки воспламенения частиц топлива и использования этих данных для адаптации математической модели. Для использованной в работе математической модели ранее была проведена процедура верификации и исследования параметрической чувствительности. Для определения времени задержки воспламенения частиц разработана методика, новизна которой заключается в анализе зависимости механического недожога от времени выгорания, полученной при помощи математической модели выгорания полифракционного топлива, и в определении времени выгорания, соответствующего механическому недожогу, полученному в конкретных условиях. Для условий одной из электростанций Донбасса, эксплуатирующей котлы ТП-109, установлено, что время задержки воспламенения, составляющее до реконструкции горелок от 0,9 до 1,2 с, после замены горелок на лопаточно-улиточные с усовершенствованными параметрами крутки составляет 0,41-0,51 с. Предложенный способ определения времени задержки воспламенения и результаты, полученные с его помощью, позволяют проводить адаптацию упрощенной математической модели выгорания пылеугольного топлива к конкретным условиям, например, в случае приобретения нового оборудования или реконструкции старого.
Ключевые слова
В целях повышения эффективности дальнего резервирования при междуфазных коротких замыканиях на ЛЭП 110-220 кВ в большинстве случаев применяются дистанционные защиты. На чувствительность резервных ступеней дистанционных защит при несимметричных междуфазных коротких замыканиях за трансформаторами понизительных и ответвительных подстанций оказывает влияние множество факторов, основными из которых являются трансформация «звезда-треугольник» и переходное сопротивление в месте повреждения. Применяемые в настоящее время методики выбора уставок резервных ступеней дистанционной защиты не учитывают комплексное влияние указанных факторов на значение и угол сопротивления на зажимах защиты, что может приводить к непредусмотренным отказам их срабатывания. В связи с этим анализ особенностей функционирования резервных ступеней дистанционной защиты при междуфазных несимметричных коротких замыканиях за трансформаторами с группой соединения обмоток «звезда-треугольник» представляет актуальную задачу для уточнения методики выбора уставок их срабатывания. Для анализа влияния трансформации «звезда-треугольник» и переходного сопротивления в месте повреждения при несимметричных двухфазном и трехфазном коротких замыканиях использовано моделирование с применением аналитической и имитационной математических моделей. Получено аналитическое решение для реактивной и активной составляющих первичного сопротивления на зажимах дистанционной защиты при несимметричных двух- и трехфазном коротких замыканиях за трансформатором с наиболее широко применяемой группой соединения обмоток Y /∆-11 через переходное сопротивление, достоверность которого проверена на имитационной модели в системе моделирования Simulink. Полученные аналитические выражения для активной и реактивной составляющих замера реле сопротивления при несимметричных коротких замыканиях через переходное сопротивление за трансформатором Y /∆-11 позволяют уточнить методику выбора уставок резервных ступеней дистанционных защит с различными характеристиками срабатывания на ЛЭП с односторонним питанием и увеличить их чувствительность.
Ключевые слова
Современное автоматизированное проектирование электрических машин предполагает наличие этапа параметрической оптимизации, в том числе, с использованием полевых моделей, реализуемых с помощью пакетов инженерных расчетов, таких как ANSYS Maxwell. Однако параметрическая оптимизация не позволяет осуществить выход на новые технические решения, учитывающие особенности распределения неподвижного относительно статора магнитного поля коллекторных машин. Несмотря на свою актуальность, задача структурной оптимизации конструкции коллекторной машины на сегодня не решена. В связи с этим актуальным является разработка методики структурно-параметрической оптимизации коллекторных машин. Поиск оптимальной конструкции коллекторной машины осуществляется с использованием генетического алгоритма с обращением к конечно-элементной модели магнитного поля на каждом шаге оптимизации. Использован пакет MSExcel, в который внедрена библиотека моделирования магнитного поля EMLib. Макросы генерации полевой модели и поиска оптимального решения написаны на языке VBA. Для анализа динамических характеристик машины использован пакет MatLab Simulink. Разработан параметрический генератор конечно-элементной модели, позволяющий в рамках одного программного кода строить модели магнитного поля коллекторных машин произвольных типоисполнений, что позволило организовать процесс оптимизации, в котором при варьировании аргументов изменяются не только параметры машины, но и ее конструкция, что подходит под определение структурно-параметрической оптимизации. Проведена декомпозиция расчетной области коллекторной машины, разработаны принципы стыковки типовых фрагментов. Полученные в ходе оптимизации варианты конструкции машины исследуются с помощью полевой динамической модели. Разработана методика структурно-параметрической оптимизации коллекторных машин, позволяющая получать существенную экономию активных материалов при их проектировании за счет выхода на новые структурные решения. Разработанная методика ориентирована на использование доступных программных средств и может быть использована в мелкосерийном и штучном производстве электрических машин даже в условиях малого и среднего бизнеса.
Ключевые слова
Процессы смешивания дисперсных материалов широко присутствуют в различных отраслях промышленности. Они реализуются как самостоятельные процессы для получения однородных смесей и полуфабрикатов, а также как сопутствующие процессы при переработке дисперсных сред, например, в угольной энергетике. Любое перемешивание состоит из комбинации двух процессов: чисто диффузионного перемешивания, ведущего к выравниванию распределения компонентов по объему смеси, и сегрегации, ведущей к расслоению смеси. Несмотря на то, что модели смешивания с учетом обоих составляющих процесса известны, их отдельное влияние на формирование качества смеси практически не исследовано, что затрудняет выбор рационального механического воздействия на смесь для достижения ее максимально возможной однородности. Очевидно, что такое исследование в настоящее время требует специального внимания. Для решения поставленной задачи используется метод математического моделирования и численного эксперимента. Модель построена на основе теории цепей Маркова. Процесс смешивания представлен дискретным в пространстве и времени. Матрица переходных вероятностей представлена произведением двух матриц: для чисто диффузионного перемешивания и для сегрегационного перемешивания. Состояние смеси представлено вектор-столбцом. Ее однородность характеризуется среднеквадратичным отклонением. Расчеты по рекуррентному матричному равенству позволяют оценивать эволюцию состояния смеси и определять оптимальное время смешивания, соответствующее максимальной однородности смеси. Найдена зависимость максимально достижимой однородности смеси и времени ее достижения от интенсивности диффузионного и сегрегационного перемешивания. Показано, что одна и та же максимальная однородность может быть достигнута при разных комбинациях этих интенсивностей. Выявлено, что скорость сегрегационного перемешивания значительно выше диффузионного. Однако само значение максимальной неоднородности заметно хуже по сравнению со случаем, когда диффузионное перемешивание превалирует. Предложенная модель позволяет находить рациональную комбинацию интенсивности диффузионного и сегрегационного перемешивания для достижения требуемого качества смеси и, ориентируясь на этот выбор, подбирать рациональные способы воздействия на смесь для ее получения.
Ключевые слова
Из литературных источников известны модели многопоточных теплообменных аппаратов без учета возможного в них фазового перехода в теплоносителях. Однако в ряде случаев, например в многопоточных теплообменных аппаратах, предназначенных для утилизации влаги и тепловой энергии дымовых газов тепловых электрических станций, водяные пары при конденсации меняют фазовое состояние. Отсутствие методов расчета таких аппаратов во многом сдерживает разработку и реализацию обоснованных технологических решений. Таким образом, развитие моделирования многопоточных теплообменных аппаратов на случай описания фазового перехода в теплоносителях является актуальной задачей для энергетической и смежных отраслей промышленности. Построение модели для многопоточных теплообменных аппаратов с учетом фазового перехода в теплоносителях выполнено в виде системы дифференциальных уравнений, составленных на основе теплового баланса для каждого потока теплоносителя. Аналитическое решение системы линейных дифференциальных уравнений получено методом пробных функций, численное решение этой же системы найдено методом Рунге-Кутта. Разработано математическое описание многопоточного теплообменного аппарата с учетом фазового перехода в теплоносителях. Найдены и проанализированы аналитические и численные решения для контактного теплообменного аппарата, используемого для утилизации влаги и тепловой энергии из дымовых газов тепловых электрических станций. Показаны возможности проведения проектных расчетов в рамках предложенной модели. Разработанная математическая модель служит основой для создания более эффективных методов организации процессов теплопередачи в технологических установках различного назначения с произвольным числом теплоносителей с учетом фазового перехода в теплоносителях.