+
Методика определения коэффициентов эффективной теплопроводности при нагреве пористых тел на основе использования фракталоподобных структур
стр.5-11
Горбунов Владимир Александрович, Перевезенцев Григорий Александрович, Теплякова Светлана Сергеевна, Мечтаева Мария Николаевна, Бушуев Евгений Николаевич
В энергетической сфере активно используются теплоизоляционные, пористые композитные, керамические, шихтовые материалы. Для улучшения структуры и придания материалам заданных свойств, необходимых для конкретных условий производства, выполняется их термическая обработка. Актуальной задачей является оценка влияния геометрических параметров фракталоподобной структуры и радиационного теплообмена на теплофизические свойства пористых тел. Для численного описания пористых тел значимой является методика замены геометрии пористого тела на тела с фракталоподобной структурой, имеющие свойства самоподобия. Исследуемым объектом выбран массив расположенных хаотично заготовок, представляющий собой структуры, называемые насыпными садками. Реальное пористое тело заменено фрактальной структурой куба 2-го ранга разбиения. Моделирование выполнено в программном комплексе COMSOL Multiphysics на основе трехмерной модели ковра Серпинского. Поскольку распределение теплоты может быть неравномерным по структуре объекта, рассмотрено три варианта сечения фракталоподобной кубической структуры. Разработана методика определения эффективных коэффициентов теплопроводности на основе использования фракталоподобных структур. Получены одномерные расчетные модели, обладающие достаточной для инженерного анализа точностью, для различных сечений. Определены эффективные коэффициенты теплопроводности. Анализ данных показал, что геометрические параметры структуры и радиационный теплообмен значительно влияют на эффективный коэффициент теплопроводности при высоких температурах. В отличие от существующих подходов, предложенная методика позволяет решить задачу определения теплофизических свойств без физических экспериментов. Использованная методика может применяться для математического моделирования процессов теплообмена теплоэнергетических объектов при расчете температурных полей и определения режимов нагрева.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Математическое моделирование теплопереноса в непроходных каналах тепловых сетей
стр.12-21
Банникова Светлана Андреевна, Колибаба Ольга Борисовна
Высокие значения нормируемых тепловых потерь в тепловых сетях централизованных систем теплоснабжения говорят о высоком потенциале повышения их энергетической эффективности. Существующие математические модели работы тепловых сетей, описанные в исследованиях В.Ю. Половникова, Г.В. Кузнецова, Е.И. Тарасевича, не решают задачу оценки изменения состояния тепловых сетей с применением энергосберегающих мероприятий. Целью работы является определение допустимого тепловосприятия коллектора предлагаемого устройства для утилизации тепловых потерь в канале теплотрассы на основе разработки и исследования математических моделей процессов теплообмена в сети теплоснабжения. Для поиска допустимых режимов работы предложенного устройства выбран метод математического моделирования, способный адекватно определять изменения в работе тепловой сети. При моделировании процессов теплообмена в тепловой сети использована описательная математическая модель с распределенными параметрами, основанная на дифференциальных уравнениях в частных производных и реализованная с помощью метода конечных элементов. Предложено устройство по утилизации тепловых потерь в канале теплотрассы. Разработаны математические модели процессов теплопереноса в тепловых сетях подземной канальной прокладки в непроходных каналах в традиционном исполнении с применением теплоотражающего экрана и при совместной работе сети с устройством по утилизации тепловых потерь в канале теплотрассы. На основе сравнения результатов расчета было определено допустимое тепловосприятие коллектора устройства по утилизации тепловых потерь, равное 90 % от первоначальных тепловых потерь. Математические модели верифицированы путем сравнения полученных результатов с экспериментальными данными с погрешностью менее 6 %. Разработанные математические модели позволяют исследовать влияние тепловосприятия коллектора устройства и теплоотражающего экрана на режим работы тепловой сети и могут быть использованы при определении геометрических параметров коллектора устройства.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Использование газа подземной газификации угля для совместного производства электроэнергии и синтетического жидкого топлива
стр.22-37
Тюрина Элина Александровна, Медников Александр Станиславович, Елсуков Павел Юрьевич, Жарков Павел Валериевич, Зубова Екатерина Васильевна, Бушуев Евгений Николаевич
Актуальность исследования обусловлена ростом интереса к технологиям подземной газификации угля в связи с истощением мировых запасов нефти и газа, наличием значительного количества угольных месторождений в различных странах мира, растущим спросом на энергию, а также угрозой глобального изменения климата. Возможности использования подземной газификации низкосортных углей со сложными геологическими условиями залегания огромны. В отличие от основных программ ХХ века, этот беспрецедентный интерес стимулируется в основном частным капиталом в ответ на рекордно высокие цены на нефть и энергоносители. В связи с этим исследования подземной газификации угля востребованы и проводятся или планируются более 30 испытаний в Австралии, Китае, Индии, Южной Африке, Новой Зеландии, Канаде и США. Первоочередной задачей является разработка конкурентоспособных технологий производства электроэнергии и синтетических жидких топлив на основе газа подземной газификации угля. Исследования проведены с использованием математической модели установки производства электроэнергии и метанола. Для построения математической модели применен созданный в институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (ИСЭМ) эффективный в вычислительном плане программно-вычислительный комплекс - система машинного построения программ (СМПП). Представлены результаты исследования перспективного направления использования газа подземной газификации угля для комбинированного производства синтетического жидкого топлива (метанола) и электроэнергии. Разработана подробная математическая модель установки производства электроэнергии и метанола. На основе модели проведена технико-экономическая оптимизация ее схем и параметров, что позволило оценить условия конкурентоспособности предлагаемого способа переработки угля. Кроме того, исследована чувствительность экономических показателей установки к изменениям внешних условий. На основании анализа стоимости дизельного топлива в восточных регионах России сделан вывод о том, что и в настоящее время метанол, производимый на энерготехнологической установке, конкурентоспособен наряду с поставляемым дорогим дизельным топливом. Внедрение таких систем экономически целесообразно в ближайшее время.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Анализ влияния управляемой линии высокого напряжения и автоматического регулирования возбуждения генераторов на колебательную устойчивость электроэнергетической системы
стр.38-45
Голов Валерий Павлович, Кормилицын Дмитрий Николаевич, Суханова Ольга Сергеевна, Шуин Владимир Александрович
Согласно Правилам устройства электроустановок, синхронные машины (генераторы, компенсаторы, электродвигатели) должны быть оборудованы устройствами автоматического регулирования возбуждения. Их применение положительно сказывается на показателях устойчивости и режимах электроэнергетической системы. В настоящее время развитие промышленности и увеличение числа потребителей требует повышения пропускной способности существующих линий электропередачи напряжением 220 кВ. При выдаче мощности с электростанции применение управляемых устройств продольной емкостной компенсации способно существенно увеличить пропускную способность линии электропередачи, однако при этом встает вопрос устойчивой работы электроэнергетической системы. Для формирования методов выбора параметров автоматического регулирования возбуждения и управляемого устройства продольной компенсации целесообразно проанализировать статическую колебательную устойчивость электроэнергетической системы, содержащей управляемую линию электропередачи 220 кВ, при регулировании возбуждения ее генераторов. Использованы методы математического моделирования электроэнергетической системы, теория дальних линий электропередачи и электромеханических переходных процессов, методы анализа устойчивости электроэнергетических систем. В качестве инструмента моделирования применено оригинальное программное обеспечение на языке программирования C++. Произведен анализ влияния управляемого устройства продольной компенсации линии высокого напряжения и автоматического регулирования возбуждения генераторов на колебательную статическую устойчивость. Определены значения параметров регулирования управляемого устройства продольной компенсации и автоматического регулятора возбуждения с учетом возможных ограничений при сохранении положительного влияния данных устройств. Построены области устойчивости исследуемой электроэнергетической системы в зависимости от настроечных параметров рассматриваемых устройств. Полученные результаты могут использоваться для улучшения статической колебательной устойчивости электроэнергетической системы с управляемым устройством продольной компенсации и автоматическим регулированием возбуждения генераторов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Микропроцессорная защита группы электродвигателей от обрыва фаз в сети внешнего электроснабжения
стр.46-53
Деркачев Сергей Владимирович, Лебедев Владимир Дмитриевич
Возникновение несимметричных режимов в сети внешнего электроснабжения в процессе эксплуатации может быть вызвано различными причинами: обрывом фазы вследствие сильного ветра или оледенения воздушных линий электропередач; перегоранием проводов вследствие возникновения устойчивых коротких замыканий; неполнофазными автоматическими повторными включениями. В случае возникновения неполнофазного режима в сети внешнего электроснабжения синхронные и асинхронные электродвигатели начинают получать питание по двум оставшимся в работе фазам, что приводит к появлению тока обратной последовательности, который представляет наибольшую опасность для электродвигателей, поскольку он вызывает их дополнительный нагрев и, как следствие, преждевременный выход из строя. В связи с этим актуальным является исследование переходных процессов в двигательной нагрузке при возникновении неполнофазного режима в сети внешнего электроснабжения и разработка микропроцессорной защиты группы электродвигателей от обрыва фазы в питающей сети. Исследование проведено методом компьютерного моделирования, основанным на математических моделях элементов электрической сети, записанных с помощью систем дифференциальных уравнений в трехфазной системе координат. Установлены закономерности протекания переходных процессов в синхронных и асинхронных электродвигателях при возникновении неполнофазных режимов в сети как внутреннего, так и внешнего электроснабжения, которые позволили разработать алгоритм работы микропроцессорной защиты группы электродвигателей от обрыва фаз в сети внешнего электроснабжения. Предложенный алгоритм основан на контроле уровня тока обратной последовательности и отсутствии тока в одной из фаз на вводе секции. Предложенный алгоритм защиты группы электродвигателей от неполнофазных режимов в сети внешнего электроснабжения обладает высокой селективностью, а его использование в качестве пускового органа устройства быстродействующего автоматического включения резерва позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение предприятий с непрерывным технологическим процессом.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Анализ процессов в магнитожидкостном герметизаторе с учетом деформации магнитной жидкости
стр.54-63
Нестеров Сергей Александрович, Егоров Иван Сергеевич, Казаков Юрий Борисович
Малая величина рабочего зазора в магнитожидкостном герметизаторе сильно затрудняет или делает невозможным многие физические измерения. Основным способом изучения процессов внутри устройства остается аналитическое и численное математическое моделирование. Большинство современных исследователей идет по пути конечно-элементного расчета магнитного поля и аналитического нахождения удерживаемого перепада давления. Работ, посвященных мультифизичному численному расчету процессов в зазоре герметизаторов, к настоящему времени выполнено мало, несмотря на то, что данный подход позволяет учитывать зависимость реологических свойств магнитной жидкости от гидродинамических, температурных и магнитных полей, реальную геометрию рабочей зоны, включает в себя меньшее количество предположений по сравнению с аналитическими моделями, позволяет визуализировать различные параметры течения, что особенно важно для его анализа. Целью работы является анализ влияния деформации магнитожидкостной пробки на удерживаемый герметизатором перепад давления на основе разработанной численной модели с взаимосвязанным расчетом магнитного и гидродинамического полей. Исследования проведены на основе теорий феррогидродинамики, гидродинамики и электромагнитного поля. Использовано взаимосвязанное конечно-элементное моделирование магнитного и гидродинамического полей магнитожидкостного герметизатора в пакете Comsol Multiphysics. Разработана численная модель магнитожидкостного герметизатора, отличающаяся автоматическим перестроением границ магнитожидкостной пробки на основе баланса давлений внутри жидкости. Получены картины распределения магнитной индукции и давления в рабочем зазоре герметизатора с учетом изменения границ магнитной жидкости. Проведено сравнение полученного удерживаемого перепада давления с результатами, полученными на других моделях. Разработанная численная математическая модель, учитывающая деформацию магнитожидкостной пробки, позволяет оценить влияние центробежных усилий от вращающегося вала на удерживаемый перепад давления, что может быть использовано при создании высокоскоростных уплотнений. Разница с аналитическим расчетом не превышает 5 %. Возможное при расчете допущение о полном заполнении рабочего зазора магнитной жидкостью в 2,5 раза занижает удерживаемый перепад давления при больших частотах вращения вала.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Разработка математической модели тангенциальной регенерации фильтровальных перегородок малогабаритных пылеулавливающих аппаратов энергетических установок
стр.64-72
Процко Дмитрий Сергеевич, Панов Сергей Юрьевич, Хвостов Анатолий Анатольевич, Шипилова Елена Алексеевна, Мизонов Вадим Евгеньевич
Вектор развития энергетики в настоящее время направлен на расширение используемых возобновляемых видов топлива. Одним из наиболее существенных последствий, связанных с сжиганием топлива, является поступление в атмосферу загрязняющих веществ. Особенно это актуально для малых энергетических установок, подведомственных Управлению коммунального хозяйства Министерства обороны РФ. Важным звеном решения проблемы, наряду с модернизацией действующего оборудования, является создание принципиально нового газоочистного оборудования, сочетающего такие характеристики, как высокая эффективность очистки, сниженное гидравлическое сопротивление и уменьшенные габариты установки. Совокупность этих вопросов обусловливает актуальность построения математических моделей функционирования фильтровальной аппаратуры. Для решения поставленной задачи используется метод математического моделирования на основе математического аппарата аэрогидромеханики с применением k-e модели турбулентности. Изучение влияния параметров на протекание процесса выполнено численными методами в программной среде вычислительной гидродинамики. Предложена математическая модель, позволяющая определять и строить поля давлений и скоростей в зазоре между корпусом фильтра и фильтрующим элементом при различных скоростях входного газового потока и дающая возможность оперативно оценивать степень засорения фильтра по динамике изменения давления на выходном патрубке фильтра. Полученные в ходе численного эксперимента результаты подтверждены лабораторными исследованиями. Разработанная математическая модель процесса тангенциальной регенерации фильтровальных перегородок позволяет оценить поля давлений и скоростей в зазоре, способствующие уносу частиц пыли, и тем самым прогнозировать эффективность фильтра в зависимости от удельной газовой нагрузки и ширины зазора. Результаты численных экспериментов согласуются с физическими представлениями о процессе и доказывают перспективность метода создания тангенциального потока для удаления осевших частиц дисперсной фазы с поверхности фильтровального элемента. Предложенная модель может быть использована в инженерной практике проектирования фильтров и управления процессом фильтрования.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
