+
Взаимодействие температурных полей в массиве грунта при отборе низкопотенциальной теплоты U-образными зондами геотермальной теплонасосной установки
стр.5-17
Сапоненко Дмитрий Сергеевич, Кулешов Олег Юрьевич, Банников Александр Васильевич
Исследования в области альтернативных источников энергии приобретают особую актуальность в связи с ограниченностью запасов ископаемого топлива, постоянным ростом его стоимости и выбросами дымовых газов, образующихся в энергетических установках при его сжигании. Использование низкопотенциальной энергии грунта при помощи геотермальных теплонасосных станций дает возможность экономить органическое топливо и снижать загрязнение окружающей среды. Ввиду того что около 50 % единовременных капитальных вложений затрачивается на устройство грунтовых контуров, особо актуальными являются вопросы, связанные с повышением эффективности процессов отбора теплоты грунта. Однако до сих пор не существует единой нормативной методики расчета грунтовых зондов и создания грунтовых контуров оптимальной конструкции. Отсутствие методик расчета и внятных практических зависимостей не позволяет количественно оценивать влияние различных факторов на процесс отбора теплоты, интенсивность которого существенно изменяется во времени. В разработанной математической модели использованы два аналитических метода: источника-стока, адаптированного к нестационарному процессу отбора теплоты из грунтового массива, и метода суперпозиций, позволившего количественно оценить эффект взаимодействия температурных полей в скважине. Разработана математическая модель, получены расчетные зависимости, представлена методика расчета и результаты математического моделирования нестационарного процесса отбора теплоты грунта вертикальным U-образным геотермальным зондом и внутреннего взаимодействия температурных полей опускной и подъемной труб. Результаты вычислительного эксперимента представлены в виде графиков. Определены три основных частных случая работы грунтового зонда и формулы для определения максимально допустимого приращения температуры нагреваемого теплоносителя по условию максимального эффективного использования тепловоспринимающей поверхности, применимые к различным типам грунта. Анализ полученных результатов позволил выявить основные факторы, влияющие на интенсивность тепловосприятия (фактические коэффициенты теплопередачи и удельные теплопритоки) для каждой из труб и для всего зонда в целом с учетом взаимодействия температурных полей, возникающих вокруг опускной и подъемной труб в течение отопительного периода.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Уточненное моделирование и экспериментальное исследование энергоэффективной системы испытаний асинхронных машин
стр.18-25
Казаков Юрий Борисович, Палилов Илья Аркадьевич, Тихонов Андрей Ильич
При испытаниях асинхронных машин актуально применение энергоэффективных методов, например метода взаимной нагрузки двух машин с сочлененными валами. Одна машина работает в режиме двигателя от преобразователя частоты, вторая - в режиме генератора на сеть промышленной частоты. Одновременно испытываются под нагрузкой сразу обе машины и снижаются затраты энергии на испытания за счет ее рекуперации. Способ требует корректного алгоритма нагружения. Существующее моделирование метода на основе цепных моделей не учитывает особенности его реализации. В связи с этим целесообразно уточненное моделирование системы испытаний асинхронных машин методом взаимной нагрузки на основе строгих моделей с учетом взаимоувязки моментов двух машин на общем валу, работы машин от преобразователя частоты, несинусоидальности питающего напряжения, насыщения стали, вытеснения тока в проводниках, например, на основе связанного анализа электромагнитных полей в обеих машин. Для уточненного моделирования системы испытаний асинхронных машин методом взаимной нагрузки использованы пакеты моделирования электромеханических блоков с электрическими и механическими портами Ansys Simplorer и конечно-элементного анализа электромагнитных полей Ansys Maxwell. Экспериментальные исследования системы проведены на лабораторном оборудовании с использованием сертифицированных приборов. Разработано уточненное моделирование энергоэффективной системы испытаний асинхронных машин методом взаимной нагрузки, базирующееся на расчетах электромагнитного поля и позволяющее рассчитывать переходные и установившиеся режимы работы двухмашинного агрегата с общим валом. Создан автоматизированный стенд, позволяющий проводить испытания асинхронных машин методом взаимной нагрузки. Разработанное уточненное моделирование электромеханических процессов в асинхронных машинах при испытаниях методом взаимной нагрузки со связанными расчетами электромагнитных полей в обеих машинах обеспечивает получение расчетных результатов с погрешностью не более 5-7 %, в отличие от 40 %-ной погрешности расчетов в переходных режимах работы машин при использовании цепных моделей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Магнитная система одноосного инерционного магнитожидкостного акселерометра
стр.26-36
Косков Михаил Андреевич, Иванов Алексей Сергеевич, Морозов Николай Александрович
Существует актуальная инженерно-физическая проблема проектирования инерционных магнитожидкостных акселерометров, пригодных для измерения динамических воздействий. Основной недостаток современных конструкций - нелинейная характеристика отклика на внешнее воздействие, ограничивающая область применения датчиков случаем квазистатического воздействия (датчик угла наклона). Причина нелинейности заключается в конструкции магнитомеханической системы упругого подвеса инертной массы, выполненной в виде пары постоянных кольцевых магнитов. Указанный недостаток можно устранить путем целенаправленного проектирования осесимметричной электромагнитной системы, генерирующей магнитное поле с линейным вдоль оси симметрии градиентом напряженности. В связи с этим актуальной задачей является решение указанной проблемы и экспериментальная апробация результатов на лабораторном макете датчика. Для расчета электромагнитных систем, составленных из постоянных магнитов и намагничивающих катушек, использован алгоритм Монте-Карло, реализованный на языке программирования С++. Измерения наиболее важных с точки зрения цели исследования параметров магнитного поля произведены на собранном макете электромагнитной системы акселерометра. Выполнен расчет электромагнитной системы, генерирующей постоянное магнитное поле с линейным вдоль оси симметрии градиентом напряженности. Демонстрируется применимость метода Монте-Карло для решения подобных инженерных задач. Произведены измерения напряженности магнитного поля заданной конфигурации. Измерена сила, действующая со стороны магнитного поля на тестовый чувствительный элемент с постоянным магнитным моментом. Проведено сравнение расчетного магнитного поля с полем реальной системы, показавшее удовлетворительное согласие расчетных данных с реальными. Демонстрируется линейная зависимость возвращающей силы от координаты смещения тела с постоянным магнитным моментом из положения равновесия. Линеаризация отклика механической части инерционного магнитожидкостного датчика на внешнее воздействие достигается путем подбора требуемой конфигурации его магнитной системы, что в перспективе позволит производить надежные измерения как статических, так и динамических величин.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Определение критической частоты вращения ротора высокого давления для двухконтурного турбореактивного двигателя с интегрированным стартером-генератором
стр.37-48
Исмагилов Флюр Рашитович, Вавилов Вячеслав Евгеньевич, Уразбахтин Руслан Рустемович, Дадоян Размик Геворгович, Казаков Юрий Борисович
Сегодня актуально создание летательных аппаратов в рамках концепции более электрического самолета. Ключевой технологией при этом является интегрированный стартер-генератор, который позволяет отказаться от отбора механической, пневматической и гидравлической мощностей от авиационного двигателя. В известной научной литературе интегрированные стартеры-генераторы проектируются без учета особенностей, обусловленных их расположением непосредственно внутри авиационных двигателей. Настоящее исследование начинает цикл работ, посвященных проектированию интегрированного стартера-генератора для двухконтурного турбореактивного двигателя с учетом особенностей данного технического решения. Целью исследования является формирование подходов к определению критической частоты вращения ротора высокого давления с учетом интеграции стартера-генератора. Модели для определения критической частоты вращения ротора высокого давления с установленным на нем пакетом ротора интегрированного стартера-генератора построены на основе нетрадиционных моделей динамики роторов методом математического моделирования. Для двухконтурного турбореактивного двигателя определена зона размещения интегрированного стартера-генератора и предложен конструктивный способ его выполнения. Получены математические выражения для определения критической частоты вращения ротора высокого давления для случая подробного исследования динамики и для случая выполнения предварительных расчетов. На основе рассчитанной по полученным выражениям величины критической частоты вращения ротора высокого давления, во-первых, возможно проводить проверку правильности выбора воздушного зазора интегрированного стартера-генератора и прочностные расчеты интегрированного стартера-генератора в наиболее тяжелом для него режиме работы, во-вторых, возможно определить область устойчивой работы двухконтурного турбореактивного двигателя с интегрированным стартером-генератором. Результаты работы расширяют теоретические основы проектирования интегрированных стартеров-генераторов и позволяют избежать ошибок при их проектировании и дальнейшей эксплуатации.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Разработка математической модели псевдоожижения частиц при наличии внутренних источников теплоты
стр.49-57
Митрофанов Андрей Васильевич, Василевич Сергей Владимирович, Малько Михаил Владимирович, Овчинников Лев Николаевич, Шпейнова Наталия Сергеевна, Жуков Владимир Павлович
В химико-энергетических процессах широко распространены аппараты для тепловой обработки сыпучих сред за счет подвода высокотемпературного теплоносителя от внешнего источника. При использовании техники псевдоожижения в таком случае тепловой агент также выполняет функцию ожижающей среды. Альтернативной и предпочтительной в ряде случаев технологией может служить резистивный нагрев частиц непосредственно в псевдоожиженном слое. Однако для эффективной организации подобных процессов необходимы надежные модели для прогнозирования структуры самого слоя, так как она в значительной мере определяет его проводимость, а соответственно, и интенсивность нагрева. Псевдоожиженный слой является неоднородной гетерогенной системой, поэтому для его адекватного описания необходимы математические модели, предполагающие его пространственную дискретизацию. В связи с этим разработка таких моделей является актуальной задачей. В качестве математической основы моделирования структуры сыпучей среды в состоянии псевдоожижения используется математический аппарат теории цепей Маркова. Параметрическая идентификация модели выполнена с привлечением известных из литературы зависимостей. Переходные матрицы поставлены в соответствие физическим параметрам массопотоков, что делает предлагаемую модель нелинейной. Электротермический процесс в слое описывается на качественном уровне с использованием предположения об обратной пропорциональности интенсивности нагрева представительного объема слоя объемной концентрации частиц в нем. Лимитирующим нагрев фактором, определяющим асимптотическую температуру в слое, является процесс тепломассообмена газ-частицы. Численно исследованы вопросы влияния структуры и расширения псевдоожиженного слоя на интенсивность нагрева его фаз при наличии внутренних источников теплоты, интенсивность которых находится в обратной зависимости с концентрацией твердой фазы. Оценен вклад различных параметров модели в формирование теплового режима в установке. Показано, что для адекватного описания процессов в аппарате необходим его анализ как объекта с распределенными пространственными параметрами. Методология теории цепей Маркова является приемлемым инструментом для описания структуры таких систем частиц, как псевдоожиженный слой. Полученные результаты численных экспериментов находятся в хорошем качественном соответствии с теорией псевдоожиженного слоя и могут рассматриваться как достоверная научная основа для расчета систем резистивного нагрева сред в кипящем слое.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Разработка тепловой изоляции с упорядоченной структурой, основанной на ТПМП Неовиуса
стр.58-68
Попов Андрей Игоревич, Горбунов Владимир Александрович, Теплякова Светлана Сергеевна
В настоящее время в качестве тепловой изоляции в основном используются материалы со случайным характером расположения пор. Такие материалы, как правило, обладают низкой прочностью. Для ряда конструкционных задач требуется теплоизоляционный материал, обладающий высокой удельной прочностью. На сегодняшний день для этих целей применяются сендвич-панели, в которых присутствуют слои с сотовидными ячейками, заполненными воздухом. В связи с этим актуальной целью остается разработка более эффективных материалов с упорядоченной структурой, которые будут обладать большими термическим сопротивлением и прочностью. Для численного моделирования теплопроводности в пористом материале с упорядоченной структурой использован модуль Steady-State Thermal программного комплекса ANSYS. В качестве материалов для пористой среды со структурой ТПМП Неовиуса выбраны полимеры, которые часто применяются при 3D печати: пластик PETG и фотополимер Phrozen. В результате решения задачи теплопроводности в элементарной ячейке поверхности Неовиуса в программном комплексе ANSYS получены значения эффективного коэффициента теплопроводности при различных характерных геометрических параметрах (толщине стенки ячейки, длине ребра куба, в который вписана ячейка поверхности Неовиуса). Исходя из полученных результатов установлено, что зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от толщины стенки ячейки (так же, как и от относительной толщины ячейки) имеет линейный характер. Также определено, что исследуемая геометрия обладает квазиизотропной теплопроводностью, так как имеет кубическую симметрию. На основе полученных результатов построены соответствующие графические и аналитические зависимости. Разработанный теплоизоляционный материал с упорядоченной структурой, основанной на ТПМП Неовиуса, предлагается использовать в качестве тепловой изоляции. Построенные графические и аналитическая зависимости позволяют определить эффективный коэффициент теплопроводности материала со структурой, основанной на ТПМП Неовиуса, при известных характерных геометрических параметрах (толщине стенки ячейки, длине ребра куба). Полученные результаты могут быть использованы при проектировании тепловой изоляции в ряде задач, где кроме теплоизоляционных свойств важна также прочность конструкции. Исследуемую структуру можно произвести с использованием современных методов 3D печати, таких как селективное лазерное спекание (SLS), лазерная стереолитография (SLA) и др.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Метод уточнения нагрузок в системах теплоснабжения на основе анализа данных учета потребления тепловой энергии
стр.69-76
Гудзюк Валентин Леонидович, Косяков Сергей Витальевич, Сенников Владимир Васильевич, Ратманова Ирина Дмитриевна
В настоящее время для настройки тепловых сетей повсеместно используются программы расчета режимов работы сетей, которые требуют ввода большого количества характеристик объектов сети, и в частности, нагрузок потребителей. При этом на практике, ввиду трудности определения расчетных нагрузок, они часто принимаются в расчет с большими погрешностями, а модели оказываются непригодными для настройки режимов работы. В связи с этим актуальной задачей является уточнение нагрузок потребителей на основе аудита существующего режима работы сети. Для определения нагрузок потребителей использованы методы расчета нагрузочных характеристик зданий, методы сбора и мониторинга данных узлов учета отпуска тепловой энергии и данные мониторинга режимов работы системы теплоснабжения, обслуживаемой котельной ИГЭУ. Предложен метод аудита и уточнения нагрузок по данным мониторинга режимов работы системы теплоснабжения, позволяющий повышать качество настройки сети. Апробация предложенного метода подтвердила возможность уточнения нагрузок потребителей в условиях разрегулированной сети на основе анализа показаний приборов учета, установленных у потребителей. Разработанный метод может применяться при решении задач настройки тепловых сетей, работающих от районных котельных.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
