Статьи журнала - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Все статьи: 1404
Статья научная
В статье приведены результаты исследований динамики насыщения алюминия и его сплавов водородом в технологической схеме от алюминиевого электролизера до литейного конвейера в условиях Саяногорского алюминиевого завода ОК РУСАЛ. Показано, что одним из основных источников насыщения расплава алюминия водородом является его взаимодействие с влагой воздуха при открытых переливах металла в процессе его движения от электролизера до литейного конвейера. По результатам обследования предложены технические решения, направленные на снижение концентрации водорода в расплаве, которые составят предмет дальнейших исследований.
Бесплатно
Исследование поведения пузырей при электролизе суспензии криолитовый расплав - глинозем
Статья научная
В статье представлены результаты физического моделирования движения, роста и удаления пузырей кислорода, образуемых в результате электрохимического выделения на инертном аноде при электролизе суспензии криолитовый расплав - глинозем. Рассчитаны критерии подобия, проведены опыты на ячейках двух типов: для наблюдения за трехфазным слоем спереди от вертикального электрода и сбоку от него. С помощью видеосъемки получены данные о поведении пузырей в суспензии. В качестве электролита модели использовался 20%-ный водный раствор серной кислоты с содержанием глинозема 30 % об. Опыты проводили в интервале плотностей тока от 0,05 до 0,25 А/см 2 . Сведения о поведении трехфазного потока позволяют оценить возможность эффективной эвакуации газа из межэлектродного пространства при электролизе суспензии. Наибольшая скорость (2,5 см/с) достигается пузырями на глубине от 15 до 20 мм от границы электролит - воздух, после чего скорость снижается. Толщина пузырькового слоя не превышает 2,2 мм. Средняя скорость роста пузыря составила 2,68 мм 3 /с.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе исследовано влияние механической активации политетрафторэтилена ПТФЭ на свойства наполненных композитов. Установлено, что у полимерной смеси ПТФЭ с 10 мас.% активированного ПТФЭ в планетарной мельнице в течение 5 минут повышаются деформационно-прочностные показатели и модуль упругости. Показано, что добавление 0,5-2 мас.% активированного Сибунита в полимерную матрицу не приводит к снижению деформационно- прочностных показателей по сравнению с исходным ПТФЭ, износостойкость полимерных композиционных материалов ПКМ при этом повышается в 6-56 раз. Это, видимо, связано с тем, что при активации частицы Сибунита диспергируются, а также модифицированная матрица характеризуется улучшенными значениями деформационно-прочностных характеристик, что компенсирует негативное влияние наполнителя на эти показатели при наполнении содержания Сибунита до 2 мас.%. Увеличение концентрации до 5 мас.% приводит к повышениюизносостойкости в 107 раз, но к снижению деформационно-прочностных показателей ПКМ. Таким образом, на основании проведенных исследований показана перспективность использования полимерной смеси ПТФЭ-активированный ПТФЭ, содержащий до 10 мас.% активированного полимера.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны оптимальные варианты добавки при приготовлении водоугольного топлива (ВУТ) из фильтр-кеков исходя из условия минимальной вязкости (200-600 мПа·с) при наибольшем содержании твердой фазы (53-63 %). Показана возможность получения суспензионного угольного топлива на основе тонкодисперсных отходов углеобогащения и фильтр-кеков с низшей теплотой сгорания от 2500 ккал/кг до 3300 ккал/кг.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье проведен анализ электромагнитного поля плоской линейной индукционной машины с помощью аналитического метода математического моделирования. Получены графики электромагнитных характеристик машины с учетом продольного краевого эффекта при различных величинах скольжения и коэффициента добротности. Также проведена сравнительная оценка влияния продольного краевого эффекта на показатели машины.
Бесплатно
Статья научная
Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) из смеси вольфрама, титана и сажи с использованием механохимической обработки (МО) были получены порошки карбидов вольфрама и титана. Для синтеза карбидов вольфрама был использован СВС карбида титана в смеси «вольфрам-титан-сажа», который далее инициировал синтез карбида(ов) вольфрама. Найдены оптимальные условия для получения состава с максимальным содержанием вольфрама. Получены порошки (смесь карбидов вольфрама и титана) с минимальным размером частиц порядка 30 нм. Обнаружено, что выход карбидов вольфрама WC и W2C существенно зависит от состава смеси «вольфрам титан-сажа» и времени ее МО. На основе продуктов СВС и порошков металлов с использованием МО получены модификаторы, которые были исследованы для процессов внутриформенного модифицирования чугуна. Применение модификаторов состава 3540 % WC ÷ 10-15 % TiC ÷ 50 % Zr позволило увеличить твердость по Бринеллю на 13,1 %, предел прочности на растяжение - на 19,8 %, относительную износостойкость - на 69 %, коррозионную стойкость в соляной кислоте - на 28 % образцов чугуна при концентрации активных частиц модификатора 0,038 %.
Бесплатно
Исследование процессов кристаллизации тройного нитрата висмута-эрбия-лантана
Статья научная
Приведены результаты исследования процессов затвердевания тройного нитрата висмута - эрбия - лантана. Определена скорость роста кристаллов в направлении [001] и перпендикулярном к нему направлении в зависимости от концентрации раствора и температуры окружающей среды. На основании полученных данных сделано предположение о возможности контроля процесса кристаллизации в исследуемой системе, что является необходимым условием для создания комбинированных материалов с заданными свойствами конструкционно-функционального типа - мезопористых мезоструктурированных силикатов.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается система электроснабжения промышленного предприятия, в состав которой входила турбогенераторная установка, работающая на основе синхронного генератора, оснащенного прогностическими регуляторами напряжения и скорости вращения ротора, а также накопитель электроэнергии большой мощности. Приведено описание моделей этой установки, прогностических регуляторов и накопителя энергии, а также результаты моделирования при переходе системы в изолированный режим работы. Моделирование выполнено в среде MATLAB с использованием пакетов Simulink и SimPowerSystems. Цель работы состояла в исследовании поведения предлагаемых прогностических регуляторов при переходе системы электроснабжения в островной (изолированный) режим. По результатам компьютерного моделирования сделан вывод, что использование прогностических регуляторов позволяет улучшить демпфирующие свойства системы. Применение накопителя энергии, автоматически подключаемого к сети при снижении напряжения, позволяет уменьшить перенапряжение на зажимах генератора при его разгрузке, а также снизить необходимую механическую мощность на валу турбины в сравнении с постоянно подключенным устройством. Прогностические регуляторы могут быть рекомендованы для повышения устойчивости работы установок распределенной генерации при переходе в изолированный режим. Целесообразно проведение дальнейших исследований в направлении создания алгоритмов согласованной работы регуляторов.
Бесплатно
Статья научная
В условиях интеграции вычислительных ресурсов в физические процессы можно говорить о киберфизических системах электроснабжения (КФСЭ). В КФСЭ, как правило, используются установки распределенной генерации (РГ). В связи с изменениями нагрузок и топологии сети необходимо проводить оптимизацию настроек регуляторов РГ для всех режимов работы. Ввиду значительной трудоемкости таких процедур более эффективный подход может быть реализован на основе регуляторов с прогнозирующим звеном. В работе представлено описание киберфизической модели установки РГ и приводится описание самонастраивающегося прогностического регулятора скорости вращения ротора синхронного генератора. Моделирование выполнено в пакете Simulink системы MatLab. Исследовалась эффективность предлагаемого регулятора в нормальных и аварийных режимах. Результаты проведенных экспериментов показали его преимущества и эффективность в сравнении с типовым: провал скорости ротора снижался в среднем на 34 %, перерегулирование уменьшалось на 32 %; при подключении мощной нагрузки перерегулирование напряжения уменьшалось на 21 %; при отключении нагрузки провал напряжения снижался на 13 %; в режиме кратковременного короткого замыкания провал скорости вращения ротора генератора уменьшался в 1,3 раза и в 2,6 раза снижалось перерегулирование этой величины.
Бесплатно
Статья научная
Для выявления особенностей разупорядочения кристаллической структуры в геологических условиях проведено сравнительное рентгеноспектральное, рентгеноструктурное и мессбауэровское исследование природных образцов арсенопирита FeAsS. Для исследования отобрано три практически однофазных поликристаллических образца из руд месторождений «Благодатное» и «Олимпиада» (Красноярский край) с химическим составом близким к стехиометрическому (I), с избытком серы (II) и мышьяка (III). Расшифровка мессбауэровских спектров обнаружила наличие в веществе трех форм Fe(2+). Первая ассоциирована с октаэдрическим окружением железа типа [As 3 S 3 ], вторая [S 6 ] и третья [As 6 ] формы условно связаны с минералами FeS 2 и FeAs 2 . Согласно данным ЯГР в образце (I) атомы железа на 95 % находятся в основной форме. Другие формы присутствуют в примерно равных долях. В образцах (II) и (III) обнаружено 73 и 56 % железа в основной форме, в качестве побочных форм преобладают FeS 2 или FeAs 2 соответственно. Уточнение кристаллической структуры по рентгеновским поликристаллическим данным проведено в Пр.гр. P2 1 /c. Атомы железа размещаются в единственной катионной позиции структуры арсенопирита. Структурные изменения происходят в анионной подрешетке путем разупорядочения основного координационного окружения железа [FeAs 3 S 3 ] до состояния, описываемого как [Fe(As 3-х S x )(S 3-y As y )]. Установлено, что взаимное замещение анионов сопровождается небольшим сдвигом атомной позиции из-за разницы межатомных состояний Fe-S и Fe-As. Разупорядоченное состояние допускает преобладание одного из анионов. В результате в реальном кристалле образуется набор состояний атома железа, различающихся по составу координационной сферы и по пространственной конфигурации заместителей в ней. Разупорядочение координационного окружения количественно соответствует данным ЯГР-спектроскопии.
Бесплатно
Исследование связи согласующей цепи с входными резонаторами каналов в микрополосковом диплексере
Статья научная
В данной статье приведены результаты исследования коэффициентов связи согласующей цепи с входными резонаторами каналов в микрополосковом диплексере. Каналы диплексера представляют собой двухзвенные фильтры, а согласующая цепь - регулярный нерезонансный отрезок микрополосковой линии, помещенной между входными резонаторами каналов. Общий порт подключен к наружному концу отрезка, а его второй конец разомкнут. Исследования проводили теоретически с помощью компьютерной программы, разработанной на основе математических выражений, полученных применением одномерных моделей и квазистатического приближения. Результаты исследования показывают, что величина связи достаточно велика и использование согласующей цепи в виде нерезонансного отрезка микрополосковой линии позволяет проектировать диплексеры с широкими полосами пропускания каналов.
Бесплатно
Исследование синтеза новых интерметаллических сплавов на подложке из белого высокохромистого чугуна
Статья научная
На горно-обогатительных предприятиях широко применяют шламовые насосы, рабочие детали которых работают в жёстких условиях износа. Основным материалом таких деталей служат белые чугуны. Детали из этого материала не подлежат восстановлению наплавкой, и предприятия вынуждены заменять их целиком. Изучен элементный состав и структура деталей проточной части шламового насоса WARMAN из белого высокохромистого чугуна марки ULTRACHROME®A05. Данные чугуны относятся к категории не свариваемых материалов. Данная проблема решена новым инновационным подходом - путём создания материалов со свойствами, специфичными для конкретного места MSP (materials with site-specific properties). Для её реализации путём наплавки мест износа предложено использовать технологию WAAM на базе способа TIG с двумя присадочными проволоками. Структурно технология построена следующим образом: подогрев детали, наплавка первого слоя из стали Х23Ю5Т и второго слоя из алюминиевого сплава 4043. Показано, что при такой технологии не образуются трещины на поверхности детали, а после кристаллизации второго слоя сформировался преимущественно слой интерметаллидов Fe3Al. Твёрдость слоя на 24 % выше, чем исходная твёрдость детали.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности управления (регулирования) тепловыми режимами в энергоэффективной теплице с трансформируемым корпусом для индивидуального пользования. На основе анализа существующих систем тепло-влажностной обработки воздуха гелиотеплицы и создания оптимальной влажности нами разработан алгоритм управления тепловыми режимами работы энергоэффективной теплицы с трансформируемым корпусом с многокомпонентной структурой гелиотеплицы для индивидуального пользования. Показана система управления тепловыми режимами в энергоэффективной теплице с трансформируемым корпусом в виде однокомпонентной структуры, которая может быть использована при комбинации с электрическим или твердотопливным котлом. Проведенные исследования показывают, что для рационального и экономного пользования ресурсами искусственного обогрева в гелиотеплице с трансформируемым (регулируемым) корпусом рекомендуется применение интеллектуальной системы с автоматизированным управлением.
Бесплатно
Исследование скорости оттайки грунтоледовых тел в воде
Статья научная
В статье рассматривается возможность применения хладагента в разработке россыпных месторождений континентального шельфа в зимний период и связанные с этим изучения свойств ледовой оболочки грунтоледовых тел в процессе оттайки.
Бесплатно
Исследование смачивания пылевидных частиц фракций угля растворами ПАВ
Статья научная
Представлены результаты экспериментальных исследований и теоретическое обоснование по смачиванию растворами поверхностно-активных веществ частиц углей фракций малых размеров. На основе физической модели экспериментального опыта по смачиванию частиц угля показано, что в результате измельчений угля от крупных кусков до пылеобразного состояния существенно изменяются структурные и поверхностные свойства угля, что приводит к существенному изменению механических, физико-химических свойств углей.
Бесплатно
Исследование способности высокопрочной стали к пластической деформации при изгибе на угол 90°
Статья научная
Производство судов, автомобилей, техники связано с изготовлением значительного количества деталей различных сложных форм, произведенных методом гибки листового металла. Однако не все стали в одинаковой мере склонны к пластическому изгибу. Процесс гибки высокопрочных сталей требует применения больших радиусов пуансона по сравнению с радиусами, применяемыми при гибке обычных углеродистых сталей, так как возможно появление разрыва наружных волокон материала. Целью данной статьи является определение минимального отношения R/h для высокопрочной стали твердостью 400 HBW при изгибе на угол 90° методом свободной гибки. Для этого проведены исследования по оценке способности высокопрочной листовой стали твердостью 400 HBW к пластической деформации при изгибе на угол 90º при помощи математического моделирования в программном комплексе Deform-3D. Первоначально для получения данных о пластических свойствах исследуемой высокопрочной стали были проведены испытания на растяжения в соответствии с ГОСТ 1497-84. В качестве критерия разрушения при этом был принят нормализованный критерий Кокрафта-Латама. По полученным экспериментальным данным в программном комплексе Deform-3D был задан новый материал и на основании полученной зависимости проведено конечно-элементное моделирование процесса растяжения с целью определения критерия разрушения (К) для исследуемой высокопрочной стали. Результаты расчетов, полученные с использованием созданной кинематической модели, подтверждены путем проведения реальных испытаний исследуемой высокопрочной стали на изгиб.
Бесплатно
Исследование статической устойчивости сложных электрических систем
Статья научная
В статье показана эффективность совместного применения уравнений узловых напряжений (УУН) и функции Ляпунова в квадратичной форме для анализа малых колебаний электрической системы, в литературе получившего название метода Аллаева. Совместное решение уравнений узловых напряжений и матричного уравнения Ляпунова позволяет определить условия устойчивости электрической системы и выявить генератор, который первым приближается к пределу устойчивости. Исследования малых колебаний сложных электрических систем могут быть выполнены в полном объеме на основе матричных методов, успешно разработанных в последние десятилетия. Этому способствует устранение ограничений памяти и резкое увеличение скорости вычисления современных компьютеров.
Бесплатно
Статья научная
Слоистый композит медь-молибден обладает высокой твердостью и высокой химической стойкостью, получен сваркой взрывом. Использование такой технологии получения композита связано с малой взаимной растворимостью меди и молибдена. При сварке взрывом образование соединения происходит благодаря кратковременному расплавлению и очень быстрому затвердеванию на контактной поверхности. Сварка взрывом уменьшает активационный барьер химической реакции и позволяет получать интерметаллиды из двух невзаимодействующих компонентов со скоростью, близкой к скорости переключения химической связи. Формируются продукты механохимических реакций в зоне контакта разнородных металлов. Продукты механохимических реакций обнаружены методами рентгеновской дифракции и микроанализа. Высокие скорости физико-химических превращений инициируются нелинейными волнами локализованной пластической деформации. Волны пластической деформации выявлены после травления шлифа поперечного среза многослойного образца и исследования микроструктуры. Сделана оценка потока энергии на образец во время сварки взрывом, а также проведен анализ особенностей структуры зон соединения меди и молибдена. Определена фрактальная размерность границы соединения меди и молибдена. Построена кластерная модель структуры среднего порядка (мезоструктуры) зон соединения меди и молибдена.
Бесплатно
Исследование тепловой работы установки непрерывного литья и прессования алюминия в переходном режиме
Статья научная
Рассмотрены особенности технологического процесса непрерывного литья и прессования цветных металлов. Приведены результаты экспериментального исследования тепловой работы опытно-промышленной установки карусельного типа при непрерывном литье и прессовании технического алюминия. Определен характер и время переходного процесса при холодном пуске установки до достижения стационарных условий ее работы. На базе программного продукта Ansys CFX разработана трёхмерная компьютерная модель теплообмена в опытно-промышленной установке. В результате математического моделирования определён необходимый угол поворота кристаллизатора, обеспечивающий при выходе установки на стационарный тепловой режим требуемую по технологии номинальную температуру затвердевания расплава алюминия.
Бесплатно
Исследование технико-экономических показателей автономных энергокомплексов
Статья научная
В работе исследованы технико-экономические показатели автономных энергокомплексов с номинальной мощностью 5 кВт, предназначенных для индивидуальных потребителей. Проведены расчеты наиболее распространенных видов энергокомплексов: автономная фотоэлектрическая станция+дизельная электростанция, автономная фотоэлектрическая станция+газовый котел, автономная фотоэлектрическая станция+электрический котел, автономная фотоэлектрическая станция+котел на твердом топливе, предназначенных для индивидуальных потребителей. Расчеты технико-экономических показателей автономных энергокомплексов, предназначенных для индивидуальных потребителей, показывают, что вполне приемлемы для их эксплуатации и создания гибридных автономных энергокомплексов. Таким образом, индивидуальным потребителям, проживающим в отдалении от линии электропередач, рекомендуется в зависимости от обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами, использовать гибридные автономные энергокомплексы.
Бесплатно
