Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Статьи журнала - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Все статьи: 1579
Моделирование режимов и электромагнитных полей четырехфазной кабельной линии электропередачи
Статья научная
Цель представленных в статье исследований состояла в разработке компьютерных моделей для определения режимов и электромагнитных полей (ЭМП) четырехфазных линий электропередачи (ЧЛЭП) кабельного типа. Анализ публикаций по теме исследования позволяет сделать следующие выводы: задачи определения режимов и ЭМП высоковольтных линий электропередачи имеют несомненную актуальность; четырехфазные ЛЭП могут эффективно использоваться в современных электроэнергетических системах (ЭЭС). Такие ЛЭП могут применяться в районах со значительными ветровыми и гололедными нагрузками, а также для электроснабжения островных и прибрежных территорий. Для сравнения были реализованы модели воздушной ЧЛЭП. Моделирование осуществлялось в промышленном программном комплексе Fazonord AC-DC, который позволяет одновременно с расчетом режима в фазных координатах выполнять расчеты напряженностей электромагнитных полей. Полученные результаты позволили сформулировать следующие выводы: в диапазонах реальных нагрузок четырехфазная кабельная линия (КЛ) обеспечивает лучшие показатели по энергоэффективности и качеству электроэнергии по сравнению с воздушной линией (ВЛ) такой же конструкции; в рассмотренной схеме при передаваемой мощности в 70 МВт потери в КЛ снижаются в два раза, а коэффициент несимметрии почти в четыре раза; напряженности ЭМП КЛ заметно выше, чем для ВЛ, но их величины не превосходят допустимых значений.
Бесплатно
Моделирование системы смазки редуктора хода экскаватора
Статья научная
Представлены результаты моделирования системы смазки редуктора хода экскаватора. Использовалось сетевое гидравлическое моделирование системы и 3-мерные гидродинамические модели некоторых ее узлов. Решена проблема балансировки расходов масла.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрено компьютерное моделирование стадии горячей штамповки объёмного теплового и напряженно-деформированного состояния для изделия - электрод контактной сварки с использованием специализированной профессиональной программы Deform 3D. Компьютерным моделированием установлено, что наибольшее влияние на твёрдость по сечению изготовленного электрода оказывают: среднее нормальное напряжение, интенсивность деформаций и скоростей деформации, способствующее генерированию большого числа дислокаций. Исследованы особенности формирования макро- и микроструктуры композиционного материала Cu-MMNCr в условиях совмещенного процесса литья и штамповки с последующей термообработкой. Описан механизм выявления границ зерен. Выведены взаимосвязи между распределением твёрдости и параметрами теплового и напряженно-деформированного состояния в объёме изделия из композиционного материала Cu-MMNCr при совмещённом способе литья - штамповки с последующей термической обработкой. Представлены значения физико-механических свойств композиционного материала Cu-MMNCr, полученного совмещённым способом литья - штамповки с последующей термической обработкой.
Бесплатно
Статья научная
Изложена усовершенствованная математическая модель тепломассообменных и гидродинамических процессов в суперкавитирующих испарителях, основанная на предположении локального кинематического и термодинамического равновесия между фазами и отсутствия поверхности раздела между паром и водой. В отличие от известных, предлагаемая модель позволяет на этапе проектирования и в период эксплуатации элементов энергетических систем комплексно оценивать влияние управляющих воздействий на режимы обработки и обеспечивает повышение точности расчетов характеристик процесса.
Бесплатно
Моделирование температурного режима и прочности ледяного покрова
Статья научная
Рассмотрены особенности и структура переходных слоев с промежуточным состоянием среды, одновременно включающим в себя жидкую и твердую фазы, при формировании и таянии ледяного покрова пресного водоема. Проведено вычислительное моделирование динамики ледяного покрова на основе обобщенной формулировки задачи Стефана с учетом среднесуточных значений температуры и влажности воздуха, скорости ветра, потока солнечной радиации. Представлены результаты расчета температурного режима и состояния водоема в течение холодного периода при наличии и отсутствии снежного покрова на поверхности льда. Получены временные зависимости предела прочности на сжатие ледяного покрова с учетом вертикального распределения температуры.
Бесплатно
Моделирование тепловой схемы станции с использованием программного продукта "Boiler Designer"
Статья научная
В данной статье приводятся обоснования для разработки математической модели тепловой схемы владивостокской ТЭЦ-2. На данной ТЭЦ установлено четыре типа турбин, котлоагрегаты работают на угле и природном газе. Это делает сложным процесс эффективного распределения нагрузки между турбоагрегатами. Применение упрощенных зависимостей, построенных на основе отчетных данных, позволяют проанализировать правильность распределения нагрузки между агрегатами. В статье выполнен пример сравнения фактических показателей работы ТЭЦ и расчета на основе предложенных упрощенных характеристик турбин, показаны потери условного топлива от неоптимального распределения нагрузки. Однако применение таких упрощенных характеристик имеет ряд недостатков. Эти недостатки не позволяют использовать данный подход как универсальный метод. С учетом вышесказанного вытекает необходимость создания полноценной математической модели ТЭЦ. В качестве основы для разработки модели применяется программный комплекс «Boiler Designer». Программа имеет модульную структуру и позволяет создавать математические модели каждой единицы оборудования, а затем через назначение связей собирать тепловую схему станции в целом. Данный подход актуален для ТЭЦ с поперечными связями, поскольку позволяет оценивать эффективность не только работы самого оборудования но и схемы его соединения. В статье приведена упрощенная модель станции, ее достоинства и недостатки.
Бесплатно
Моделирование теплообмена в ребрах охлаждения
Статья научная
В статье рассматривается процесс теплообмена оребренной стенки с теплоносителем. Температурное поле в объеме стенки определяли на основе численного решения двумерной задачи теплопроводности, по результатам моделирования проведен анализ особенностей распределений температуры. Рассчитаны значения коэффициента теплопередачи ребер охлаждения прямоугольного сечения для двух вариантов условий теплообмена на торце ребра в широком диапазоне безразмерных параметров. Определена погрешность расчета коэффициента теплопередачи в приближении тонкого ребра при использовании одномерной вычислительной модели.
Бесплатно
Моделирование теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения
Статья научная
Рассмотрен процесс теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения. Из численного решения двумерных задач теплопроводности получены значения термических сопротивлений теплораспределителя и воздушного теплообменника. Выполнен расчет зависимости холодопроизводительности от силы тока для двух характерных значений суммарного термического сопротивления устройства подвода теплоты. Проведен анализ режимов работы термоэлектрических модулей и выбор параметров электропитания для устранения теплового дисбаланса, вызванного различием термических сопротивлений частей воздушного теплообменника.
Бесплатно
Моделирование технологических схем производства автомобильных бензинов
Статья научная
Определены возможные и наиболее целесообразные направления развития технологической схемы нефтеперерабатывающего предприятия, обеспечивающие выпуск моторных топлив в соответствии с мировыми экологическими и эксплуатационными требованиями. Выход светлых нефтепродуктов при реализации схемы №1 в целом по заводу составит 86,8 %, а для схемы №2 - 87,2 % при глубине переработки нефти ~96 %.
Бесплатно
Моделирование электромагнитных полей газоизолированной линии, питающей тяговые подстанции
Статья научная
Электроснабжение тяговых подстанций (ТП) железных дорог переменного тока традиционно осуществляется от воздушных линий (ВЛ) электропередачи (ЛЭП) 110–220 кВ, которые могут повреждаться при сильных ветрах и образовании гололеда. Кроме того, эти ЛЭП создают значительные электромагнитные поля (ЭМП), неблагоприятно влияющие на обслуживающий персонал, население и окружающую среду. Для снижения возникающих ущербов необходима организация защитных зон, требующих значительных землеотводов. Повышение надежности обеспечения ТП электроэнергией и уменьшение уровней ЭМП может быть достигнуто на основе газоизолированных линий (ГИЛ), применение которых в электроэнергетике многих стран мира непрерывно возрастает. Цель представленных в статье исследований состояла в разработке компьютерных моделей, обеспечивающих определение ЭМП ГИЛ, питающих группу ТП, с учетом реальных тяговых нагрузок, характеризуемых несинусоидальностью и несимметрией. Для решения этой задачи применялся подход, реализованный в программном комплексе Fazonord AC-DC и базирующийся на использовании фазных координат. Это позволило корректно учитывать поверхностный эффект и эффект близости в массивных токоведущих частях ГИЛ, а также влияние несимметрии и гармонических искажений. Результаты моделирования показали, что применение ГИЛ приводит к вводу коэффициентов несимметрии напряжений на шинах 110 кВ тяговых подстанций в допустимый диапазон, при этом максимальные значения этих коэффициентов не превышали 2 %. Результаты определения гармонических искажений показали значительное снижение коэффициентов гармоник в сети 110 кВ для ГИЛ по сравнению с ВЛ. Проведенные расчеты электромагнитных полей подтвердили, что ГИЛ создает напряженности магнитного поля, на порядок меньшие по сравнению с ВЛ. Полученные результаты позволяют сделать вывод о высокой эффективности применения для электроснабжения тяговых подстанций газоизолированных линий, обеспечивающих повышение надежности, улучшение качества электроэнергии и снижение негативного воздействия ЭМП на персонал, население, окружающую среду и электронное оборудование.
Бесплатно
Статья научная
Объекты транспортной электроэнергетики создают в окружающем их пространстве значительные уровни электромагнитных полей (ЭМП), оказывающие негативные воздействия на персонал, природную среду и электронное оборудование. Для их снижения применяются различные мероприятия, рациональный выбор которых в современных условиях должен осуществляться на основе компьютерного моделирования. Для его проведения необходима разработка цифровых моделей, обеспечивающих адекватное определение ЭМП. Пролеты между опорами поля, создаваемые тяговыми сетями (ТС), имеют плоскопараллельный характер, и для расчета их напряженностей разработаны эффективные методы и средства. Однако вблизи металлических опор и других проводящих сооружений задача моделирования ЭМП существенно усложняется вследствие того, что поле в этом случае становится трехмерным. Анализ публикаций, посвященных расчетам ЭМП ТС, показал, что методы определения ЭМП вблизи металлических конструкций в рассмотренных работах не описаны. Для решения этой задачи могут применяться алгоритмы, основанные на использовании мультифазного представления систем тягового электроснабжения и реализованные в программном комплексе Fazonord. В статье представлены результаты разработки цифровых моделей для определения ЭМП вблизи жестких поперечин, широко применяемых на перегонах и многопутных ТС железнодорожных станций. Рассматривались два режима работы ТС: нормальный, нагрузочный и короткого замыкания. По результатам моделирования получены зависимости амплитуд напряженностей ЭМП от координат осей, проходящих вдоль трассы дороги и перпендикулярно ей. Кроме того, построены объемные диаграммы, позволяющие анализировать распределение ЭМП в пространстве. Результаты проведенных исследований показали, что представленная методика позволяет осуществлять учет влияния металлических конструкций при моделировании ЭМП тяговых сетей. Она может использоваться на практике при разработке мероприятий по улучшению условий электромагнитной безопасности.
Бесплатно
Статья научная
Одним из основных направлений развития электроэнергетических систем является внедрение устройств и технологий на базе силовых полупроводниковых ключей (HVDC (High Voltage Direct Current) технологий), в частности вставок постоянного тока на базе преобразователя источника напряжения (VSC). VSC-HVDC используются для решения таких задач, как соединение несинхронных электрических сетей различных частот, передача электроэнергии, повышение локальной и системной управляемости электроэнергетической системы, повышение пропускной способности элементов сети, содержащих «слабые» связи. Благодаря высокой степени управляемости преобразователей источника напряжения (VSC) в основном рассматривается работа HVDC. Однако внедрение и эксплуатация VSC-HVDC определяют необходимость в проведении широкого спектра анализа и исследований, которые можно провести только с помощью математического моделирования. Поэтому целью работы является: анализ поведения системы передачи HVDC на основе VSC с использованием различных режимов управления путем моделирования в программной среде MATLAB.
Бесплатно
Модель автоматизированного распределения в задаче группового преследования с защитниками
Статья научная
В настоящей статье рассматривается компьютерная модель квазидискретной игры группового преследования. В которой присутствуют преследователи, цели и защитники. В моделях статьи задачей преследователей является достижение статических целей. Достижение одной цели возможно несколькими преследователями в разное время. Задачей защитников является поражение преследователей. Выигрышем для преследователей можно считать достижение хотя бы одним из них своей цели. Выигрышем для защитников считается поражение всех целей. Для защитников количество преследователей не является определенным. В модели статьи формируется единая среда обнаружения преследователей. Единая среда обнаружения есть результат теоретико- множественных операций над точками пространства. В моделях статьи единая среда обнаружения является односвязным множеством. В случае многосвязных множеств были бы предложены алгоритмы моделей с иной логикой. Преследователь считается обнаруженным, если входит в данную область. Назначение обнаруженному преследователю защитника цели производится по нескольким оптимизационным критериям. Защитник может назначаться из предполагаемого времени достижения. В одной из реализаций модели это минимальное время из выборки для данного защитника. Как вариант фактора оптимизации, защитник для преследователя может выбираться по минимальному расстоянию до него. В статье также рассматриваются варианты локализаций защитников в одной точке. В статье к рассмотрению предлагается четыре модели. Модель группового преследования с оптимизацией по предполагаемому времени достижения преследователей защитниками. Модель группового преследования с оптимизацией по начальному расстоянию от момента обнаружения преследователей защитниками. Разработаны дополнительные алгоритмы вышеописанных моделей, учитывающих ограничения нахождения защитников в одной локации. Рассматривается различие алгоритмов в случае наличия или отсутствия информации для защитников о количестве преследователей, их целях и т.д. Результаты, полученные в статье, могут быть востребованы разработчиками робототехнических комплексов с автономным управлением. В идеале виделось бы следующее. Группа преследователей и группа защитников (каждый участник имеет свой алгоритм действий) имели бы свою программную среду, где каждый участник выполняет свою задачу, руководствуясь правилами. То есть данная программная среда напоминает сетевую игру стратегии реального времени.
Бесплатно
Модель живучести сложного объекта в условиях нанесения массированного авиационного удара
Статья научная
В статье приводятся основные положения математической модели живучести сложного объекта в условиях нанесения массированного авиационного удара, отражающей процесс выхода ударных авиационных комплексов противника в заданные районы и преодоления ими многофункциональной системы ПВО в условиях прикрытия объектов средствами комплексного (радиоэлектронного и огневого) поражения и с учетом двухстороннего характера ведения радиоэлектронной борьбы (РЭБ). Модель построена на основе представления рассматриваемых процессов в виде полумарковских процессов, описываемых с помощью прямых интегродифференциальных уравнений, реализации принципа расширения пространства состояний и применения методов преобразования Лапласа.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена усовершенствованная марковская феноменологическая модель импульсной характеристики декаметрового канала связи. Модель позволяет осуществлять идентификацию разрешенных компонентов многолучевости путем анализа комбинаций возможных значений параметров корреляции. Полученная таким образом импульсная характеристика с фиксированными статистическими параметрами формирует адекватную модель канала связи в течение каждого периода квазистационарности.
Бесплатно
Статья научная
Воздушно-космические силы России способны выполнять широкий спектр боевых авиационных задач в различных метеорологических условиях. Это вызывает значительные изменения во взглядах на роль и место авиации в военных конфликтах, а также на формы, способы ее боевого применения и обеспечения, в том числе и метеорологического. Высокая чувствительность параметров функционирования авиационных систем к метеоусловиям зачастую приводит к невозможности использования традиционных математических методов при построении системы управления в сложных условиях погоды. Поэтому в работе построена модель метеорологического обеспечения авиационных систем с использованием основных элементов теории фракталов и теории детерминированного хаоса, что позволило учесть различные сочетания диагностических и прогностических метеорологических способов при поддержке принятия решений в условиях неопределенности метеорологической информации, а также выполнить учет степени хаотичности функционирования всей системы в целом.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлено описание математической и имитационной моделей функционирования бортового навигационного комплекса космического аппарата для случая, когда аппарат выполняет задачу мониторинга космических объектов в условиях дискретного или отсутствующего навигационного поля. Такой характер навигационного поля проявляется при нахождении космических аппаратов на высотах свыше 2000 км над поверхностью Земли (для системы ГЛОНАСС). Для достижения требуемых оперативности принятия решений и точности измерений предлагается расширить состав комплекса и применять в процессе вычислений отложенную обработку. В состав предлагаемого комплекса включены: бесплатформенная инерциальная навигационная система, аппаратура потребителя спутниковых навигационных систем и программно-конфигурируемое радиоприемное устройство. Осуществлена имитация получения разнородных измерений, а также их совместная обработка навигационным комплексом при условии, что схема комплексирования – сильносвязанная. Предполагается, что в указанных условиях обстановки программный приемник может получить измерения текущих навигационных параметров (в разработанной модели – дальность и радиальная скорость) за счет некогерентного накопления. По результатам обработки производится оценка текущего местоположения потребителя, по которой определяется точность на заданном интервале времени рассматриваемого комплекса.
Бесплатно
Статья научная
Влияние растительности на распространение радиоволн создает дополнительные потери на распространение радиосигнала не только вдоль земной поверхности, но и в наклонных радиолиниях. С целью определения значения запаса помехоустойчивости и предельной дальности управления БЛА встала необходимость оценить ослабления радиосигнала для диапазона частот функционирования модуля Long Range (LoRa). В статье рассмотрены различные методы оценки ослабления радиосигнала в условиях хвойной и лиственной растительности с учетом сезона, а также проведена оценка вероятности битовой ошибки для приведенного радиосигнала модуля LoRa. Проведенные расчеты на основании МСЭ-Р.833 показали, что в зависимости от удаления БЛА от наземных пунктов управления и лесного массива, средняя высота которого превышает точку расположения антенны наземного пункта управления, необходимо учитывать дополнительные потери в распространении радиосигнала. При этом значение потерь функционально связано с несколькими параметрами, такими как частота, сезон и тип растительности. Результаты статьи включают полученные значения вероятности битовой ошибки на предельных дальностях управления БЛА в пределах зоны прямой видимости.
Бесплатно
Статья научная
Повышение точности определения относительных координат при использовании СНС в стандартном режиме может быть обеспечено согласованными измерениями по единому созвездию навигационных спутников определенной СНС, чем достигается корреляционная зависимость погрешностей координат, близкая к 1. Цель данной работы - оценить влияние корреляционной зависимости погрешностей координат совместно маневрирующих кораблей на точность определения относительной позиции и возможность повышения точности определения относительной позиции совместно маневрирующих кораблей с использованием АИС.
Бесплатно
Модель представления информации о состоянии и динамике земель сельскохозяйственного назначения
Статья научная
Сформулирована модель, описывающая состояние и динамику земель сельскохозяйственного назначения (ЗСХН). Рассмотрены вопросы получения, классификации, представления и обработки измерений параметров модели, позволяющие осуществлять комплексное оценивание ЗСХН.
Бесплатно
