Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Статьи журнала - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Все статьи: 1601
Моделирование напорной характеристики центробежной компрессорной ступени
Статья научная
Методом нейронного моделирования получен способ расчета зависимости коэффициента внутреннего напора от коэффициента расхода центробежных компрессорных ступеней с отклонением в пределах точности экспериментов. Для обучения (идентификации) модели использована 101 измеренная характеристика модельных ступеней трех производителей в очень широком диапазоне коэффициентов расхода, коэффициентов напора и условных чисел Маха.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлена модель построения оптимального маршрута полета беспилотных летательных аппаратов по данным инфракрасной видеонавигации на основе модернизированного алгоритма Дейкстры. Рассмотрен способ и алгоритм реализации модели построения оптимального маршрута полета. Получены численные оценки распределения частоты значений корреляции между опорными (эталонными) и текущими изображениями в инфракрасном диапазоне длин волн в разное время суток. Определен актуальный период времени суток для создания и дальнейшего применения опорных (эталонных) изображений с максимально длительным временем использования в течение следующих суток. Построены оптимальные маршруты с координатами опорного (эталонного) маршрута относительно времени формирования опорного маршрута с учетом распознавания зон блокирования полетов беспилотных летательных аппаратов по алгоритму Дейкстры.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются переходные процессы в системе генератор-трансформатор-нагрузка. Предложен метод численного моделирования переходных процессов синхронной машины с возможностью учета несимметрии обмотки статора, появление которой возможно при повреждении синхронной машины, в частности при межвитковых коротких замыканиях в обмотке статора.Метод основан на непосредственном решении дифференциальных уравнений равновесия э.д.с. и падений напряжений в обмотках в фазных координатах совместно с уравнением движения ротора. При этом контур каждой фазной обмотки статора описывают отдельным уравнением, и могут быть учтены отличающиеся параметры фаз.Математическая модель реализована в программном пакете MATLAB. В модели учтен один из возможных видов несимметрии - неодинаковое число витков в фазных обмотках, что позволяет моделировать межвитковые короткие замыкания без учета появления дополнительных короткозамкнутых контуров.Выполнена верификация модели посредством сравнения результатов расчета переходных процессов, полученных при использовании разработанной модели и с помощью средств MATLAB Simulink. Проведен анализ результатов моделирования для режимов: холостого хода и нагрузочного режима. Полученные результаты позволили сделать вывод об адекватности реализованной модели.
Бесплатно
Моделирование переходных процессов в торцевом синхронном генераторе в пакете MATLAB
Статья научная
Математическое моделирование в энергетике даже самых простых и широко распространенных устройств ведет к огромной экономии средств и улучшению качества изделий. Чем сложнее проектируемый объект, тем, как правило, важнее роль моделирования в его изучении и создании. Самое широкое применение моделирование находит в механике и физике, электротехнике, радиотехнике и электронике, в технике обработки сигналов и коммуникаций.В статье решена задача исследования переходных процессов в торцевом синхронном генераторе с постоянными магнитами в пакете MatLab. Исследованы процессы, возникающие в синхронных машинах при переходных режимах, таких как внезапное короткое замыкание и резкое изменение нагрузки. Процессы, возникающие в синхронных машинах при переходных режимах, например при внезапном коротком замыкании или резком изменении нагрузки, весьма сложны, что вызывает значительные трудности при их точном количественном расчете. Однако поведение синхронной машины при указанных режимах имеет очень большое практическое значение, так как переходные процессы могут вызвать повреждение машины, а следовательно, и значительные убытки, связанные с перерывом энергоснабжения объектов, получающих питание от генератора, или прекращением работы электроприводов с синхронными двигателями.Особенностью математической модели торцевого синхронного генератора с магнитоэлектрическим возбуждением является замена постоянных магнитов на «фиктивную» обмотку возбуждения с включенным в неё источником тока, равным магнитодвижущей силе «фиктивной» коэрцитивной силы.
Бесплатно
Моделирование потока заряженных частиц применительно к процессам газоочистки
Статья научная
В работе моделируется движение заряженных частиц в электростатическом поле и потенциалы электродов применительно к задачам газоочистки. Законы движения и траектории построены с помощью сплайнов второго порядка. Был разработан эмулятор для ЗD-моделирования потока частиц пыли в электрофильтре меди между коронирующим и осадительным электродами. Для построения графики использовалась библиотека для работы с ЗD-графикой OpenGL.
Бесплатно
Моделирование потоков ионов в процессе электролитического рафинирования
Статья научная
Статья посвящена моделированию потоков заряженных частиц в электростатическом поле в процессе электролитического рафинирования между поверхностью катода и анода. Большое значение такие исследования имеют для повышения эффективности металлургических процессов, в частности электролитического рафинирования меди и других металлов. Кроме того, моделирование электростатических полей между поверхностями электродов помогает исследовать природу взаимодействия катода с анодом. Приведен смешанный метод частиц, адаптированный к моделированию миграционной диффузии потока ионов в процессе электролитического рафинирования. На эйлеровом этапе с помощью уравнений Максвелла моделируются потенциалы электростатического поля. На лагранжевом этапе строятся законы движения и траектории ионов в виде квадратичных сплайнов. Приведены результаты компьютерного моделирования миграционных потоков ионов в процессе электролитического рафинирования меди.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрено компьютерное моделирование процессов литья электродов контактной сварки из композиционного материала Cu-MMNCr (медный металломатричный с армированием наноразмерным хромом) с использованием специализированной профессиональной программы ProCAST. Установлено в процессе заливки расплава в металлическую форму образование тороидального вихря, не позволяющего наноразмерным частицам хрома всплывать на зеркало расплава. Изучен процесс формирования твёрдой фазы при кристаллизации сплава, приводящий к образованию «теплового узла» (Hot Spots) на завершающей стадии. Исследованы особенности формирования макро- и микроструктуры и элементный состав литого композиционного материала Cu-MMNCr. Представлены результаты физико-механических свойств литого композиционного материала Cu-MMNCr на примере изделия - электрода контактной сварки типа D.
Бесплатно
Моделирование процесса прессования порошкового алюминия с карбонатом кальция
Статья научная
В работе рассмотрены технологические и численные аспекты прессования порошкового алюминия с порообразующим карбонатом кальция. Показано, что ввод CaCO₃ в порошковую смесь повышает общую пористость спечённого композита, влияя на плотность и механические свойства материала. Для описания процесса компактизации была использована модель Хеккеля, реализованная в Mathcad, что позволило рассчитывать изменение относительной плотности при нарастающем давлении прессования. Также проведено численное моделирование в ANSYS Mechanical с использованием плотностно-зависимой модели Drucker– Prager Cap. Полученные расчёты показали характерное распределение плотности: область у пуансона достигает максимальной плотности, а у противоположного торца – минимальной. Выявлено значительное влияние трения на неоднородность прессовки (падение давления и плотности до ≈10 % по высоте), а также подтверждена экспоненциальная зависимость плотности от давления прессования. Сопоставление результатов математических моделей и FEM‑анализов позволяет прогнозировать оптимальные условия прессования порошковых композитов для получения однородной структуры и требуемых свойств материала.
Бесплатно
Моделирование работы горизонтальных скважин в условиях неоднородности распределения свойств пласта
Статья научная
Рассмотрены подходы к математическому моделированию работы горизонтальных скважин в условиях неоднородности распределения свойств пласта-коллектора. Выполнен анализ влияния установки систем пассивного управления притоком на работу горизонтальных скважин. В качестве примеров рассмотрена работа горизонтальных скважин Ванкорского месторождения.
Бесплатно
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
