Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Стратегические ориентиры для ядерной энергетики в новой реальности
Статья научная
Необходимость замыкания топливного цикла для расширения ресурсной базы требует переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ) для извлечения делящихся изотопов. Одновременно с этим наибольшие опасения относительно атомной энергетики вызывает наличие радиоактивности и возможность радиоактивного заражения территории. В настоящее время в целях замыкания топливного цикла рассматривается переработка высокоактивного ОЯТ тепловых и быстрых реакторов. Их переработка сопровождается работой с высоким уровнем радиоактивности и неизбежно возникающими безвозвратными потерями радионуклидов. При этом с увеличением объемов перерабатываемого ОЯТ будут расти и потери в абсолютных величинах. В качестве альтернативы рассматривается переработка низкоактивных бланкетов термоядерного реактора. В статье сравниваются варианты с переработкой высокоактивного и низкоактивного ОЯТ. Показано, что при одной и той же экономии природного урана за счет различных стратегий замыкания ядерного топливного цикла (ЯТЦ) можно на 3-4 порядка сократить уровень радиоактивности, с которой придётся работать. Это, в свою очередь, благоприятно скажется на экологии, персонале, общественном мнении по отношению к атомной энергетике.
Бесплатно
Сухие остатки стоков - перспективное энергетическое топливо
Статья научная
По профилям кривых дифференциальной сканирующей калориметрии была определена максимальная интенсивность теплового потока, а также эндотермические и экзотермические эффекты горения остатков сточных вод (ОСВ). Иловые остатки сточных вод имеют высокую зольность (более 50 %), что снижает значение низшей теплоты сгорания в рабочем состоянии. Высокое содержание летучих веществ (более 80 %) обеспечивает раннее зажигание при температуре 268 °C. Имея низкую температуру зажигания, они могут быть перспективным добавочным топливом к углю после обогащения с целью существенного снижения зольности и увеличения теплоты сгорания. Низкое значение индекса горения, равное 0,4×10-6, обусловлено низким значением максимальной скорости реакции, равной 13 %/мин, и высокой температурой выгорания, равной 633 °C. Проведенные исследования показали, что сжигание ОСВ не приводит к ухудшению условий эксплуатации топочных экранов в топках котлов из-за высокого содержания минералов в золе с высокой температурой плавления (фосфаты железа и кальция). Высокое содержание фосфора в остатках сточных вод способствует иммобилизации подвижного железа в фосфаты. Такой состав ОСВ будет способствовать уменьшению мобильности тяжелых металлов в шлаковых и зольных остатках совместного сжигания с углями при последующем долговременном хранении. Результаты данного исследования целесообразно использовать при проектировании объектов теплоэнергетики.
Бесплатно
Теплотехнический расчет свайного фундамента на вечномерзлых грунтах
Статья научная
Современные исследования свидетельствуют о росте температуры воздуха в арктической зоне, что приводит к увеличению протаивания и деградации вечномерзлых грунтов. Исследования несущей способности свайных фундаментов и деформаций основания зданий в городе Норильске показывают, что деградация вечномерзлых грунтов приводит к рискам для существующей инфраструктуры. Однако помимо изменений климата неправильная эксплуатация зданий и городских сетей также играет значительную роль в деформациях фундаментов и нарушении инфраструктуры. В работе приведены результаты численного расчета температурного распределения по свае и грунту вдали от свайного поля через 10 лет эксплуатации нового здания. Результаты показывают, что наличие свай в грунте снижает его температуру из-за более высокой теплопроводности железобетона и, как следствие, способствует стабилизации температуры грунта под зданием. Расчеты не подтверждают растепление многолетнемерзлых грунтов, вызванное фундаментом здания. Основной причиной деградации грунтового основания под зданием может стать нарушение нормальной эксплуатации здания и инженерных систем.
Бесплатно
Статья
В настоящее время энергетика, в том числе коммунальная энергетика, потребляет значительное количество первичных и воспроизведенных энергетических ресурсов. Вследствие чего она является значимым источником выделения соответствующего количества парниковых газов и низкопотенциальных тепловых выбросов в окружающую среду. Этот аспект негативного влияния коммунальной энергетики сохранится до тех пор, пока мы не изменим общего и методического подхода к проблемам энергоснабжения зданий и коммунально-бытовых объектов и энергоснабжения вообще. Одним из новых подходов при этом может быть названо применение для указанных целей повсеместно присутствующих возобновляемых энергетических ресурсов, таких как солнечная энергия, ее производная - ветровая энергия и другие виды низкопотенциальных тепловых энергий окружающей среды. Этот подход, в общем-то, не новый, но тем не менее здесь имеется целый ряд проблем, связанных с их энергетической интенсивностью, приципом и способом преобразования и масштабом применения. В данной работе затронуты некоторые природно-климатические, энергетические и теплофизические аспекты проблем на примере Монголии, даны краткие характеристики резкоконтинентальности климатических условий Монголии, ресурсов солнечной и геотермальной энергии. Приведены энергетические и теплофизические аспекты использования возобновляемых энергоресурсов в условиях холодного климата, карта зонирования территории Монголии по градус-дню отопления и результаты некоторых расчетных и экспериментальных исследований по применению солнечного и геотермального обогрева зданий. В докладе для оценки эффективности солнечного и геотермального теплоснабжения в качестве показателя выдвинуто соотношение числа градус-дня отопления и прихода суммарной солнечной радиации за год для данной местности. В соответствии с картой зонирования территории Монголии по эффективности использования солнечного отопления зданий выделены четыре зоны.
Бесплатно
Статья научная
В статье выполнен обзор литературных источников, посвященных использованию солнечных трекеров в опытной эксплуатации. Показано, что эффективность использования одноосных и двухосных солнечных трекеров зависит от месторасположения экспериментальных солнечных станций. В статье представлена методика расчета объема солнечной инсоляции, принимаемой фотоэлектрической панелью с учетом индекса ясности неба. Методика позволяет учитывать угол положения поверхности солнечных фотоэлектрических панелей относительно горизонтальной поверхности Земли в любой момент времени (с точностью до секунд) в течение всего года. Предложена математическая модель определения индекса и срока окупаемости солнечных электростанций, оснащенных системами слежения за Солнцем с точностью до года. Разработана математическая модель расчета расхода электроэнергии на поворот платформ с солнечными фотоэлектрическими панелями с помощью трекеров по углу склонения и азимута Солнца. Выполнена оценка эффективности применения систем слежения за Солнцем для различных регионов Юга, Поволжья, Урала, Сибири и Дальнего Востока России. Расчеты выполнялись с учетом реальных ежечасных метеорологических данных в течение последних пяти лет (2019-2023 гг.). Результаты расчета показали, что эффективность работы солнечного трекера на всей территории России весьма существенна. Прирост выработанной солнечной станцией, оснащенной двухосевым солнечным трекером, электроэнергии колеблется от 24 до 40 %. По разработанной методике на примере г. Оренбурга были выполнены технико-экономические расчеты, которые показали, что в данном регионе наиболее экономически целесообразно использовать одноосные трекеры. Расчеты показывают, что применение однокоординатных азимутальных, а также двухкоординатных систем слежения за Солнцем позволяет уменьшить срок окупаемости солнечной электростанции
Бесплатно
Технологические подходы к энергетическому использованию местных низкосортных топлив
Статья научная
Использование местных топливных ресурсов является одним из директивно обозначенных и обсуждаемых путей повышения энергетической безопасности и формирования экономически обоснованных топливно-энергетических балансов регионов Российской Федерации. Для территорий, обладающих локальными проявлениями запасов бурых углей, этот вид ископаемого топлива при наличии благоприятствующих условий имеет преимущественное значение. На примере Таловского месторождения Томской области рассмотрены технически осуществимые варианты вовлечения низкосортных топлив в использование на тепловых электростанциях региона, а также на энергетических объектах промышленного и муниципального назначения. Приоритетным условием реализации всех вариантов, включая сжигание местного угольного топлива «с колёс», в смеси с базовым топливом, поставляемым в регион, в смеси с продуктами термической переработки и др., принято отсутствие или минимизация затрат на реконструкцию действующего основного и вспомогательного оборудования. Для каждой из обсуждаемых технологий обозначены ограничения, которые накладываются свойствами используемого топлива.
Бесплатно
Статья научная
Целью научной статьи является разработка технологии оценки несбалансированных режимов в компонентах систем электроснабжения напряжением 0,4 кВ и способа минимизаций последствий этих режимов. Установлено, что несбалансированность режимов работы исследуемых электрических сетей обусловлена несимметрией и несинусоидальностью трёхфазной системы напряжения электропитания. Возникающие при этом дополнительные симметричные составляющие обратной и нулевой последовательности, обусловленные основной частотой, а также составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, обусловленных эмиссией высших гармонических составляющих, вызывают ухудшение качества электрической энергии и возрастание потерь электрической энергии. Разработано универсальное балансирующее устройство, позволяющее в автоматическом режиме в каждый момент времени изменять свои параметры, в зависимости от изменяющегося уровня несбалансированного электропотребления. За счет этого происходит значительное улучшение показателей качества электрической энергии и более чем на 50 % снижаются потери электроэнергии. В качестве методологической базы исследования использовались разработанные автором методы оценки несбалансированных режимов при интеграции в электрическую сеть предлагаемой модели балансирующего устройства. На основе представленных алгоритмов расчета предложено разработанное программное обеспечение расчетов несбалансированных режимов. В качестве апробации полученных результатов произведено имитационное моделирование подключения балансирующего устройства в действующую систему цехового электроснабжения одного из промышленных предприятий, которое доказало эффективность использования полученных результатов исследования.
Бесплатно
Тяговые и топливно-экономические свойства автобусов, работающих на сжатом природном газе
Статья научная
Использование сжатого природного газа в качестве моторного топлива является наиболее доступным и современным решением энергоэкологических проблем автомобильного транспорта. Эксплуатация городских автобусов на сжатом природном газе способствует значительному снижению вредных воздействий на городскую окружающую среду. Известно, что тягово-скоростные, топливно-экономические и экологические свойства транспортных средств во многом зависят от эксплуатационных свойств используемого вида моторного топлива. В этой связи изучение сравнительных тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических свойств транспортных средств может обосновать выбор того или другого типа (марки) городского автобуса, работающего на сжатом природном газе. В данной статье приведены результаты научных исследований тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических свойств автобусов, работающих на сжатом природном газе.
Бесплатно
Улучшение качества управления генераторами малых ТЭЦ в условиях пониженного качества электроэнергии
Статья научная
Создание в зданиях производственных котельных небольших по мощности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), обеспечивающих комбинированное производство электрической и тепловой энергии, позволяет повысить эффективность электроэнергетического производства. Сказанное в полной мере относится к стационарной энергетике железнодорожного транспорта. Однако из-за влияния однофазной и нелинейной тяговой нагрузки системы электроснабжения железных дорог (СЭЖД) переменного тока характеризуются пониженным качеством электроэнергии по отклонениям напряжений, несимметрии и гармоническим искажениям. Поэтому для обеспечения надежного функционирования генераторов мини-ТЭЦ требуется разработка специальных методов и средств, а также применение эффективных алгоритмов автоматического регулирования напряжения и частоты. Применение мини-ТЭЦ в системах электроснабжения позволяет эффективно регулировать напряжения и частоту в узлах нагрузки. Однако при этом возникает задача настройки автоматических регуляторов, предназначенных для управления возбуждением генераторов и частотой вращения турбин. Для ее решения могут эффективно использоваться прогностические алгоритмы, что позволяет ускорить процесс ввода в эксплуатацию мини-ТЭЦ. В статье приводится описание моделей самонастраивающихся прогностических регуляторов напряжения и частоты турбогенераторных установок, работающих в СЭЖД с двигательной нагрузкой. Результаты компьютерного моделирования показали, что применение таких регуляторов улучшает процессы регулирования параметров в переходных режимах; при этом дополнительно улучшается качество электроэнергии по несимметрии и несинусоидальности.
Бесплатно
Управление динамическим поведением протяженной балки посредством закреплений с учетом температуры
Статья научная
Динамическое поведение балочных конструкций при переменных нагрузках во многом определяется спектром их собственных частот изгибных колебаний, в котором обычно наиболее опасной является первая собственная частота. Изменение температуры закрепленной балки приводит к появлению продольной силы, которая смещает спектр собственных частот изгибных колебаний в опасную резонансную область и может даже привести к потере устойчивости при достижении ею критического значения. Эффективным способом управления динамическим поведением балки является обоснованный выбор системы опор, однако в известной литературе практически не рассматривается такой проектный подход. В данной работе предлагается методика обоснованного выбора схемы закрепления для прямолинейных многоопорных балок с целью обеспечения заданных значений первой частоты собственных изгибных колебаний и первой критической нагрузки от действия осевой силы, вызванной изменением температуры балки. Методика основана на известных положениях теории колебаний балок, теории устойчивости по Эйлеру и использует в качестве критерия выбора схемы закрепления коэффициенты опор, которые предварительно нормируются для достижения сопоставимых значений. Выбранная схема обеспечивает заданное значение первой собственной частоты колебаний, величину первой критической температуры или одновременно оба условия работоспособности. Согласно разработанной методике выполнены сравнительные расчеты прямого трубопровода методом конечных элементов для балочной и оболочечной моделей, которые показали хорошую сходимость результатов по всем контролируемым параметрам. Предложенный подход может быть использован при проектировании конструкций протяженных балочных конструкций для управления любой их собственной частоты спектра колебаний и критической силы (или температуры) посредством обоснованного выбора соответствующей системы опор.
Бесплатно
Статья научная
Потери из-за снижения напряжения в линии постоянного тока оказывают значительное влияние на точное управление потоком мощности в многотерминальных системах ПИН-ВППТ с использованием управления напряжением на шинах постоянного тока. Когда управление напряжением на шинах постоянного тока используется в многотерминальных системах ПИН- ВППТ, из-за неравных напряжений на шинах постоянного тока снижения напряжения в линии постоянного тока возникают большие отклонения потока мощности. Потери мощности в линии постоянного тока и в преобразователях также вызывают отклонения потока мощности в сети постоянного тока от желаемого значения. Для точного управления потоком мощности в сети постоянного тока необходимо устранить отклонения мощности, возникающие из-за каждого из этих факторов. При моделировании пятитерминальной системы ПИН-ВППТ в Matlab/ Simulink показано, как добиться точного управления потоком мощности в системе с учетом снижения напряжения постоянного тока и потерь мощности в линии постоянного тока (учет потерь мощности преобразователя выходит за рамки данной статьи).
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы влияния несбалансированного электропотребления на уровень несимметрии токов и напряжений в низковольтных системах электроснабжения и их компонентах. Доказано, что возникающая несимметрия трехфазной системы напряжения электропитания оказывает негативное влияние на показатели, характеризующие качество электрической энергии, а несимметрия токов в этих системах влечет за собой увеличение потерь мощности и энергии, что сопровождается увеличенным электропотреблением, повышением тепловой нагрузки, являющимся причиной возникновения пожаров, а также снижением уровня надежности электроснабжения. В качестве наиболее эффективного средства минимизации последствий несимметричных режимов предлагается новое техническое средство с автоматическим изменением его мощности за счет саморегулируемой индуктивности в зависимости от уровня несбалансированного электропотребления. На основании произведенных расчетов определены параметры и изготовлена физическая модель предлагаемого устройства, эффективность которой доказана путем экспериментальных исследований, произведенных в лабораторных условиях. Эффективность симметрирования достигает 60 %.
Бесплатно
Статья научная
Проблема интенсивного освоения богатств Сибири и Севера стала принципиально актуальной для России в связи с исчерпанием основных разведанных запасов природных ресурсов в ее европейской части. Ускоренное освоение Севера и Арктики, включая побережье и шельф арктических морей, направленное на усиление экономического потенциала России, означает развитие базовых отраслей промышленности (горнодобывающей, нефтяной и газовой) с созданием соответствующей инфраструктуры. По статистике, только около 0,3 % мировых водных ресурсов можно получить из рек, озер или доступных ресурсов подземных вод. Быстрый рост индустриализации, особенно в некоторых частях Азии, приводит к сильному загрязнению рек и водоносных горизонтов из-за нерационального использования имеющихся ресурсов. Благодаря быстрому развитию водного транспорта и интенсивной эксплуатации запасов жидких углеводородов, таких как нефть, растет количество аварий и ЧС, инициирующих загрязнение открытых водоемов. Особенно высок эколого-экономический ущерб от разливов нефтепродуктов во внутренних реках, из-за их особого географического положения и крайней токсичности смеси углеводородов. В связи с этим на первый план выходит задача обеспечения техногенной, экологической и энергетической безопасности сложных технических объектов и циркумполярных регионов в целом. Особую важность приобретает рациональное и экономное расходование нефтепродуктов. Это относится в том числе и ко всем известным видам масел: моторным, индустриальным, компрессорным, трансформаторным, турбинным и другим. Отработанные масла, попадающие в окружающую природную среду, лишь частично удаляются или обезвреживаются в результате природных процессов. Основная их часть является источником загрязнения почв, грунтов, водных объектов и атмосферного воздуха и приводит к нарушению воспроизводства птиц, рыб, млекопитающих, оказывает вредное воздействие на человека. Основной задачей данного исследования, направленного на снижение экологического воздействия на природную окружающую среду промышленных предприятий, является утилизация и переработка всех видов отходов основного производства. Показано, что эффективность утилизации отработанных масел и других нефтепродуктов в условиях Крайнего Севера с учетом защиты окружающей среды требует дифференцированного подхода к проблеме с учётом особенностей климата и доступности арктических территорий, а также использованием кавитационной технологии.
Бесплатно
Формирование осесимметричного закрученного потока в циклонно-вихревом предтопке мощностью 65 МВт
Статья научная
Представлены энергообъекты с котельным оборудованием, оснащенным циклонно-вихревыми предтопками мощностью 65 МВт. Рассмотрены конструктивные отличия циклонно-вихревых предтопков с односторонним и четырехсторонним подводом газообразного топлива в камеру сгорания. Описан принцип работы циклонно-вихревого предтопка и особенности распределения воздушной и газовой сред в камере сгорания. Приведена схема расположения экспериментальных сечений в циклонно-вихревых предтопках для проведения пневмометрических исследований, дан перечень параметров, замеренных при исследованиях, а также информация по режимам и нагрузкам котлов. Показаны результаты пневмометрических исследований. Приведены графики изменения параметров закрученного потока в циклонно-вихревых предтопках при горении и без горения природного газа. Оценено влияние одностороннего и четырехстороннего ввода природного газа в камеру сгорания циклонно-вихревого предтопка на формирование симметричного закрученного потока.Сравнительный анализ параметров закрученного потока показал величину отклонения его аэродинамической оси от геометрической оси камеры сгорания. По профилю изменения тангенциальной составляющей вектора полной скорости отмечены области формирования закрученного потока при горении и без горения газа. Выявлено влияние аксиального ввода воздуха на процесс горения и изменение температуры закрученного потока. Анализ данных по содержанию кислорода и значениям температур «горячего» потока показал области горения и области смешения воздуха и газа в камере сгорания циклонно-вихревого предтопка.Представленные выводы указывают на то, что равномерное распределение газа через все тангенциальные воздушные вводы в процессе горения позволяет интенсифицировать тепло- и массообмен топлива и воздуха и добиться практически полного сгорания газа в объёме камеры сгорания циклонно-вихревого предтопка с последующим догоранием в топке котла.
Бесплатно
Статья научная
Представлены характеристики отождествления данных специального (военного) автоматического зависимого и радиолокационного наблюдений воздушных объектов при их координатно-связном опознавании. Характеристики получены в результате статистического имитационного моделирования алгоритма бесстробового отождествления траекторий, синтезированного по методу, основанному на теории оптимальной фильтрации дискретно- непрерывных марковских случайных процессов. Выполнено сравнение этих характеристик с характеристиками бесстробового и стробового отождествлений при радиолокационном опознавании.
Бесплатно
Статья научная
Выявлены закономерности изнашивания, позволяющие определить работоспособность разработанных полимерных материалов на основе СВМПЭ в подшипниковых узлах трения при изменении режимов эксплуатации. Предельно допустимые режимы эксплуатации материалов подтверждены математическими расчетами.
Бесплатно
Экспериментальное исследование двухфазных термосифонов термоэлектрического блока охлаждения
Статья научная
Проведены экспериментальные исследования теплопередающей способности двухфазных термосифонов, заправленных фреоном 134А. Термосифоны изготовлены из нержавеющей стали, имеют длину 400 мм и внутренний диаметр 10,5 мм, протяженность зоны испарения составляла 200 мм, а длина конденсатора - 60 мм. Приведены данные измерений температурного состояния и теплопередающих характеристик термосифонов в зависимости от передаваемого теплового потока, угла наклона от вертикали и температуры теплоносителя системы теплоотвода.
Бесплатно
Экспериментальное исследование инееобразования в пластинчатом теплообменнике
Статья научная
Представлены результаты исследования инееобразования на поверхности ребер теплообменника при обтекании потоком влажного воздуха. Приведено описание экспериментального стенда и методики проведения экспериментов. Влияние инееобразования на эффективность теплопередачи оценивалось по временным температурным зависимостям в различных точках поверхности ребра. В ходе экспериментов толщина слоя инея и степень перекрытия межреберных промежутков контролировались визуально и с помощью анемометра. Анализ экспериментальных данных выявил особенности образования инея в зависимости от геометрических параметров ребер. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и проектировании теплообменников холодильного оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена экспериментальным исследованиям тепловых и гидравлических характеристик охлаждаемых лопаток газотурбинной энергоустановки. Проанализированы основные факторы, определяющие термонапряженное состояние лопаток, а также их теплогидравлическую эффективность. В качестве объектов рассматривались два варианта конструкции охлаждаемых рабочих лопаток первой ступени газовой турбины Siemens SGT600. По результатам гидравлических исследований установлено, что второй вариант лопатки имеет на 15 % большую пропускную способность в сравнении с первым. По результатам тепловых испытаний с использованием метода калориметрирования в жидкометаллическом термостате определены тепловые характеристики систем охлаждения лопаток. Установлено, что за счет наличия наклонных ребер в канале охлаждения входной кромки лопатки второй конфигурации и изменения соотношения радиусов интенсивность теплообмена увеличивается на 50-60 % в сравнении с первой. Сравнение тепловых потоков в сходственных сечениях лопаток показало, что интенсивность отвода тепла в каналах лопатки второй конфигурации на участке выходной кромки выше, чем в каналах первой лопатки в среднем на 25-40 %. С целью обобщения полученных экспериментальных данных были сформированы критериальные зависимости для расчета локальных коэффициентов теплоотдачи в каналах охлаждения лопаток, которые могут быть использованы для расчетов тепловых полей лопаток и определения запасов прочности в условиях эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Описанный в статье метод относится к построению полосно-пропускающих фильтров (ППФ) сверхвысоких частот (СВЧ) на неоднородных линиях. Этот метод позволяет выбирать структуру и параметры ППФ таким образом, чтобы достичь максимальной протяженности полосы заграждения, удовлетворяющей требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС), при заданных ограничениях на характеристики затухания в полосах пропускания и заграждения, а также учитывать конструктивно-технологические ограничения по перепаду волновых сопротивлений и допускам на изготовление. В статье также представлены результаты экспериментальных исследований характеристик полосно-пропускающих фильтров сверхвысоких частот с широкими полосами заграждения на симметричной полосковой линии. Эти исследования проводились с целью обеспечения электромагнитной совместимости.
Бесплатно
