Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Статья научная
Крайне актуальной научной и технической задачей во все времена развития человечества является задача извлечения энергии во всех её видах и применения энергии всеми возможными способами как для развития человечества, чем занимается разумная его часть, так и для его уничтожения, что является уделом безумной части человечества. Научная мысль человечества всегда работала и работает в направлении понимания сущности энергии. Тенденция развития современного мира медленно, но неуклонно ориентируется в сторону безотходных, безуглеродных возобновляемых источников энергии, таких как солнечное излучение, грунтовые, воздушные и водные тепловые энергетические ресурсы. Перспективный технологический уклад, а именно безуглеродная генерация электрической энергии из низкотемпературных источников (солнечное излучение, воздух, грунт, вода, избыточное тепло АЭС и промышленных комплексов), позволяет обеспечить большую часть мировой потребности в электрической энергии. А для зоны Арктики Северный Ледовитый океан – это океан энергии.
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
Управление мощностью синхронной машины с маховичным накопителем энергии
Статья научная
В работе предложена система управления активной и реактивной мощностью синхронной машины с маховичным накопителем энергии. Система управления активной мощностью учитывает запас кинетической энергии вращения маховика, не имеет обратной связи, не зависит от конструкции синхронной машины, но требует точного учёта параметров маховика и характеристик потерь мощности в накопительном комплексе. Система управления реактивной мощностью основана на математической модели неявнополюсной ненасыщенной синхронной машины, не имеет обратной связи, но учитывает параметры синхронной машины. Полученная система управления проверена на имитационной модели явнополюсной синхронной машины в среде SimInTech. Наибольшая погрешность при задании активной составляющей тока – 2,18 %, наибольшая погрешность при задании реактивной составляющей тока – 38 %, наибольшая угловая погрешность 12°. Предложенная система управления активной мощности может быть использована для управления как серийными явнополюсными и неявнополюсными машинами, так и машинами с постоянными магнитами. Для повышения точности регулирования реактивной мощности возможно применение замкнутой системы управления с обратной связью.
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 рассмотрены механизмы дисперсно-дисперсионного упрочнения наноразмерными частицами хрома композиционного материала с металлической матрицей на основе меди (Cu-MMNCr) без потери электропроводности, из которого изготавливают электроды контактной сварки. Выполнено исследование фракционного состава нанопорошка хрома после помола в планетарно-центробежной мельнице, и предложен способ его введения в медный расплав с помощью таблетированной лигатуры. Равномерное распределение наноразмерных частиц хрома в расплаве достигается перемешиванием частотной модуляцией тока (в интервале 35-40 Гц от рабочей частоты) в переменном электромагнитном поле. Проведен термодинамический анализ образования реакций взаимодействия компонентов расплава в процессе приготовления композиционного материала Cu-MMNCr. Исследовано смачивание наноразмерных частиц хрома и кускового хрома медным расплавом. Рассмотрена модель дисперсно-дисперсионного упрочнения наноразмерными частицами хрома в структурных изменениях композиционного материала с металлической матрицей на основе меди, построенная на гипотезе нечётких множеств. Исследованы механические и электропроводные свойства композиционного материала Cu-MMNCr.
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
Формирование твёрдых растворов меди и молибдена в неравновесных условиях
Статья научная
В статье исследованы процессы структурообразования, протекающие при совместной пластической деформации меди и молибдена. Показано, что в рассматриваемых условиях возможно не только образование твердых растворов в зоне контакта компонентов, но и формирование новых структурных состояний, представляющих собой локализованные икосаэдрические атомные конфигурации.
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
Численное моделирование процесса тепломассообмена в вихревой трубке Ранка-Хилша
Статья научная
В настоящее время остро стоящий вопрос о загрязнении окружающей среды в различных областях промышленности требует усовершенствования ныне действующих технологических процессов, производств и оборудования, а также внедрения новых наукоемких технологий. Результаты проведенных нами исследований позволяют утверждать, что снижение выбросов в окружающую среду и увеличение эффективности производства возможно на базе вихревого эффекта, открытого инженером Ж. Ранком в 1920 году. Показано, что вихревая трубка Ранка-Хилша является перспективным устройством, внедряемым в различные отрасли промышленности.
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 генерации водомасляных эмульсий с помощью микрофлюидного чипа
Статья научная
В работе представлены результаты экспериментальных исследований по отработке способов и режимов получения эмульсий с помощью микрофлюидного чипа. Для получения карты режимов формирования устойчивых эмульсий в широком диапазоне проварьированы значения давлений на входе в каналы для несущей (водной) и дисперсной углеводородной фазы. Рассмотрены варианты получения эмульсий с помощью микрофлюидного чипа как без использования эмульгатора, так и с добавлением 0,5 массового процента ПАВ полисорбата 80. Показано, что введение в водную фазу полисорбата 80 позволяет существенно уменьшить коалесценцию капель углеводородной фазы, что способствует получению устойчивых эмульсий. С помощью плазменной активации поверхности и обработки поливиниловым спиртом проведена гидрофилизация стенок каналов микрофлюидного чипа. Изменение смачиваемости стенок каналов радикально улучшило условия получения устойчивых эмульсий с близким к однородному распределению капель по размерам. В результате систематических экспериментов были установлены диапазоны давлений, в которых такие эмульсии формируются. Гидрофилизация поверхности позволила существенно расширить диапазон параметров генерации устойчивых эмульсий.
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
Экспериментальное исследование электромагнитной обстановки с учетом наложения электромагнитных волн
Статья научная
В статье рассмотрены вопросы оценки электромагнитной обстановки в помещении АПК с установкой для орошения сельскохозяйственных культур. Представлены результаты экспериментальных измерений плотности потока энергии от исследуемой установки. Определены зоны с высоким значением плотности потока энергии, превышающим предельно допустимые уровни. Указаны выражения, используемые для определения интенсивности результирующей электромагнитной волны. Приведен поэтапный процесс получения результирующей волны для каждой стороны установки путем наложения амплитудных значений интенсивности электромагнитного поля для выбранных частотных составляющих. Обоснована практическая ценность рассмотренной методики наложения электромагнитных волн в широком частотном диапазоне для дальнейшего использования полученных результатов при оценке состояния электромагнитной обстановки и обеспечении безопасного пребывания людей вблизи исследуемой установки.
Бесплатно
