Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Статья научная
В работе представлен обзор большинства существующих конструкций силовых стендов на основе качели и упругой мишени, предназначенных для измерения тяги ионных двигателей. Представлено 7 уникальных конструкций стендов качельного типа и 16 конструкций аэродинамических стендов на основе упругой мишени. Представленные качельные стенды охватывают диапазон установившихся тяг от 50 мкН до 1500 мкН и импульсов тяги в диапазоне от 1 мкН·с до 150 мН·с. Стенды на основе упругих мишеней охватывают диапазон установившихся тяг от 3 мкН до 1 Н. Охвачен временной участок с 1972 до 2023 г. Показаны способы регистрации микроперемещений чувствительного элемента, демпфирования паразитных колебаний и калибровки стендов. Представлены данные по погрешностям измерения тяги стендами.
Бесплатно
Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: торсионные маятники
Статья научная
В работе представлен обзор большинства существующих конструкций силовых стендов на основе торсионного маятника, предназначенных для измерения тяги ионных двигателей. Представлено 23 уникальных конструкций стендов, разработанных различными научными группами. Данные стенды охватывают диапазон установившихся тяг от 10 нН до 4,5 Н и импульсов тяги в диапазоне от 1 мкН·с до 10 Н·с. Охвачен временной участок от 1971 до 2019 г. Показаны способы регистрации микроперемещений чувствительного элемента, демпфирования паразитных колебаний и калибровки стендов. Приведены данные по погрешностям измерения тяги стендами.
Бесплатно
Обзор известных силовых способов измерения реактивной тяги ионных двигателей: шарнирные мишени
Статья научная
В работе представлен обзор большинства существующих конструкций силовых стендов на основе шарнирной мишени, предназначенных для измерения тяги ионных двигателей. Представлено 14 уникальных конструкций стендов на основе шарнирной мишени, а также дополнительно добавлены 2 конструкции аэродинамических стендов на основе упругой мишени. Представленные стенды на основе упругой мишени имеют диапазон измерения установившихся тяг от 15 мкН до 300 мН. Стенды на основе шарнирных мишеней охватывают диапазон измеряемых установившихся тяг от 0.2 мкН до 2.5 Н и диапазон измеряемых импульсов тяги от 20 мкН·с до 1 мН·с. Охвачен временной участок от 1982 г. до 2015 г. Показаны способы регистрации микроперемещений чувствительного элемента, демпфирования паразитных колебаний и калибровки стендов. Представлены данные по погрешностям измерения тяги стендами.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен всесторонний обзор и классификация возможных компоновочных решений гибридных систем на основе интеграции твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) и газовых турбин (ГТ). Большинство гибридных систем ТОТЭ/ГТ используют в качестве топлива метан в связи с его доступностью и простотой в обращении в отличие от водорода. Важным элементом конструкции установки является подсистема переработки топлива. Системы ТОТЭ/ГТ направляют часть энергии, вырабатываемой топливным элементом, для осуществления процесса парового риформинга метана. Пар производится в анодном отсеке топливного элемента либо альтернативно во внешнем парогенераторе с использованием тепла выходящих с топливного элемента газов. Большинство проектов гибридных систем ТОТЭ/ГТ, представленных в литературе, работают под давлением, установки в них связаны герметично, что позволяет достичь высокой и сверхвысокой энергоэффективности с относительно низкими капитальными затратами. В гибридных системах с атмосферным давлением установки связаны с помощью системы теплообменников, что обеспечивает их независимость и более простой процесс управления. В статье также исследуются более сложные конфигурации ТОТЭ/ГТ с использованием органического цикла Ренкина, с несколькими топливными элементами и газовыми турбинами, с паровой турбиной, системой охлаждения и др. Устройство и характер взаимосвязей между компонентами гибридной системы оказывают значительное влияние на достижения целевых показателей эффективности по результатам численного моделирования предлагаемых схемных решений.
Бесплатно
Обзор технологий декарбонизации производства тепловой и электрической энергии
Статья научная
В статье представлен обзор зарубежных и отечественных технологий декарбонизации тепловой и электрической энергии. За рубежом данные технологии развиваются более прогрессивно. Технологическим лидером по сокращению выбросов углекислого газа являются США. Наиболее перспективное решение в данном направлении - использование кислородно- топливных энергетических установок нового поколения, среди которых реализуется Allam Cycle, а также циклы SCOC-CC, E-MATIANT, NET Power cycle, Graz cycles, CES cycle. Существуют технологии ССUS, которые включают методики по улавливанию углекислого газа, его транспортировке на судне или по трубопроводу, использованию в качестве ресурса для создания ценных продуктов, а также захоронению глубоко под землей в геологических формациях. Из 27 реализуемых в мире проектов CCUS 78 % связаны с методами увеличения нефтеотдачи, а 67 % - проекты с прямым государственным участием или стимулированием. Перспективным направлением по снижению выбросов углекислого газа является использование топливных элементов. Компания Fuel Cell Energy (США) выступает практически монополистом по крупносерийному производству расплав-карбонатных топливных элементов. Их активные разработки идут в Японии, Южной Корее, США. На территории Российской Федерации технологии декарбонизации с полным выводом углекислого газа не реализованы. Политика декарбонизации осуществляется лишь с помощью внедрения процессов улавливания углекислого газа различными материалами. В статье представлена сводная таблица технологий декарбонизации, реализуемых как за рубежом, так и на территории России. Указаны основные преимущества технологий, их недостатки, реализация и пути финансирования.
Бесплатно
Статья научная
В статье приведены результаты поиска подземных коммуникаций, в частности, канализационных труб, колодца и бетонного лотка с кабельной линией на заасфальтированном участке одной из улиц г. Якутска Республики Саха (Якутия) с помощью метода георадиолокации. Известно, что поиск действующих коммуникаций с помощью данного метода является достаточно сложной задачей для условий старой городской застройки, с погребенными остовами прежних строений, брошенными неисправными трубопроводами и неравномерно распределенными свойствами обследуемых грунтов. В качестве поискового прибора использовался георадар серии«ОКО-2» (группа компаний «ЛогиС-Геотех», Россия) с антенным блоком АБ-250 (центральная частота 250 МГц). Для обработки георадиолокационных данных применено программное обеспечение ПО «GeoScan32», в процессе обработки радарограмм использовали полосовой и режекторный (полосно-заграждающий) фильтры. Наблюдение за изменением времени задержки сигналов, их амплитудой, а также прослеживание осей синфазности позволило выявлять в толще грунтов различные объекты и границы. Отмечено, что все радарограммы насыщены гиперболами - отражениями от локальных объектов и от пересечений различных линейных объектов. Их присутствие, возможно, связано с заброшенными подземными коммуникациями, остатками фундаментов старых строений и прочим техногенным мусором, накопившимся за долгие годы развития города. Положение подземных коммуникаций, выявленных методом георадиолокации, местами подтверждается визуальным наблюдением на местности по проседанию асфальта в окрестности погребенного колодца и по присутствующим на поверхности люкам.
Бесплатно
Статья научная
Актуальность адаптации феноменологического эвристико-эволюционного подхода (метода) оптимизации проф. Г. Е. Каневца (ФЭЭМО.ГЕК) заключается в освоении высокоэффективного метода оптимизации, разработанного для сложных энерготехнологических систем (ЭТС) и позволяющего учитывать особенности работы, режимные параметры объекта (применительно к теплоизоляционным конструкциям стекловаренных печей - ТКСП), а в широком смысле и плавильных агрегатов схожего со стекловаренными печами принципа действия, для которых характерна достаточно высокая вариативность в случае компоновки таких теплоизоляционных конструкций (десятки тысяч вариантов комбинаций) из-за наличия широкой номенклатуры выпускаемых теплоизоляционных и огнеупорных материалов. Возникающая при этом гибкость тепловых режимов направлена в сторону интенсификации процессов плавления. В таких условиях выбор оптимальной ТКСП становится сложной технико-экономической задачей, для решения которой разработан и используется в исследовании аддитивный критерий эффективности.Цель: получение инструментария проведения оптимизационных расчѐтов ТКСП для повышения тепловой эффективности стекловаренных печей, продления срока службы огнеупорных материалов в условиях непрерывного роста стоимости энергоносителей и необходимости повышения качества выпускаемой продукции.Объекты: высокопроизводительные ванные пламенные стекловаренные печи непрерывного действия.Методы: использование теории тепломассообмена; использование вычислительного эксперимента для моделирования процесса коррозионного износа огнеупорных брусьев бокового ограждения печи и работы системы принудительного воздушного охлаждения, методы математического моделирования и анализа.Результаты: адаптирована обобщѐнная схема реализации феноменологического эвристико- эволюционного подхода (метода) применительно к стекловаренным печам, в процессе работы которых происходит коррозионный износ теплоизолированных боковых ограждений и других элементов, контактирующих с высокотемпературным расплавом. Выполнено обоснование использования ФЭЭМО.ГЕК для случаев оптимизации ТКСП.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается математическая модель движения одиночных частиц по наклонным полкам пневматических сепараторов. Отмечается, что в практике подобных аналитических расчетов сила аэродинамического сопротивления воздушного потока движению частиц по наклонной плоскости считается пренебрежительно мала по сравнению с силой трения о поверхность полки. Анализируются результаты имитационных экспериментов расчета конечной скорости схода частиц с полки при варьированных значениях их размеров и коэффициента трения. Проводится обоснование учета силы аэродинамического сопротивления для описания движения частиц в сепараторах не только в свободном потоке, но и при движении их по наклонным полкам. Делается вывод, что для инженерных расчетов можно пренебрегать аэродинамическим сопротивлением среды только для частиц крупнее определенного размера.
Бесплатно
Статья научная
В работе приводятся результаты исследования увеличения адгезионного взаимодействия бутадиенового эластомера с армирующей тканью на основе углеволокна. Повышения адгезии эластомера с углеволокном добивались путем поверхностной обработки армирующей ткани, растворенной резиновой смесью в толуоле и клеем Хемосил. В результате исследования высокомодульных материалов на расслоение эластомера от углеволокна наблюдается повышение прочности адгезии. При обработке хемосилом армирующей ткани разрушение происходит по эластомеру, прочность соединения с углеволокном превышает когезионную прочность эластомера. Увеличение адгезии между армирующим наполнителем и бутадиеновой матрицей приводит к изменению упругопрочностных свойств полученных высокомодульных материалов, происходит увеличение прочности при разрыве, твердости, снижение относительного удлинения и абразивостойкости. Методом электронной микроскопии установлено, что поверхностная обработка углеткани приводит к образованию плотного контакта с эластомерной матрицей. При помощи термомеханического анализа показано, что данные материалы могут эксплуатироваться при отрицательных температурах.
Бесплатно
Определение особенностей горения углей методами термогравиметрического анализа и ИК-спектроскопии
Статья научная
Определены особенности химического состава углей тувинских месторождений и установлены соответствующие возможности их энерготехнологической переработки. Методами ИК-спектроскопии установлено, что в образцах углей Ж1, Ж2, ГЖ количество ароматического углерода (индекс ароматичности AR 1) наиболее высокое, что влияет на воспламеняемость. Угли марок ГЖ и Ж2 имеют высокий показатель конденсированности (fc). Спекаемость образцов углей в ряду Ж1-ГЖ-Ж2-Д-Б закономерно уменьшается. Большей спекаемостью из тувинских месторождений обладают угли Межегейского и Каа-Хемского месторождений. В образцах углей Ж2, Б, Д наблюдаются «плечи» в области ≈ 1730 см-1, которые характерны для C=O валентных колебаний, что свидетельствует о некоторой природноокисленности данных углей и снижении их энергетической ценности. При окислении углей происходит разрушение ароматических структур с образованием низкомолекулярных углеводородов, что, в свою очередь, снижает температуру максимального разложения угля и низшую теплоту сгорания, но увеличивает температуру воспламеняемости топлива из- за кислородсодержащих соединений. Термогравиметрический анализ и дифференциальная сканирующая калориметрия показали, что из тувинских углей образец угля марки ГЖ имеет высокую активность в процессе горения (снижение конечной температуры выгорания и достаточно узкий температурный интервал горения). Угли Ж1, Ж2 менее реакционноспособны.Полученные результаты исследования образцов угля разной стадии метаморфизма говорят о том, что существует возможность управлять технологическим процессом пиролиза или газификации таких углей с учетом особенностей этих углей. Также следует учитывать химический состав и структуру тувинских углей при сжигании их слоевым способом в топках малого объема. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании оборудования для энерготехнологической переработки тувинских углей.
Бесплатно
Статья научная
Для минерально-сырьевой базы металлургии цветных и благородных металлов месторождения полиметаллических руд являются основным источником сырья. На фоне глобальной тенденции к снижению доли богатых руд в общем объеме добычи и переработки и ухудшению качественных характеристик рудного сырья ведется отработка запасов руд, содержащих в виде примесей мышьяк и сурьму. Авторами была изучена возможность применения ASL-технологии при атмосферном давлении для гидрометаллургического кондиционирования низкокачественного медного концентрата. Исследования осуществлялись на флотационном концентрате следующего состава (%): 16,1 Cu; 5,3 Zn; 23,8 Fe; 0,84 Pb; 1,36 As; 0,21 Sb; 1,94 SiO2; 0,82 Al2O3, до 24,0 г/т Ag, до 4,0 г/т Au. В результате выполненных исследований были выявлены особенности поведения благородных металлов в сульфидно-щелочной среде в процессе выщелачивания мышьяково-сурьмянистых концентратов Учалинского ГОКа. Установлена доминирующая роль сульфида натрия при образовании полисульфид- и тиосульфат-ионов, выполняющих роль окислителей золота и серебра. Анализ кинетических показателей свидетельствует о лимитировании процесса выщелачивания благородных металлов скоростью химической реакции при отсутствии внутридиффузионных ограничений, обусловленных возможной пассивацией теннантита, формирующимися вторичными сульфидами меди. Определены минимальные пороговые концентрации сульфида и полисульфидов, при которых возможен переход в раствор выщелачивания золота и серебра: для сульфида более 20 г/л-1, для полисульфидов более 2 М. При проведении ASL-процесса с указанными параметрами кек выщелачивания представляет собой кондиционный медно-цинковый концентрат, содержащий 0,2 % мышьяка и благородных металлов до 100 г/т. Потери благородных металлов в ходе процесса отсутствуют.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены основные показатели, характеризующие работу парокомпрессионных теплонасосных установок (ПКТУ) с термодинамической и экологической точек зрения. В качестве показателей оценки влияния ТНУ на окружающую среду были использованы современные критерии: потенциал глобального потепления (GWP), полный эквивалентный вклад в парниковый эффект (TEWI), влияние на климат за жизненный цикл (LCCP). Проанализирована весомость каждого показателя на примере парокомпрессионного теплового насоса типа «вода-вода», работающего на хладагентах четвертого поколения, а именно на R1234ze, R1336mzz (E), R600a, R744. Отмечена доминирующая роль LCCP при оценке низкоуглеродного холодильного, теплонасосного оборудования и оборудования кондиционирования воздуха.
Бесплатно
Особенности титанатов и ферритов бария-стронция, синтезированных из расплава на солнечной печи
Статья научная
Изучены сегнетокерамический материал на базе титаната и магнитный материал на базе феррита бария и стронция, полученные методом синтеза из расплава на солнечной печи. Выявлен немонотонный характер влияния легирования титаната бария оксидом железа Fe2O3, заключающийся в увеличении диэлектрической проницаемости BaTiO3. Определена оптимальная концентрация легирования оксида железа - 6 мол.%, за превышением которого наблюдается насыщение кривых зависимостей диэлектрических свойств титаната бария. Выявлено, что ферриты бария и стронция проявляют высокотемпературные мультиферроидные свойства.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе рассмотрены особенности управления приводными модулями мобильных робототехнических комплексов в отдельных режимах движения. Современные требования к массе и габаритам мобильных робототехнических комплексов, а также ограниченная мощность источников энергии на их борту создают препятствия для повышения тяговых характеристик приводных модулей. В качестве способа увеличения момента приводных модулей при сохранении мощности приводных двигателей принято изменение передаточного числа механической передачи. Статья отражает результаты проектирования приводных модулей с изменяемым передаточным числом, предназначенных для применения в составе шасси мобильных робототехнических комплексов. Приведены сведения о конструкции приводных модулей. В ходе исследования составлено математическое описание работы приводных модулей для отдельных режимов движения мобильных робототехнических комплексов. Из расчёта режима удержания в неподвижном состоянии на уклоне следует, что оптимальным решением является применение «пониженной» передачи редуктора при номинальном моменте приводного двигателя. По результатам расчёта предельного случая торможения на уклоне сформулированы требования к ограничению максимального момента приводных модулей, которые должны быть реализованы системой управления. Представлено математическое описание блоков, учитывающих нелинейные свойства компонентов приводных модулей. В результате работы определены критерии для построения корректной имитационной модели. Также описаны функции и компоненты системы управления приводным модулем. Сформулированы предложения по оснащению мобильных робототехнических комплексов сенсорами и системой сброса тормозной энергии для реализации функционала приводных модулей.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты исследования влияния параметров электродной структуры встречно-штыревых преобразователей на основные характеристики поверхностных акустических волн (ПАВ) в подложках ниобата лития YZ-среза. В результате численного анализа получены оценки влияния коэффициента металлизации и относительной толщины металлизации на величину эффективной скорости волны и коэффициент отражения. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации конструкций акустоэлектронных компонентов на ПАВ.
Бесплатно
Статья научная
Негативное антропогенное воздействие на окружающую среду в значительной мере оказывает энергетика. Одной из альтернативных технологий по энергообеспечению и снижению влияния на экологию является пиролиз, при котором нагрев сырья осуществляется в бескислородной среде. Для проведения данного процесса необходимо затратить тепловую энергию, величина которой в значительной степени зависит от теплоемкости топлив. Значение теплоемкости зависит от типа сырья, происхождения и т.п., а ее определение осуществляется при наличии определенной приборной базы. В связи с этим в статье рассмотрены значения теплоемкости разных видов биомассы и твердых ископаемых топлив, определенные экспериментально (ЭД) и взятые из литературных источников (ЛД). На основе теплоемкостей рассчитаны тепловые затраты для осуществления процесса пиролиза. Отмечена разница между полученными значениями тепловых затрат на основе ЭД и ЛД, за исключением каменного угля.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены вопросы оценки электромагнитной обстановки в зонах одновременного влияния нескольких разноудаленных от точки контроля и излучающих электромагнитные волны в пределах одной плоскости источников с учетом наложения электрического, магнитного и электромагнитного полей в широком частотном диапазоне от 3 Гц до 300 ГГц. Представлен анализ общепринятых подходов к наложению электромагнитных волн. Рассмотрена методика определения суммы гармонических волн и результирующей амплитуды наложенных частотных составляющих электрического, магнитного и электромагнитного полей в рассматриваемых условиях влияния. Приведены выражения для расчета суммы гармонических волн и результирующей амплитуды составляющих электромагнитного поля в широком диапазоне от декамегаметровых до миллиметровых волн в зонах одновременного влияния двух источников, излучающих волны в пределах одной плоскости. Описан поэтапный процесс наложения гармонических электромагнитных волн. Показан алгоритм наложения электромагнитных полей в диапазоне частот до 300 ГГц. Представлены результаты экспериментальных измерений напряженности электрического поля наибольшей интенсивности в частотном диапазоне 10- 160 кГц от системы управления микроклиматом и электрической панели, расположенных в производственном помещении. Приведена картина наложения частотных составляющих электрического поля, полученных на первом этапе расчета с использованием разработанного программного обеспечения.
Бесплатно
Оценка эффективности высокочастотных методов определения расстояния в условиях шахт
Статья научная
В статье рассматриваются методы определения расстояния с использованием электромагнитных волн С-диапазона (4-8 ГГц) в условиях шахт. Представлен анализ распределения напряженности электрического поля дипольной антенны, установленной на кузов грузовой машины, в горных выработках с переменными свойствами горных пород. Дана характеристика негативных факторов, влияющих на точность определения расстояния методом Time-of-Flight (ToF). Также проведена экспериментальная оценка расстояния между двумя UWB модулями.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье определен и обоснован показатель эффективности групповых действий истребителей в виде среднего числа сохраненных истребителей в процессе группового воздушного противоборства. На основе модели динамики средних установлена зависимость данного тактического показателя эффективности групповых действий от технического показателя эффективности функционирования бортовой радиолокационной системы в условиях непреднамеренных помех в виде реализуемого коэффициента подавления бортовой радиолокационной системы и подхода, основанного на распределении частных тактических задач между истребителями группы. Проведены расчеты и моделирование, свидетельствующие о повышении эффективности групповых действий истребителей при распределении задач атакующего истребителя и истребителя прикрытия в составе группы и учете данных задач в процессе наведения.
Бесплатно
Статья научная
В статье приведен анализ эффективности метода определения расстояния между подвижными объектами в виде техники и персонала для целей предотвращения столкновений с использованием низкочастотных магнитных полей. Авторами сделаны оценки влияния геологии горных выработок, поверхности земли и транспорта на магнитное поле магнитного транспондера в VLF и LF диапазоне. Сформировано конструкторское решение для определения расстояния методом RSSI и получены экспериментальные результаты.
Бесплатно
