Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
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 взаимного местоположения беспилотных воздушных судов, действующих в составе группы
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы навигационного обеспечения беспилотных воздушных судов (БВС) для их применения в составе организованных групп. Для реализации синергетического эффекта при групповом применении БВС требуется высокая точность позиционирования каждого члена в составе группы. Анализ точностных характеристик существующих бортовых навигационных систем свидетельствует, что ни одна из них в полном объеме не удовлетворяет современным требованиям для организации совместных действий нескольких БВС в составе организованной группы. Целью данной работы является разработка нового подхода к определению местоположения БВС в группе относительно БВС‑лидера, основанного на высокоточном измерении расстояний и пеленгов между БВС. Для измерения расстояний между БВС предложен метод симметричного двустороннего двунаправленного измерения, который отличается высокой точностью и не требует синхронизации опорных генераторов аппаратов в группе. Этот метод основан на измерении времени распространения радиосигнала между приемо-передатчиками, которыми оснащены БВС, в ходе симметричной двусторонней передачи сигнала. Определение азимута β и угла места α источника сигнала, излучаемого БВС‑лидером, осуществляется при помощи антенной решетки, размещенной на БВС. Достижение требуемых показателей точности измерения угловых координат и разрешающей способности предлагается за счет применения методов сверхразрешения MUSIC. По результатам работы предложен способ совместного использования метода симметричного двустороннего двунаправленного измерения расстояния и метода сверхразрешения MUSIC, который позволяет с высокой точностью определять местоположение одного БВС относительно другого.
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
Отмечено, что спиновый магнитный поток электрона, являясь основой собственного магнитного поля ферромагнетиков, до сих пор не установлен. Считается, что квант магнитного потока создается исключительно куперовскими парами, что он вдвое меньше кванта Ф. Лондона и со спинами электронов не связан. Цель исследования заключается в установлении спинового магнитного потока электрона. Проблема при этом заключается в том, что общепринятая концепция спина электрона не позволяет его вычислить, что связано с неопределенностью структуры электрона. Задача работы поэтому состоит в принятии дополнительных временных (рабочих) допущений.
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 синтеза феррита кобальта на солнечной печи
Статья научная
Методом синтеза из расплава на солнечной печи может быть получен материал СоFe2O4 со структурой шпинели Fd3m сингонии с параметром элементарной ячейки a = 8,39 Å. Показано, что такой материал проявляет стойкость к воздействию водяных паров, имеет низкое водопоглощение. Выявлено, что механизм электрической проводимости перовскитового материала состава СоFe2O4 является электронным и связан с прыжками поляронов. Сделано предположение о том, что CoFe2O4 может быть использован как катализатор при получении синтез-газа. В результате проделанной работы получена зависимость выхода синтез-газа от массы катализатора. При некаталитической газификации шелухи риса выход газообразных продуктов составил 34 %, а твердый остаток образовался в количестве 37 %. В случае каталитической газификации наблюдается увеличение выхода газовой фазы до 60 %. Также наблюдается ускорение процесса газификации.
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
Особенности электропередачи в электрических сетях ПАО «Россети Юга» – «Ростовэнерго»
Статья научная
Целью научной статьи является исследование транспорта электрической энергии по электрическим сетям одного из филиалов ПАО «Россети Юга» – «Ростовэнерго». В статье проанализировано современное состояние электрических сетей, приведена балансовая характеристика по передаче электрической энергии в сети и из сетей компании, а также уровень транспортных потерь в этих электрических сетях. В соответствии с поставленными задачами произведен анализ аварийных отключений в исследуемых сетях за период 2018–2024 гг., а также количества недопоставленной электрической энергии и соответствующего экономического ущерба, как следствия произошедших отказов в этих сетях. В результате произведенного анализа установлено, что за указанный интервал произошло 42042 аварийных отключения, в результате которых недоотпуск электроэнергии составил 19821,34 тыс. кВт·ч., приведший к экономическому ущербу в размере 664986,81 тыс. руб. Определены наиболее характерные группы причин, по которым происходили указанные аварийные отключения. Установлено, что на долю всего двух групп приходится почти 77 % всего количества отказов по установленным причинам. На основе динамики развития аварийных ситуаций по установленным трём группам причин произведена прогностическая оценка возникновения отказов в исследуемых сетях на кратковременную перспективу. На основе использования технологий графического редактора MATLAB получены диаграммы, визуализирующие характер изменения исследуемых параметров в электрических сетях компании. На основе произведенных исследований сформулированы рекомендации для руководства компании по повышению эффективности электропередачи. Полученные результаты могут представлять интерес для руководителей соответствующих служб электросетевых компаний, а также научных работников, занимающихся исследованиями в области повышения уровня надежности электроснабжения.
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
Оценка влияния изменения режимных параметров органического цикла Ренкина при изменении внешних
Статья научная
Цель. Определить влияние изменения внешних параметров на режимные параметры работы технологии органического цикла Ренкина.
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
