Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
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
В свете отказа ряда стран от атомной и угольной генерации и роста зависимости от природного газа, приводящего к удорожанию сырья, уголь рассматривается как перспективное сырье для химической промышленности. В данной работе проведен комплексный анализ некондиционных бурых углей месторождений Итатское, Караканское, Сарыкольское, Мунайское и Черногорское с целью оценки их пригодности для углехимической переработки. Исследование включало технический и элементный анализы, термогравиметрический анализ (ТГ/ДСК) в инертной (аргон) среде, ИК‑спектроскопию. Определены технические характеристики углей, а также такие параметры, как атомное отношение Н/С, соотношение алифатических и ароматических структур, относительная максимальная скорость пиролиза и энергия активации процесса терморазложения, на основании которых высказано предположение о применимости рассматриваемых углей к углехимическому использованию. Установлено, что бурые угли Итатского и Мунайского месторождений обладают наименьшей термической стабильностью (наиболее низкие температуры максимума скорости разложения), наибольшими потерями массы при пиролизе в инертной среде (47,3 и 38,7 %), высокими значениями Н/С (0,93 и 1.01) и соотношением алифатических и ароматических структур 0,68 и 0,42, что указывает на их наибольшую перспективность из рассматриваемых углей для получения жидких продуктов. Уголь Сарыкольского месторождения признан наименее пригодным для гидрогенизационной переработки и рекомендован к рассмотрению в технологии получения газообразного топлива.
Бесплатно
Оптимизация контура регазификации криопродукта, работающего по двухкаскадному циклу Ренкина
Статья научная
В работе представлены результаты комплексного исследования, направленного на оптимизацию контура регазификации криопродукта (жидкого воздуха) для криогенных систем накопления энергии (КСНЭ), работающего на основе двухкаскадного замкнутого цикла Ренкина. Актуальность работы обусловлена растущей ролью КСНЭ в контексте интеграции возобновляемых источников энергии и необходимостью повышения эффективности и экономичности низкотемпературных энергетических установок. Научная новизна исследования заключается в разработке и применении методологии многокритериальной оптимизации по Парето для сложной двухконтурной термодинамической системы. В работе одновременно учитывались термодинамические (мощность, термический и эксергетический КПД) и экономические (капитальные затраты) критерии эффективности. Это позволило выявить не просто энергетически оптимальные, но и технико-экономически обоснованные конфигурации установки. В ходе исследования была разработана детализированная расчетная модель двухкаскадной системы, включающая термодинамический анализ узловых точек, энергетический баланс, расчет теплообменных аппаратов и эксерго-экономический анализ. Оптимизационный алгоритм, реализованный на языке Python, позволил получить фронт Парето, отображающий компромисс между выходной мощностью и стоимостью установки.
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
Основные подходы прогнозирования выработки ветровых электростанций и их результативность
Статья научная
В статье проводится анализ основных методологических подходов к прогнозированию выработки электроэнергии ветровыми электростанциями (ВЭС). Модели прогнозирования классифицируются по временным горизонтам (краткосрочные прогнозы и прогнозы среднемноголетней выработки) и методологии их построения (физические, статистические и гибридные методы). Физические модели основываются на численных прогнозах погоды (ЧПП) и характеристиках ВЭС (включающих характеристики оборудования ВЭС; описание площадки ВЭС; схему размещения ВЭУ на площадке ВЭС и т.д.), не требуют обучения на исторических данных и обеспечивают высокую точность при среднесрочном и долгосрочном прогнозировании. Статистические модели используют регрессионные методы и методы машинного обучения для выявления закономерностей между множеством влияющих переменных, что делает их наиболее эффективными для краткосрочных прогнозов, однако они требуют больших объемов качественных данных. Гибридные модели объединяют преимущества физических и статистических методов, включая современные подходы, такие как ансамблевое обучение и нейросетевые алгоритмы, что позволяет повысить точность прогнозов и их адаптивность. В статье представлен обзор современных исследований в области прогнозирования выработки электроэнергии ВЭС и ключевые метрики оценки точности прогнозов. Отмечены основные проблемы, связанные с обработкой данных, необходимостью стандартизации подходов к оценке моделей, а также перспективные направления развития прогнозных методов с учетом современных вычислительных возможностей и увеличения доступных объемов данных.
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
Оценка жаропроизводительности трёхкомпонентного водоугольного топлива (ВУТ) для котельных агрегатов
Статья научная
В работе предлагается аналитически- эмпирическая методика оценки жаропроизводительности трёхкомпонентного водоугольного топлива, содержащего угольную дисперсную фракцию, воду и жидкое топливо (мазут) в качестве энергоносителя-добавки для улучшения воспламеняемости. Рассматриваются зависимости тепловыделения, температура продуктов, коэффициенты сгорания и динамика горения. Получены формулы для расчёта удельной теплоты, коэффициента пересчёта на эффективную тепловую мощность и скорости горения. Проведены модельные расчёты и построены графики зависимости тепловой мощности от состава топлива.
Бесплатно
Статья научная
Необходимость увеличения ресурсной базы металлургических компаний, эксплуатирующих головные агрегаты автогенного типа, привела к широкому использованию в рамках рециклинга металлсодержащих материалов, имеющих техногенную природу. К ним можно отнести продукты флотационного обогащения металлургических шлаков, оборотные материалы плавильных агрегатов. Такая ситуация обусловила серьёзные технологические сбои в устойчивом ведении процесса в автогенных плавильных агрегатах - печах взвешенной плавки и печах плавки в жидкой ванне. Переработка низкоавтогенного сырья приводит к существенному изменению теплового режима работы печей, для нормализации которого требуется получение более богатых штейнов, сжигание повышенного количества топлива и работа на более высоком обогащении дутья, что создаёт трудности в управлении технологическим процессом, более выраженные при плавке во взвешенном состоянии, нежели в печах Ванюкова. Очевидно, что эти различия определяются тепловой работой обоих агрегатов, а именно дефицитом тепла, возникающим в процессе плавки. Это, в свою очередь, с большой долей вероятности определяется конструктивными различиями обоих агрегатов. С целью определения особенностей эксплуатации обоих агрегатов при переработке в них автогенного сырья необходимо провести расчёты тепловых балансов обоих процессов на одинаковых составах низкоавтогенного сырья, с учётом всех статей расхода тепла в процессе, полученных при реальных измерениях на промышленных агрегатах
Бесплатно
Статья научная
Актуальность предлагаемой тематики обусловлена объективным наличием симметричных составляющих обратной и нулевой последовательностей токов и напряжений основной частоты напряжения электропитания (50 Гц), а также дополнительных симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей токов и напряжений, обусловленных эмиссией высших гармонических составляющих (кратных основной частоте напряжения электропитания), циркулирующих в низковольтных электрических сетях уровня 0,4 кВ. Указанные симметричные составляющие снижают качество электрической энергии, затрудняя (а иной раз и останавливая) работу электроприемников в составе технологических установок товарного производства, потребителей административно-хозяйственного комплекса и коммунально-бытового хозяйства, а также в значительной степени увеличивают расход и потери электрической энергии. При этом выделяющаяся дополнительная тепловая энергия разрушает изоляцию электроустановок и токопроводов, в результате чего могут возникать пожары, угрожающие жизни и здоровью граждан, вызывающие огромный материальный ущерб. Кроме того, несбалансированность электропотребления, вызванная несимметричными режимами работы при неравномерном распределении нагрузок по фазам электрических сетей, приводит к перегреву токопроводов линий электропередачи, их разбалансировке, что способствует возникновению различного рода аварийных ситуаций, нарушая надежность электропередачи, вызывая значительный недоотпуск электрической энергии потребителям. Целью статьи является разработка метода и инструментария расчета несбалансированных режимов работы электрических сетей уровня 0,4 кВ, обусловленных несимметрично-несинусоидальным электропотреблением. Результаты произведенных исследований заключаются в возможности определения расчетных значений показателей небаланса режимов на основе использования предлагаемого программного обеспечения расчетов.
Бесплатно
