Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Теплотехнический расчет свайного фундамента на вечномерзлых грунтах
Статья научная
Современные исследования свидетельствуют о росте температуры воздуха в арктической зоне, что приводит к увеличению протаивания и деградации вечномерзлых грунтов. Исследования несущей способности свайных фундаментов и деформаций основания зданий в городе Норильске показывают, что деградация вечномерзлых грунтов приводит к рискам для существующей инфраструктуры. Однако помимо изменений климата неправильная эксплуатация зданий и городских сетей также играет значительную роль в деформациях фундаментов и нарушении инфраструктуры. В работе приведены результаты численного расчета температурного распределения по свае и грунту вдали от свайного поля через 10 лет эксплуатации нового здания. Результаты показывают, что наличие свай в грунте снижает его температуру из-за более высокой теплопроводности железобетона и, как следствие, способствует стабилизации температуры грунта под зданием. Расчеты не подтверждают растепление многолетнемерзлых грунтов, вызванное фундаментом здания. Основной причиной деградации грунтового основания под зданием может стать нарушение нормальной эксплуатации здания и инженерных систем.
Бесплатно
Статья
В настоящее время энергетика, в том числе коммунальная энергетика, потребляет значительное количество первичных и воспроизведенных энергетических ресурсов. Вследствие чего она является значимым источником выделения соответствующего количества парниковых газов и низкопотенциальных тепловых выбросов в окружающую среду. Этот аспект негативного влияния коммунальной энергетики сохранится до тех пор, пока мы не изменим общего и методического подхода к проблемам энергоснабжения зданий и коммунально-бытовых объектов и энергоснабжения вообще. Одним из новых подходов при этом может быть названо применение для указанных целей повсеместно присутствующих возобновляемых энергетических ресурсов, таких как солнечная энергия, ее производная - ветровая энергия и другие виды низкопотенциальных тепловых энергий окружающей среды. Этот подход, в общем-то, не новый, но тем не менее здесь имеется целый ряд проблем, связанных с их энергетической интенсивностью, приципом и способом преобразования и масштабом применения. В данной работе затронуты некоторые природно-климатические, энергетические и теплофизические аспекты проблем на примере Монголии, даны краткие характеристики резкоконтинентальности климатических условий Монголии, ресурсов солнечной и геотермальной энергии. Приведены энергетические и теплофизические аспекты использования возобновляемых энергоресурсов в условиях холодного климата, карта зонирования территории Монголии по градус-дню отопления и результаты некоторых расчетных и экспериментальных исследований по применению солнечного и геотермального обогрева зданий. В докладе для оценки эффективности солнечного и геотермального теплоснабжения в качестве показателя выдвинуто соотношение числа градус-дня отопления и прихода суммарной солнечной радиации за год для данной местности. В соответствии с картой зонирования территории Монголии по эффективности использования солнечного отопления зданий выделены четыре зоны.
Бесплатно
Технологические подходы к энергетическому использованию местных низкосортных топлив
Статья научная
Использование местных топливных ресурсов является одним из директивно обозначенных и обсуждаемых путей повышения энергетической безопасности и формирования экономически обоснованных топливно-энергетических балансов регионов Российской Федерации. Для территорий, обладающих локальными проявлениями запасов бурых углей, этот вид ископаемого топлива при наличии благоприятствующих условий имеет преимущественное значение. На примере Таловского месторождения Томской области рассмотрены технически осуществимые варианты вовлечения низкосортных топлив в использование на тепловых электростанциях региона, а также на энергетических объектах промышленного и муниципального назначения. Приоритетным условием реализации всех вариантов, включая сжигание местного угольного топлива «с колёс», в смеси с базовым топливом, поставляемым в регион, в смеси с продуктами термической переработки и др., принято отсутствие или минимизация затрат на реконструкцию действующего основного и вспомогательного оборудования. Для каждой из обсуждаемых технологий обозначены ограничения, которые накладываются свойствами используемого топлива.
Бесплатно
Статья научная
Целью научной статьи является разработка технологии оценки несбалансированных режимов в компонентах систем электроснабжения напряжением 0,4 кВ и способа минимизаций последствий этих режимов. Установлено, что несбалансированность режимов работы исследуемых электрических сетей обусловлена несимметрией и несинусоидальностью трёхфазной системы напряжения электропитания. Возникающие при этом дополнительные симметричные составляющие обратной и нулевой последовательности, обусловленные основной частотой, а также составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, обусловленных эмиссией высших гармонических составляющих, вызывают ухудшение качества электрической энергии и возрастание потерь электрической энергии. Разработано универсальное балансирующее устройство, позволяющее в автоматическом режиме в каждый момент времени изменять свои параметры, в зависимости от изменяющегося уровня несбалансированного электропотребления. За счет этого происходит значительное улучшение показателей качества электрической энергии и более чем на 50 % снижаются потери электроэнергии. В качестве методологической базы исследования использовались разработанные автором методы оценки несбалансированных режимов при интеграции в электрическую сеть предлагаемой модели балансирующего устройства. На основе представленных алгоритмов расчета предложено разработанное программное обеспечение расчетов несбалансированных режимов. В качестве апробации полученных результатов произведено имитационное моделирование подключения балансирующего устройства в действующую систему цехового электроснабжения одного из промышленных предприятий, которое доказало эффективность использования полученных результатов исследования.
Бесплатно
Тяговые и топливно-экономические свойства автобусов, работающих на сжатом природном газе
Статья научная
Использование сжатого природного газа в качестве моторного топлива является наиболее доступным и современным решением энергоэкологических проблем автомобильного транспорта. Эксплуатация городских автобусов на сжатом природном газе способствует значительному снижению вредных воздействий на городскую окружающую среду. Известно, что тягово-скоростные, топливно-экономические и экологические свойства транспортных средств во многом зависят от эксплуатационных свойств используемого вида моторного топлива. В этой связи изучение сравнительных тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических свойств транспортных средств может обосновать выбор того или другого типа (марки) городского автобуса, работающего на сжатом природном газе. В данной статье приведены результаты научных исследований тягово-скоростных, топливно-экономических и экологических свойств автобусов, работающих на сжатом природном газе.
Бесплатно
Улучшение качества управления генераторами малых ТЭЦ в условиях пониженного качества электроэнергии
Статья научная
Создание в зданиях производственных котельных небольших по мощности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), обеспечивающих комбинированное производство электрической и тепловой энергии, позволяет повысить эффективность электроэнергетического производства. Сказанное в полной мере относится к стационарной энергетике железнодорожного транспорта. Однако из-за влияния однофазной и нелинейной тяговой нагрузки системы электроснабжения железных дорог (СЭЖД) переменного тока характеризуются пониженным качеством электроэнергии по отклонениям напряжений, несимметрии и гармоническим искажениям. Поэтому для обеспечения надежного функционирования генераторов мини-ТЭЦ требуется разработка специальных методов и средств, а также применение эффективных алгоритмов автоматического регулирования напряжения и частоты. Применение мини-ТЭЦ в системах электроснабжения позволяет эффективно регулировать напряжения и частоту в узлах нагрузки. Однако при этом возникает задача настройки автоматических регуляторов, предназначенных для управления возбуждением генераторов и частотой вращения турбин. Для ее решения могут эффективно использоваться прогностические алгоритмы, что позволяет ускорить процесс ввода в эксплуатацию мини-ТЭЦ. В статье приводится описание моделей самонастраивающихся прогностических регуляторов напряжения и частоты турбогенераторных установок, работающих в СЭЖД с двигательной нагрузкой. Результаты компьютерного моделирования показали, что применение таких регуляторов улучшает процессы регулирования параметров в переходных режимах; при этом дополнительно улучшается качество электроэнергии по несимметрии и несинусоидальности.
Бесплатно
Управление динамическим поведением протяженной балки посредством закреплений с учетом температуры
Статья научная
Динамическое поведение балочных конструкций при переменных нагрузках во многом определяется спектром их собственных частот изгибных колебаний, в котором обычно наиболее опасной является первая собственная частота. Изменение температуры закрепленной балки приводит к появлению продольной силы, которая смещает спектр собственных частот изгибных колебаний в опасную резонансную область и может даже привести к потере устойчивости при достижении ею критического значения. Эффективным способом управления динамическим поведением балки является обоснованный выбор системы опор, однако в известной литературе практически не рассматривается такой проектный подход. В данной работе предлагается методика обоснованного выбора схемы закрепления для прямолинейных многоопорных балок с целью обеспечения заданных значений первой частоты собственных изгибных колебаний и первой критической нагрузки от действия осевой силы, вызванной изменением температуры балки. Методика основана на известных положениях теории колебаний балок, теории устойчивости по Эйлеру и использует в качестве критерия выбора схемы закрепления коэффициенты опор, которые предварительно нормируются для достижения сопоставимых значений. Выбранная схема обеспечивает заданное значение первой собственной частоты колебаний, величину первой критической температуры или одновременно оба условия работоспособности. Согласно разработанной методике выполнены сравнительные расчеты прямого трубопровода методом конечных элементов для балочной и оболочечной моделей, которые показали хорошую сходимость результатов по всем контролируемым параметрам. Предложенный подход может быть использован при проектировании конструкций протяженных балочных конструкций для управления любой их собственной частоты спектра колебаний и критической силы (или температуры) посредством обоснованного выбора соответствующей системы опор.
Бесплатно
Статья научная
Потери из-за снижения напряжения в линии постоянного тока оказывают значительное влияние на точное управление потоком мощности в многотерминальных системах ПИН-ВППТ с использованием управления напряжением на шинах постоянного тока. Когда управление напряжением на шинах постоянного тока используется в многотерминальных системах ПИН- ВППТ, из-за неравных напряжений на шинах постоянного тока снижения напряжения в линии постоянного тока возникают большие отклонения потока мощности. Потери мощности в линии постоянного тока и в преобразователях также вызывают отклонения потока мощности в сети постоянного тока от желаемого значения. Для точного управления потоком мощности в сети постоянного тока необходимо устранить отклонения мощности, возникающие из-за каждого из этих факторов. При моделировании пятитерминальной системы ПИН-ВППТ в Matlab/ Simulink показано, как добиться точного управления потоком мощности в системе с учетом снижения напряжения постоянного тока и потерь мощности в линии постоянного тока (учет потерь мощности преобразователя выходит за рамки данной статьи).
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы влияния несбалансированного электропотребления на уровень несимметрии токов и напряжений в низковольтных системах электроснабжения и их компонентах. Доказано, что возникающая несимметрия трехфазной системы напряжения электропитания оказывает негативное влияние на показатели, характеризующие качество электрической энергии, а несимметрия токов в этих системах влечет за собой увеличение потерь мощности и энергии, что сопровождается увеличенным электропотреблением, повышением тепловой нагрузки, являющимся причиной возникновения пожаров, а также снижением уровня надежности электроснабжения. В качестве наиболее эффективного средства минимизации последствий несимметричных режимов предлагается новое техническое средство с автоматическим изменением его мощности за счет саморегулируемой индуктивности в зависимости от уровня несбалансированного электропотребления. На основании произведенных расчетов определены параметры и изготовлена физическая модель предлагаемого устройства, эффективность которой доказана путем экспериментальных исследований, произведенных в лабораторных условиях. Эффективность симметрирования достигает 60 %.
Бесплатно
Статья научная
Проблема интенсивного освоения богатств Сибири и Севера стала принципиально актуальной для России в связи с исчерпанием основных разведанных запасов природных ресурсов в ее европейской части. Ускоренное освоение Севера и Арктики, включая побережье и шельф арктических морей, направленное на усиление экономического потенциала России, означает развитие базовых отраслей промышленности (горнодобывающей, нефтяной и газовой) с созданием соответствующей инфраструктуры. По статистике, только около 0,3 % мировых водных ресурсов можно получить из рек, озер или доступных ресурсов подземных вод. Быстрый рост индустриализации, особенно в некоторых частях Азии, приводит к сильному загрязнению рек и водоносных горизонтов из-за нерационального использования имеющихся ресурсов. Благодаря быстрому развитию водного транспорта и интенсивной эксплуатации запасов жидких углеводородов, таких как нефть, растет количество аварий и ЧС, инициирующих загрязнение открытых водоемов. Особенно высок эколого-экономический ущерб от разливов нефтепродуктов во внутренних реках, из-за их особого географического положения и крайней токсичности смеси углеводородов. В связи с этим на первый план выходит задача обеспечения техногенной, экологической и энергетической безопасности сложных технических объектов и циркумполярных регионов в целом. Особую важность приобретает рациональное и экономное расходование нефтепродуктов. Это относится в том числе и ко всем известным видам масел: моторным, индустриальным, компрессорным, трансформаторным, турбинным и другим. Отработанные масла, попадающие в окружающую природную среду, лишь частично удаляются или обезвреживаются в результате природных процессов. Основная их часть является источником загрязнения почв, грунтов, водных объектов и атмосферного воздуха и приводит к нарушению воспроизводства птиц, рыб, млекопитающих, оказывает вредное воздействие на человека. Основной задачей данного исследования, направленного на снижение экологического воздействия на природную окружающую среду промышленных предприятий, является утилизация и переработка всех видов отходов основного производства. Показано, что эффективность утилизации отработанных масел и других нефтепродуктов в условиях Крайнего Севера с учетом защиты окружающей среды требует дифференцированного подхода к проблеме с учётом особенностей климата и доступности арктических территорий, а также использованием кавитационной технологии.
Бесплатно
Формирование осесимметричного закрученного потока в циклонно-вихревом предтопке мощностью 65 МВт
Статья научная
Представлены энергообъекты с котельным оборудованием, оснащенным циклонно-вихревыми предтопками мощностью 65 МВт. Рассмотрены конструктивные отличия циклонно-вихревых предтопков с односторонним и четырехсторонним подводом газообразного топлива в камеру сгорания. Описан принцип работы циклонно-вихревого предтопка и особенности распределения воздушной и газовой сред в камере сгорания. Приведена схема расположения экспериментальных сечений в циклонно-вихревых предтопках для проведения пневмометрических исследований, дан перечень параметров, замеренных при исследованиях, а также информация по режимам и нагрузкам котлов. Показаны результаты пневмометрических исследований. Приведены графики изменения параметров закрученного потока в циклонно-вихревых предтопках при горении и без горения природного газа. Оценено влияние одностороннего и четырехстороннего ввода природного газа в камеру сгорания циклонно-вихревого предтопка на формирование симметричного закрученного потока.Сравнительный анализ параметров закрученного потока показал величину отклонения его аэродинамической оси от геометрической оси камеры сгорания. По профилю изменения тангенциальной составляющей вектора полной скорости отмечены области формирования закрученного потока при горении и без горения газа. Выявлено влияние аксиального ввода воздуха на процесс горения и изменение температуры закрученного потока. Анализ данных по содержанию кислорода и значениям температур «горячего» потока показал области горения и области смешения воздуха и газа в камере сгорания циклонно-вихревого предтопка.Представленные выводы указывают на то, что равномерное распределение газа через все тангенциальные воздушные вводы в процессе горения позволяет интенсифицировать тепло- и массообмен топлива и воздуха и добиться практически полного сгорания газа в объёме камеры сгорания циклонно-вихревого предтопка с последующим догоранием в топке котла.
Бесплатно
Статья научная
Представлены характеристики отождествления данных специального (военного) автоматического зависимого и радиолокационного наблюдений воздушных объектов при их координатно-связном опознавании. Характеристики получены в результате статистического имитационного моделирования алгоритма бесстробового отождествления траекторий, синтезированного по методу, основанному на теории оптимальной фильтрации дискретно- непрерывных марковских случайных процессов. Выполнено сравнение этих характеристик с характеристиками бесстробового и стробового отождествлений при радиолокационном опознавании.
Бесплатно
Статья научная
Выявлены закономерности изнашивания, позволяющие определить работоспособность разработанных полимерных материалов на основе СВМПЭ в подшипниковых узлах трения при изменении режимов эксплуатации. Предельно допустимые режимы эксплуатации материалов подтверждены математическими расчетами.
Бесплатно
Экспериментальное исследование двухфазных термосифонов термоэлектрического блока охлаждения
Статья научная
Проведены экспериментальные исследования теплопередающей способности двухфазных термосифонов, заправленных фреоном 134А. Термосифоны изготовлены из нержавеющей стали, имеют длину 400 мм и внутренний диаметр 10,5 мм, протяженность зоны испарения составляла 200 мм, а длина конденсатора - 60 мм. Приведены данные измерений температурного состояния и теплопередающих характеристик термосифонов в зависимости от передаваемого теплового потока, угла наклона от вертикали и температуры теплоносителя системы теплоотвода.
Бесплатно
Экспериментальное исследование инееобразования в пластинчатом теплообменнике
Статья научная
Представлены результаты исследования инееобразования на поверхности ребер теплообменника при обтекании потоком влажного воздуха. Приведено описание экспериментального стенда и методики проведения экспериментов. Влияние инееобразования на эффективность теплопередачи оценивалось по временным температурным зависимостям в различных точках поверхности ребра. В ходе экспериментов толщина слоя инея и степень перекрытия межреберных промежутков контролировались визуально и с помощью анемометра. Анализ экспериментальных данных выявил особенности образования инея в зависимости от геометрических параметров ребер. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и проектировании теплообменников холодильного оборудования.
Бесплатно
Статья научная
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
Экспериментальные исследования макета радиолокационной станции вертикального зондирования
Статья научная
Одной из проблем современных радиотехнических войск страны является невозможность обнаружения маловысотных малоразмерных воздушных объектов над позицией радиотехнического подразделения, что обусловлено наличием мертвой воронки зон обнаружения обзорных РЛС. Решением данной проблемы может быть применение мобильных малогабаритных РЛС вертикального зондирования. В статье приведены состав и структура макета РЛС ВЗ с малоэлементной антенной решеткой, а также результаты его экспериментальных исследований. В ходе проведения экспериментов было исследовано влияние структуры зондирующего сигнала на качество получаемой информации. В качестве зондирующих сигналов были использованы обыкновенные радиоимпульсы, 7- и 13-разрядные коды Баркера с изменением несущей частоты от 48 до 55 МГц, длительности сигнала от 1 до 10 мкс и периода повторения от 10 до 300 мкс. Анализ результатов обработки выборок отраженных сигналов по дальности показал реальные мощные отражения сигнала от подстилающей поверхности и приземного облачного слоя, а также небольшие по мощности отражения от неоднородностей атмосферы и воздушных объектов, которые и представляют научный интерес. В процессе натурных испытаний был обнаружен трассовый самолет, измерены его текущие координаты, составлен радиолокационный портрет воздушного судна. Результаты экспериментальных исследований позволили сделать вывод о перспективности применения РЛС ВЗ для обнаружения маловысотных малоразмерных воздушных объектов и исследования атмосферы. Макет РЛС ВЗ показал свою работоспособность и имеет большой технический потенциал по дальнейшему улучшению характеристик.
Бесплатно
Экспериментальные исследования на физической модели МГД-насоса жидкого металла
Статья научная
В данной статье описаны результаты исследований, проведенных на физической модели плоского линейного индукционного МГД-насоса с перекрещивающимися обмотками. Проведено сравнение результатов натурных экспериментов с математическим моделированием численным методом. Получены картины распределения скоростей и температур расплава с гидродинамическими течениями, а также тепловые картины магнитопровода и обмоток МГД-насоса.
Бесплатно
Электролитическая переработка Pb-Bi-сплава
Статья научная
Металлический висмут главным образом производится как побочный продукт при получении свинца, вольфрама, меди, серебра, золота, олова и цинка. Из свинцовых, медных и других концентратов получают ~90 % всего добываемого висмута. Основной источник висмута - свинцовые концентраты, получаемые при переработке свинцовых, а также свинцово- цинковых и других полиметаллических руд. При переработке этих концентратов висмут почти полностью попадает в свинец черновой, из которого удаляется при его рафинировании. Наиболее распространенные технологии для восстановления висмута из свинцовых слитков - процесс Kroll-Betterton и электролитический процесс Betts. При электролизе Bi-Pb-сплава установлено выделение трех продуктов - анодного и катодного сплавов, а также солевого плава. Подтверждена сложность пироэлектрометаллургической переработки бедного по висмуту сплава с получением висмута чернового в одну стадию, что обусловливает необходимость использования двух стадий электролиза. На I стадии электролиза выделен анодный продукт-1 (17,3-48,5 % от исходного Pb-Bi-сплава) состава,%: 16,6-48,4 Bi; 51,4-83,2 Pb; операционное извлечение,%: 92,2-96,6 Bi; 9,8-44,4 Pb; основные фазы Bi0,3Pb0,7 и Bi0,95Pb0,05. В анодном продукте достигается шестикратное обогащение по висмуту. На II стадии электролиза ранее выделенного анодного продукта состава,%: 26,7 Bi; 73,1 Pb; 0,13 Cu; 0,08 Zn, получен анодный продукт-2 (28,1 % от обогащенного Pb-Bi-сплава) состава,%: 93,6 Bi; 4,1 Pb; 0,086 Ag; 0,0066 As; 0,006 Sb; 0,0013 Cu; 0,001 Sn; 0,0014 Zn;стадиальное извлечение,%: 98,6 Bi; 1,6 Pb; основная фаза Bi0,95Pb0,05.В результате пироэлектрометаллургической переработки Pb-Bi сплава (~10 % Bi) с анодной поляризацией в две стадии получен анодный продукт (8,7 % от исходного сплава) состава,%:≥ 93,6 Bi; 4,1 Pb; извлечение из исходного сплава,%: 93,0 Bi; 0,4 Pb. Рекомендованы для пироэлектрометаллургической переработки в две стадии Pb-Bi-сплава следующие режимы: температура процесса 550-600 ºС; анодная плотность тока: на первой стадии - 0,5 А/см2; на второй стадии 0,2-0,3 А/см2; катодная плотность тока: на первой стадии 1,5 А/см2; на второй стадии 1,0 А/см2; рабочее напряжение на ванне: на первой стадии 8-12 В; на второй стадии 5-8 В; состав электролита на обеих стадиях,%: 7 NaCl; 35 KCl; 18 PbCl2; 40 ZnCl2; количество электролита, выводимого на переработку: на первой стадии - 10 % от массы Pb-Bi-сплава после щелочной обработки; на второй стадии - 10 % от массы анодного продукта первой стадии.
Бесплатно
