Математическое моделирование. Численный эксперимент. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Статья научная
The article considers the application of two approaches to optimizing the direct-flow burners and nozzles location using numerical simulation. The study objects are two furnaces of the traditional and invert type with solid slag removal for boilers for supercritical and ultra- supercritical steam parameters, respectively. The lean hard Kuznetsk coal was used for both cases, somewhat different in characteristics in the cases under consideration. This coal type is currently burned mainly in furnaces with liquid slag removal. The use of the zone-by-zone optimization method implies a sequential each pre-selected zones optimization of the furnace in the direction of flue gas movement with modeling of the solid fuel combustion process with different burner and nozzle layouts. A dimensionless scheme for burning coal dust in a traditional furnace with an upward flue gases movement has been developed. The use of a simplified numerical model (SNM) due to certain settings made it possible to approximate the results of furnace aerodynamics modeling without taking into account the chemical reactions to the results with combustion simulation, which significantly reduced the conducting research time. As a result of modeling the invert furnace aerodynamics, the optimal arrangement of direct-flow burners and nozzles was selected. The article discusses the main features of each research method use, optimization criteria, research objects, initial combustion schemes, design parameters of combustion schemes that are changed during optimization, as well as the main results of the optimization. The solid fuel combustion schemes obtained using two approaches to conducting research using direct-flow burners and nozzles ensure the operation of the considered furnaces with better values of efficiency and environmental indicators than traditional combustion of similar fuel in furnaces with liquid slag removal. The obtained values are at a level acceptable for the Russian Federation.
Бесплатно
Flow past various types of vane mechanisms by a two-phase compressible flow
Статья научная
The statement of boundary value problems for the flow around real wing-shaped profiles of supercavitation mechanisms near the separation boundary is stated. The problem under consideration is extremely important for the numerical study of the processes occurring in heating equipment, supercavitation devices, and heat and mass transfer technologies. The discussed algorithms have been implemented as computational programs for algebraic (ALFA) and integral (OMEGA) equations, ordinary (SIMP) and improper (SECOB) integrals, including the Cauchy integral (DSECOB) as well as summation programs for sequences and series (SHENKS, AYTKEN), including divergent ones (EULER).
Бесплатно
Sigmaflow как инструмент исследования ветрового комфорта в условиях городской среды
Статья научная
Интенсивный рост современных городов приводит к строительству жилых микрорайонов с плотным расположением зданий различной высотности. Подобные архитектурные решения способствуют непредсказуемому изменению аэрационного режима территории, который может вызывать ухудшение экологической обстановки города, а также формирование дискомфортных условий в зоне пребывания человека. Для изучения механизмов формирования данных условий и прогнозирования ветрового режима используется микромасштабная модель атмосферы города, реализованная в программе «SigmaFlow». В работе представлены результаты верификации численной модели с экспериментальными данными на двух тестовых задачах обтекания модельных элементов городской застройки. Полученные результаты расчетов демонстрируют достаточно хорошее совпадение с экспериментальными данными. Кроме этого, был выполнен анализ формирования ветровых условий в реальном жилом микрорайоне. Получены характерные структуры течения при обтекании зданий, а также выявлены места формирования дискомфортных и опасных зон для пребывания человека.
Бесплатно
Simulation and calculation of heat transfer in multilayer wall structures based on iterative models
Статья научная
Through heat transfer is considered: heat carrier, liquid medium 1 - wall of arbitrary n layers - liquid external medium 2, cooler. For heat flows, a system of (n + 1) nonlinear equations is considered. The method of excluding unknowns sequentially calculates all values of tw, i. The design scheme allows iterative calculations of wall temperature from one to three layers and, accordingly, five heat flows. The novelty of the solution is that the temperature of the first wall tw,1 and the last wall tw, n+1 are not set, but are unknown. They are calculated using an iterative scheme.If you further increase the number of wall layers, the calculations become cumbersome. We are talking about the explicit expression of all tw, i through formulas based on the manual transformation of equations. Optimally bringing the problem to a closed and defined system (n + 1) of equations for (n + 1) unknown wall temperatures tw, i. This system of equations is easily calculated in mass accessible packets, to which Matlab belongs. The advantage is a matrix solution of the entire system at once. In the case of a system of cylindrical and spherical walls, the problem is also solvable. New coefficients have been established for these systems of equations. Which allows you to save balance equations for heat flows.
Бесплатно
Simulation of three phase induction machine
Статья научная
Three phase induction motor is the most popular type AC motor. it is very commonly used for industrial drives. It is cheap, robust, efficient and reliable. It has good speed regulation and high starting torque. It requires little maintenance. It has a reasonable over load capacity. This paper deals with the simulation of three phase induction machine using MATLAB Simulink. The results are obtained for generating mode and motoring mode.
Бесплатно
Traffic noise forecasting on Tashkent city main streets
Статья научная
Traffic noise is considered to be the most important that must be eliminated within the environmental problems of cities, as well as lead to various diseases of the population living in the roadside area. The article analyzes the work done to date on this topic, and for the first time examines the relationship between traffic flow and its impact on the noise level, which is the main source of traffic noise on the main streets of Tashkent. Traffic noise measured by GOST 20444-2014 «Noise. Traffic flow. According to» methods of measuring noise description « conducted in the 1 class NORSONIC140(Nor140) noise according to GOST17187-2010(IES61672-2002). Also, on the basis of the research, a model for forecasting traffic noise on the main streets of Tashkent was developed and compared with other models.
Бесплатно
Статья научная
В этой статье приводится теоретический расчёт поведения колебательного контура при силовом резонансе с учётом влияния нелинейных элементов цепи. Наличие нелинейных элементов в цепи колебательного контура непосредственно влияет на частотные характеристики, тем самым пренебрегая их особенностями появляются частотные и амплитудные флуктуации. Для анализа влияния коэффициента нелинейности элементов на частотные характеристики была написана программа в пакете прикладных программ MATLAB.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты численного исследования непрерывного совмещенного литья и прессования опытного алюминиевого сплава АК12 при различной производительности установки с горизонтальным карусельным кристаллизатором. Дана количественная оценка влияния темпа разогрева кристаллизатора на температурно-временные характеристики в период переходного теплового процесса. Определены теплотехнические зоны, характеризующиеся различной интенсивностью теплообмена между расплавом и стенками кристаллизатора. Показано, что увеличение производительности установки сокращает продолжительность переходного теплового процесса при пуске установки из холодного состояния до достижения ею стационарного теплового режима. Получена зависимость времени выхода установки на стационарный тепловой режим от скорости вращения колеса-кристаллизатора.
Бесплатно
Анализ изгиба алюминиевой полосы с высоким очагом деформации с помощью компьютерного моделирования
Статья научная
Построена имитационная модель горячей прокатки, учитывающая влияние таких факторов, как различие в коэффициенте трения на верхнем и нижнем рабочих валках, различный угол входа заготовки в очаг деформации и степень деформации на изгиб полосы в вертикальной плоскости. Численный эксперимент проводили моделированием методом конечных элементов в программном комплексе DEFORM 2D. Определены закономерности влияния вышеперечисленных факторов на процесс прокатки. Показано, что величина наклона полосы влияет на асимметрию больше, чем разница в условиях трения на нижнем и верхнем валке. Кроме того, установлено, что величина изгиба может быть значительно снижена за счёт увеличения степени деформации. Это вызвано тем, что рост степени деформации ведет к снижению асимметрии по очагу прокатки.
Бесплатно
Статья научная
В этой статье обсуждается влияние сопротивления линии постоянного тока на распределение баланса мощности системы постоянного тока МППТ при стабилизации напряжения постоянного тока. Сопротивление линии постоянного тока в многотерминальной системе MППТ приводит к изменениям напряжения на шине постоянного тока при изменении потока мощности в системе. Это, в свою очередь, влияет на распределение мгновенного баланса мощности в системе МППТ при управлении с целью стабилизации напряжения постоянного тока. Значения коэффициента усиления напряжения постоянного тока определяют степень влияния снижения напряжения постоянного тока на распределение баланса мощности в системе постоянного тока. В данной статье получена математическая модель для оценки распределения баланса мощности с учетом влияния сопротивления постоянного тока. Система МППТ с пятью терминалами ПИН-ВППТ была смоделирована в программном пакете Matlab/Simulink для демонстрации влияния сопротивления линии постоянного тока на распределение баланса мощности, а также для проверки предложенной математической модели, которая оценивает распределение баланса мощности.
Бесплатно
Выявление зависимости между аэродинамическими условиями и конфигурацией одиночного здания
Статья научная
В данной работе проведено исследование влияния одного здания на ветровой режим при изменении этажности, угла размещения относительно преобладающего потока и размеров здания в плане, с применением математического моделирования. Проанализированы работы, описывающие аэродинамику зданий, форму и структуру потока ветра. Рассмотрены действующие отечественные и зарубежные нормативы, регулирующие ветровой режим в городской застройке. Аэродинамические условия описываются размерами ветровой тени и области отрицательного давления. Проведен корреляционно-регрессионный анализ и получены уравнения, описывающие каждую из аэродинамических характеристик. Выявленные зависимости помогли определить наиболее оптимальную конфигурацию здания, способствующую продуваемости и улучшению качества атмосферного воздуха с учетом ветрового режима города Красноярска.
Бесплатно
Статья научная
Использование цифровых технологий для расчета ТЭП тепловых электрических станций
Статья научная
В статье приводятся обоснования использования цифровых технологий для расчета технико-экономических показателей ТЭС. Объектом исследования является Владивостокская ТЭЦ-2. На данной ТЭЦ установлено четыре типа турбин, котлоагрегаты работают на природном газе, что делает сложным процесс эффективного распределения электрической и тепловой нагрузки между турбоагрегатами. В программе «Цифровая экономика Российской Федерации» приведен перечень основных сквозных цифровых технологий, которые необходимо внедрять для роста экономики. В настоящее время разработанные программные комплексы выполняют только одну конкретную задачу. Применение таких программ имеет ряд недостатков. Эти недостатки не позволяют принимать быстрые и верные решения. С учетом вышесказанного необходимо применять цифровые модели ТЭС. В основе для разработки цифровой модели применяется программный продукт «Boiler Designer». Полученную цифровую модель можно использовать для расчета ТЭП, а также для оптимизации распределения нагрузок между энергетическим оборудованием в зависимости от изменения его состояния. В статье приведена аналитическая характеристика, полученная методом регрессионного анализа для турбины ПР-50/60-115/13/1,2 ст.№ 5 ВТЭЦ-2 двухступенчатого подогрева сетевой воды, и ее применения.
Бесплатно
Статья научная
В целях совершенствования технологии возделывания зерновых культур проведена оценка влияния традиционной минимальной обработки почвы и прямого посева на агрофизическое состояние почвы и продуктивность культур в севообороте. Отмечено, что минимализация обработки почвы и прямой посев культур в севообороте чистый пар - яровая пшеница - озимая рожь + овес - яровая пшеница на черноземе в Красноярской лесостепи способствуют сохранению доступной влаги весной и повышению содержания в почве подвижного фосфора и обменного калия к середине вегетации растений. При этом почва в слое 0-10 см становится плотной, а в горизонте 20-40 см остается рыхловато-плотноватой. При традиционной технологии обработки почвы урожайность яровой пшеницы Красноярская 12 по пару составила 3,2-3,4 т/га, при обработке дисковым орудием БДН - 2,9-3,2 т/га, при прямом посеве стерневой сеялкой - 2,6-2,9 т/га. Осенью в год посева получен урожай зеленой массы смеси овса и озимой ржи. Стерня, оставшаяся после скашивания зеленой массы, способствует накоплению снега и улучшает перезимовку озимой ржи, на следующий год формирующей урожай зерна в 1,5-2,1 т/га. Применение ресурсосберегающих технологий обработки почвы существенно снижает производственные затраты. При минимальной технологии трудозатраты сокращаются на 35,5 %, ГСМ - на 40,3 %, при использовании технологии прямого посева трудозатраты сократились на 49,1 %, ГСМ - на 64,2 % по сравнению с традиционной технологией, основанной на зяблевой вспашке. Повышению эффективности минеральных и органических удобрений при посеве культур по пару и по стерне будет способствовать обработка поверхности роторным вертикально-штыревым глубокорыхлителем после их внесения.
Бесплатно
Статья научная
Слоистый композит медь-молибден обладает высокой твердостью и высокой химической стойкостью, получен сваркой взрывом. Использование такой технологии получения композита связано с малой взаимной растворимостью меди и молибдена. При сварке взрывом образование соединения происходит благодаря кратковременному расплавлению и очень быстрому затвердеванию на контактной поверхности. Сварка взрывом уменьшает активационный барьер химической реакции и позволяет получать интерметаллиды из двух невзаимодействующих компонентов со скоростью, близкой к скорости переключения химической связи. Формируются продукты механохимических реакций в зоне контакта разнородных металлов. Продукты механохимических реакций обнаружены методами рентгеновской дифракции и микроанализа. Высокие скорости физико-химических превращений инициируются нелинейными волнами локализованной пластической деформации. Волны пластической деформации выявлены после травления шлифа поперечного среза многослойного образца и исследования микроструктуры. Сделана оценка потока энергии на образец во время сварки взрывом, а также проведен анализ особенностей структуры зон соединения меди и молибдена. Определена фрактальная размерность границы соединения меди и молибдена. Построена кластерная модель структуры среднего порядка (мезоструктуры) зон соединения меди и молибдена.
Бесплатно
Математическая модель преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения
Статья научная
Аналитический анализ процессов, протекающих в системах электропривода с преобразователем частоты, которые характеризуются дискретными, нелинейными свой- ствами, практически невозможен. Это предопределяет необходимость использования для изучения свойств таких систем методов математического моделирования и математического эксперимента. Цель работы - построение модели преобразователя частоты с формализацией в виде математических соотношений взаимосвязей между переменными, характеризующими его функционирование, на основе анализа физических процессов в каждом его элементе. Математические модели каждого элемента необходимо представить структурными схемами, которые в дальнейшем объединяются в общую структурную схему преобразователя частоты в соответствии с методом структурного моделирования. Для решения поставленных задач использовались методы теории электроники и электротехники, индукционных устройств и понятия коммутационных функций. Программные реализации предлагаемых математических моделей и численные исследования воспроизводимых ими процессов выполнены в вычислительной среде MATLAB (пакет прикладных программ SIMULINK). Метод структурного моделирования позволил создать достаточно универсальный и гибкий вариант полной математической модели преобразователя частоты благодаря возможности достаточно простого включения в нее различных вариантов математических моделей элементов, входящих в конкретный реальный преобразователь частоты. При этом полученная модель сохраняет топологию реального преобразователя частоты и наблюдаемость всех его реальных физических переменных. Использование теории индукционных устройств и понятия коммутационных функций дало возможность на единой методологической основе создать физически и математически обоснованные математические модели всех основных элементов преобразователя частоты. Построенная модель позволяет прояснить взаимосвязи между физическими переменными отдельных элементов преобразователя частоты и их взаимное влияние.
Бесплатно
Математическое моделирование индукционного МГД-насоса для транспортировки расплава алюминия
Статья научная
В данной статье проведен анализ электромагнитных и термогидродинамических процессов, протекающих в МГД-насосе с помощью численного метода математического моделирования на основе метода конечных элементов. Получены картины распределения электромагнитного поля в канале и магнитопроводе машины, векторные распределения сил с гидродинамическими течениями, а также тепловые картины магнитопровода и обмоток МГД-насоса.
Бесплатно
Моделирование динамики ледовых покровов и ГНСС-рефлектометрия в мониторинге состояния льда
Статья научная
Представлена теплофизическая модель для исследования динамики нарастания льда в пресноводном водоеме в сезонном цикле от ледостава до таяния. Модель основана на численном решении нестационарной задачи теплопроводности с учетом метеорологических данных по температуре воздуха и радиационным потокам, скрытой теплоты фазового перехода «вода- лед», теплофизических свойств воды и льда. Рассчитаны толщина и временные температурные зависимости ледовых покровов. Анализируются возможности использования результатов моделирования динамики ледовых покровов для разработки алгоритмов восстановления геометрических и прочностных характеристик льда по данным рефлектометрии c использованием сигналов навигационных спутников в диапазоне L1.
Бесплатно
Статья научная
Изложена усовершенствованная математическая модель тепломассообменных и гидродинамических процессов в суперкавитирующих испарителях, основанная на предположении локального кинематического и термодинамического равновесия между фазами и отсутствия поверхности раздела между паром и водой. В отличие от известных, предлагаемая модель позволяет на этапе проектирования и в период эксплуатации элементов энергетических систем комплексно оценивать влияние управляющих воздействий на режимы обработки и обеспечивает повышение точности расчетов характеристик процесса.
Бесплатно
Моделирование теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения
Статья научная
Рассмотрен процесс теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения. Из численного решения двумерных задач теплопроводности получены значения термических сопротивлений теплораспределителя и воздушного теплообменника. Выполнен расчет зависимости холодопроизводительности от силы тока для двух характерных значений суммарного термического сопротивления устройства подвода теплоты. Проведен анализ режимов работы термоэлектрических модулей и выбор параметров электропитания для устранения теплового дисбаланса, вызванного различием термических сопротивлений частей воздушного теплообменника.
Бесплатно
Статья научная
Одним из основных направлений развития электроэнергетических систем является внедрение устройств и технологий на базе силовых полупроводниковых ключей (HVDC (High Voltage Direct Current) технологий), в частности вставок постоянного тока на базе преобразователя источника напряжения (VSC). VSC-HVDC используются для решения таких задач, как соединение несинхронных электрических сетей различных частот, передача электроэнергии, повышение локальной и системной управляемости электроэнергетической системы, повышение пропускной способности элементов сети, содержащих «слабые» связи. Благодаря высокой степени управляемости преобразователей источника напряжения (VSC) в основном рассматривается работа HVDC. Однако внедрение и эксплуатация VSC-HVDC определяют необходимость в проведении широкого спектра анализа и исследований, которые можно провести только с помощью математического моделирования. Поэтому целью работы является: анализ поведения системы передачи HVDC на основе VSC с использованием различных режимов управления путем моделирования в программной среде MATLAB.
Бесплатно
