Теоретическая и прикладная теплотехника. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Статья научная
Приведены результаты исследования теплообмена в почвах криолитозоны в пределах Норильского промышленного района на основе полевых измерений и методов математического анализа полученных данных. В качестве экспериментальных площадок выбраны фоновые и трансформированные вследствие антропогенного воздействия участки. В работе дана морфогенетическая характеристика почв. По данным долговременного мониторинга температур на основе амплитудного, фазового методов и решения обратной задачи теплопереноса были восстановлены значения коэффициентов температуропроводности исследуемых почв и проведено их сравнение с результатами прямых измерений в почвенных разрезах. Получено, что для трансформированной почвы температуропроводность выше более чем в два раза, чем для фоновой почвы, что согласуется с наблюдаемым различием в 1,5–2 раза для толщины сезонно-талого слоя этих почв.
Бесплатно
Влияние температуры и времени выдержки на выход продуктов пиролиза резинотехнических отходов
Статья научная
В статье представлены результаты экспериментальных исследований по выходу и свойствам пиролизной жидкости, твердого углеродсодержащего остатка и составу газообразных веществ в результате термического разложения резинотехнических отходов в цилиндрическом реакторе с неподвижным плотным слоем со скоростью нагрева 10–12 °C и выдержкой при температурах процесса 550, 600, 650 и 700 °C. Составлены материальные балансы процесса пиролиза резиновой крошки отработанных крупногабаритных шин классов крупности 0–1, 1–3, 2–3.5 и 2–4 мм. Показаны объемы полученных продуктов и скорость их образования в зависимости от времени выдержки процесса пиролиза. Представлены результаты численного моделирования процесса термического разложения в цилиндрическом реакторе с неподвижным плотным слоем для измельчённых отработанных крупногабаритных шин крупностью 1–3 мм в диапазоне температур от 350–370 (начало выхода летучих веществ) до 700 °C по составу газовой фазы и твердому остатку при температуре 550 °C.
Бесплатно
Действие формулировки второго закона термодинамики в технических системах
Статья научная
Цель работы – рассмотреть движение и практическое использование различных видов энергии в технических системах и дать анализ действия формулировки второго закона термодинамики в конкретных физических процессах движения низких и высоких температур и кинетической, потенциальной и квантовой энергии в средах и телах в различных технических системах.
Бесплатно
Исследование физических показателей пеллет из неликвидной древесины
Статья научная
Использование деловой древесины для производства топливных пеллет негативно отражается на лесном балансе РФ, а также приводит к росту конкуренции между производителями пеллет и производителями других видов продукции из щепы, например древесно-стружечных плит (МДФ, ДСП, ДВП и др.). Для решения данной проблемы было разработано устройство для производства пеллет из неликвидной древесины с добавлением технического лигнина в качестве связующего вещества. Устройство оснащено ЯМР‑анализатором, который передает данные о качестве исходного сырья на ПК. Приведены результаты экспериментальных исследований физических параметров топливных пеллет из неликвидной древесины, таких как теплота сгорания, степень истирания, плотность насыпного слоя, влажность и зольность. Исследования проводились по стандартным методикам для твердого биотоплива. Зависимости параметров пеллет от процентного содержания лигнина в исходном сырье и температуры прессования описываются с помощью регрессионных уравнений и представляют собой полином третьей степени. Выполнение условия минимального количества опытов, обеспечивающего заданную точность результатов измерений, проверено с помощью критерия Стьюдента по методике В. И. Романовского. Воспроизводимость рассчитана с помощью критерия Кохрена. Установлена точность определения коэффициентов в уравнениях регрессии. В ходе экспериментальных исследований выявлен рациональный технологический режим производства топливных пеллет из неликвидной древесины, которые будут соответствовать существующим стандартам к качеству гранул. Определено влияние теплофизических характеристик топливных пеллет из неликвидной древесины на их свойства и эффективность использования.
Бесплатно
Статья научная
В статье исследуются тепловые процессы в зоне ванны расплава при селективном лазерном сплавлении керамического материала. Целью работы является установление аналитической зависимости между температурой в точках оси симметрии ванны расплава и их удалением от поверхности воздействия лазерного излучения при одиночном импульсном нагреве. Задача решается на основе численного моделирования нестационарного теплового поля с учетом температурозависимых теплофизических свойств материала, фазовых переходов, конвективного и радиационного теплообмена. Математическая модель реализована в программном комплексе COMSOL Multiphysics. Расчёты выполнены для одиночного лазерного импульса с гауссовым распределением плотности теплового потока при небольших мощностях лазерной установки. Температурные значения определялись в точках оси симметрии ванны расплава в области фазового перехода материала. На основе статистической обработки результатов численного моделирования получена аналитическая аппроксимирующая зависимость глубины точки оси симметрии ванны расплава от температуры. Проведена оценка точности аппроксимации, показавшая, что средняя ошибка не превышает 3 %, а множественный коэффициент детерминации превышает 0,99 для всего рассматриваемого диапазона энергий лазерного импульса. Установлена зависимость параметров аппроксимирующей функции от энергии импульса, что позволило получить обобщенное аналитическое выражение для нее. Полученные результаты могут быть использованы для инженерной оценки температурного состояния материала и глубины проплавления при селективном лазерном сплавлении керамических материалов, а также при разработке и оптимизации режимов лазерной обработки.
Бесплатно
О возможности применения динамических режимных карт для печей нефтеперерабатывающих производств
Статья научная
Трубчатые печи играют критически важную роль в процессах первичной переработки нефти, обеспечивая нагрев сырья до необходимых температур для дальнейшего фракционирования. Эффективность их работы напрямую связана с равномерностью нагрева, минимальным расходом топлива и безопасностью эксплуатации. Традиционное управление печами опирается на статические режимные карты, которые, несмотря на свою простоту, не учитывают динамические изменения в процессе, включая колебания качества сырья, изменения нагрузки, состояния оборудования, а также изменения параметров тяги в области перевала и пода и давления газа перед горелкой. Неоптимальное управление тягой и давлением газа может приводить к неравномерному нагреву, локальным перегревам, повышенному расходу топлива и риску аварийных ситуаций. В данной статье исследуется возможность применения динамических режимных карт для оптимизации управления тягой в трубчатых печах установок первичной переработки нефти. Акцент сделан на управлении тягой как на перевале, так и в поде печи, поскольку эти зоны являются критически важными для равномерного распределения тепловой энергии. Динамические режимные карты, в отличие от статических, позволяют в режиме реального времени корректировать параметры тяги и давления газа, учитывая текущие условия работы, включая изменения расхода топлива, воздуха, температуры дымовых газов, перепады давления в печи и давления газа перед горелкой. Целью данного исследования является разработка концепции динамической режимной карты, которая обеспечит оптимизированное управление тягой и давлением газа, снизит неравномерность нагрева, уменьшит расход топлива и минимизирует риск перегрева труб. В рамках исследования проведен анализ существующих методов управления печами с особым вниманием к управлению тягой и давлением газа. Изучены факторы, влияющие на тягу на перевале и в поде и на давление газа перед горелкой, и обоснована необходимость динамической коррекции этих параметров. Разработана концепция динамической режимной карты, основанная на использовании ключевых параметров, характеризующих состояние печи и эффективность ее работы. Предложен алгоритм динамической корректировки параметров тяги и давления газа, который адаптирует работу печи к изменениям внешних условий и обеспечивает оптимальный режим горения. Проведена оценка потенциальной эффективности предложенного подхода, показавшая, что внедрение динамических режимных карт позволит значительно улучшить управление тягой и давлением газа, снизить расход топлива и повысить безопасность эксплуатации печей. Результаты исследования указывают на значительный потенциал использования динамических режимных карт для оптимизации управления тягой и давлением газа в трубчатых печах на НПЗ. Предложенный подход позволяет обеспечить более равномерный нагрев, снизить расход топлива, минимизировать риск перегрева змеевиков и повысить общую эффективность работы печи. Перспективы дальнейших исследований связаны с более детальной проработкой моделей динамического управления тягой и давлением газа, с учетом особенностей различных типов печей и условий их эксплуатации, а также с проведением экспериментальной проверки разработанных решений на реальных промышленных объектах.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности перевода котлов малой мощности на сжигание двух- и трехкомпонентной водоугольной суспензии (ВУС), содержащей в определенной пропорции мелкоразмолотый уголь, воду и добавки в виде мазута для улучшения воспламеняемости. Представлен расчет элементарного состава и характеристики ВУС, объемов воздуха и продуктов сгорания, располагаемого тепла топлива и потерь котлоагрегата. Для оценки эффективности использования замещения угля на ВУС выполнен тепловой расчет котла ТП‑35У, в результате которого получены сравнительные данные коэффициентов полезного действия для разных составов ВУС.
Бесплатно
Перспективы использования кородревесных отходов в смеси с углем при сжигании в котле БКЗ‑75–39ФБ
Статья научная
Утилизация древесных промышленных отходов, объёмы которых ежегодно растут и становятся серьёзной экологической проблемой, путём частичного сжигания в угольных котлах представляет собой перспективное направление на пути к созданию ресурсосберегающей и экологически устойчивой энергетики. Однако на сегодняшний день одним из основных препятствий для широкого промышленного внедрения этого метода является недостаток экспериментальных данных по сжиганию твёрдотопливных смесей, состоящих из промышленных отходов и угля. В работе представлены результаты термического анализа горения смеси, состоящей из кородревесных отходов (КДО) и угля, вследствие чего были определены основные параметры (температуры воспламенения и выгорания, индекс горения, максимальная скорость убыли массы и др.) горения исследуемых топлив. Температура воспламенения кородревесных отходов оказалась ниже, чем у угля, и составила 292 °C, температура выгорания 493 °C, поэтому добавление кородревесных отходов к углю благоприятно отразилось на процессе горения, снизив основные температурные характеристики горения топлив. Для установления основных энергетических показателей работы котла БКЗ‑75–39ФБ, переведённого на сжигание твердотопливной смеси на основе КДО и угля, использовалась типичная методика определения основных тепловых потерь. Результаты данного исследования могут быть применены при проектировании энергетических установок для совместного сжигания угля и биомассы или для перевода действующих угольных котлов на утилизацию древесных промышленных отходов.
Бесплатно
Применение теплоизоляционного чехла с использованием эффекта Ранка-Хилша в практике тушения пожаров
Статья научная
При тушении пожаров, когда температура окружающего воздуха опускается до – 30 ℃ и ниже, возникает риск замерзания пожарного оборудования, что существенно осложняет работу экстренных служб. Предложен способ утепления рукавного разветвления в условиях низких температур, заключающийся в использовании специального теплоизоляционного чехла и подвода горячего потока воздуха от вихревой трубки Ранка-Хилша, в которой используется эффект энергоразделения после подачи сжатого воздуха от двигателя пожарного автомобиля.
Бесплатно
Статья научная
Для экспериментальной отладки аппаратно-независимой SoftPLC‑платформы и реализуемых в ее составе алгоритмов автоматического регулирования разработан лабораторный гидравлический испытательный стенд, функционально воспроизводящий процессы распределения рабочей жидкости в тепловом пункте. Стенд позволяет исследовать инерционность гидравлического объекта, взаимное влияние контуров, нелинейность регулирующих органов и насосного агрегата, а также реакцию системы на внешние возмущения. В качестве рабочей жидкости используется пропиленгликоль. В состав стенда входят накопительная емкость, насос с частотным преобразователем, три регулирующих шаровых крана с электроприводами, подающая и обратная прозрачные колонны, два преобразователя давления, ручные контрольные манометры, автоматические воздухоотводчики и узел, имитирующий гидравлическое сопротивление потребителя. SoftPLC функционирует на промышленном панельном компьютере и взаимодействует с модулем ввода-вывода по протоколу Modbus TCP; частотный преобразователь насоса подключен через шлюз Modbus RTU – Modbus TCP. Описаны конструкция и принцип действия стенда, аппаратно-программная архитектура, классический ПИД‑регулятор, адаптивный ПИД‑регулятор и нейросетевой регулятор с обучением с подкреплением. Сформирована программа из 42 базовых экспериментальных сценариев, предусматривающая одиночные и многосвязные контуры управления, три типа регуляторов и два режима воздействия возмущения. Предложены требования к обеспечению повторяемости сравнительных испытаний и набор показателей для последующей оценки точности, качества переходных процессов, плавности управляющих воздействий и энергопотребления.
Бесплатно
Результаты аэромеханического обезвоживания угля на стендовой установке
Статья научная
В статье описаны результаты проведенных исследований по аэромеханическому обезвоживанию мелких классов углей на созданной экспериментальной установке. Аэромеханическое обезвоживание является альтернативой термической сушки углей с повышенным выходом летучих веществ. Основным аппаратом, в котором происходит аэромеханическое обезвоживание, является труба Вентури, в горловине которой осуществляется срыв жидкой пленки с поверхности частиц угля и превращение их в аэрозоль без перехода воды в газовую фазу. Установлена возможность снижения влаги угля кл. 0–3(6) мм на 25 % отн. При этом энергетические затраты на удаление 1 кг влаги не превышают аналогичные при термической сушке (35 кВт∙ч/т).
Бесплатно
Численное и экспериментальное исследование структуры течения в модели топки с псевдоожиженным слоем
Статья научная
Статья посвящена численным и экспериментальным исследованиям структуры течения в моделях топок с псевдоожиженным слоем. Проанализированы основные методы и подходы к численному моделированию структуры течения псевдоожиженного слоя. В качестве объектов рассматривались две характерные геометрии рабочих камер агрегатов с кипящим слоем и циркулирующим кипящим слоем. В результате проведенных экспериментов были определены распределения концентрации частиц слоя во внутреннем объеме рабочих камер. Установлено, что в модельной камере циркулирующего кипящего слоя при скорости 1,5 м/с поток частиц по высоте разделяется на зоны с максимальной концентрацией частиц в нижней части и разбавленной фазы в центральной части камеры, а при скорости 6 м/с разбавленная фаза занимала целиком весь объем камеры. В камере кипящего слоя при аналогичных условиях разделения потока не было зафиксировано. Основываясь на данных, полученных в результате эксперимента, было проведено численное моделирование процесса псевдоожижения в камере агрегата с циркулирующим кипящим слоем. Сравнение результатов численного моделирования с данным, полученным в результате эксперимента, для режимов при скоростях подачи воздуха 4, 5 и 6 м/с показало, что среднее значение отклонения перепада давления в топке составляет на более 5 %. Установлено, что численное моделирование процесса воспроизводит структуру течения потока достаточно точно для качественных оценок эффективности инженерных и конструкторских решений.
Бесплатно
Энергетическое использование отходов конопляного производства
Статья научная
В процессе получения конопляного волокна образуется большое количество костры, являющейся с точки зрения текстильного производства отходом. Использование костры в разных отраслях промышленности может открыть хорошие перспективы. Одним из возможных вариантов такого применения может стать её энергетическое использование. Целью исследования является изучение теплотехнических свой ств костры конопли, её элементного состава и состава золы, образующейся при сгорании. В результате анализа установлено, что низшая теплота сгорания на горючую массу составляет 4470 ккал/кг, зольность на сухую массу – 2,34 %, что позволяет рассматривать костру конопли как возможное энергетическое топливо. Однако обнаружено высокое содержание кремния и калия в золе костры конопли, что свидетельствует о высоких загрязняющих свойствах очаговых остатков, образующихся при ее сгорании.
Бесплатно
Энергосберегающая система управления процессами аэрации сточных вод
Статья научная
Исследованы факторы, влияющие на эффективность аэрации сточных вод, в частности концентрацию растворенного кислорода, которая в значительной степени определяет качество результата. Предложена система управления процессом аэрации на основе нечеткой логики, которая в последнее время получает все более широкое применение в системах управления технологическими процессами и производстве. Разработана математическая модель нечеткой логики для управления процессом аэрации на основе метода Мамдани и базы правил для управления параметрами входных и выходных сигналов в момент времени.
Бесплатно
