Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 761
Статья научная
Газификация твердого топлива позволяет повысить техническую и экологическую эффективность использования твердого топлива в энергетике. Обычно газогенераторы большой единичной мощности работают по принципу несущего потока: пылеугольное топливо увлекается дутьем и за время пребывания в реакторе претерпевает стадии превращения в горючие газы. В работе исследуется одноступенчатый процесс паровоздушной газификации угля с предварительным подогревом дутья. Для этого используется математическая модель, включающая одномерные уравнения переноса и химических превращений топлива и газовой смеси. С помощью расчетов определены основные характеристики процесса газификации и их зависимость от управляющих параметров: температуры подогрева воздуха, избытка окислителя и расхода пара.
Бесплатно
Статья научная
Требования к повышению коммутационной способности элегазовых выключателей, диктуемые электросетевыми компаниями вследствие увеличения расчётных токов короткого замыкания в сетях 110 кВ и выше, в настоящее время являются сложной технико-экономической задачей. Очевидно, что материальные затраты на такое мероприятие высоки и перед созданием прототипа нового оборудования или модернизации существующего необходимо произвести расчёт сложнейших комплексных физических процессов гашения дуги, происходящих в дугогасительном устройстве элегазового выключателя высокого напряжения при отключении токов короткого замыкания. Последнее сводится к задаче моделирования процессов взаимодействия дуги отключения с неизотермическим потоком элегаза. В статье исследуется возможность решения вышеописанной задачи в численном программном комплексе при учёте дуги в форме источника температурного нагрева на основе экспериментальных данных измерения температуры ствола дуги при отключении симметричного тока короткого замыкания 10 кА. Расчёты проводились при коммутации автокомпрессионного дугогасительного устройства элегазового выключателя 110 кВ. Приведены результаты изменения давления и массового расхода в подпоршневой области, скорости, температуры в зависимости от хода контактов. Разработанная модель взаимодействия дуги отключения с потоком элегаза также использована для моделирования процесса отключения симметричного тока короткого замыкания 25 кА в реальном автокомпрессионном дугогасительном устройстве.
Бесплатно
Статья научная
Предметом работы является численное исследование термогидродинамических процессов в потоке метановой парокапельной смеси в одном из элементов устройства подогрева смесей газов и жидкостей. Темой исследования является изучение физических процессов, протекающих в аппаратах регазификации сжиженного природного газа. Цель работы - выявление закономерностей динамики полидисперсной парокапельной смеси в трубе с нагретыми стенками. Динамика несущей среды описывается системой уравнений Навье - Стокса для сжимаемой теплопроводной среды с учетом обмена массой, импульсом и энергией с дисперсной фазой. Дисперсная фаза включала в себя несколько фракций, отличающихся размерами. Каждая фракция описывается системой уравнений, состоящей из уравнения неразрывности для средней плотности, уравнений сохранения составляющих импульса и уравнения сохранения тепловой энергии с учетом взаимодействия многофракционной дисперсной фазы с несущей средой. Математическая модель учитывала закрутку потока посредством учета тангенциальных составляющих векторов скоростей несущей фазы и фракций дисперсной фазы. Системы уравнений движения несущей среды и фракций дисперсной фазы решаются явным конечно-разностным методом Мак-Кормака второго порядка. Для преодоления численных осцилляций используется схема нелинейной коррекции сеточной функции. На каждом временном шаге основная часть вычислительного алгоритма дополняется моделью испарения капель с последующей коррекцией гидро- и термодинамических параметров смеси. В результате расчетов выявлено существенное отличие в интенсивности испарения фракций жидкой метановой фазы смеси, имеющих различные размеры дисперсных включений, также было определено, что в процессе движения испаряющейся смеси наибольшее давление паровой фазы наблюдается вблизи отверстия втекания метановой смеси в трубу с подогретыми стенками. Выявленные закономерности возможно применить в устройствах, работающих с газожидкостными средами.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассматривается новая концепция дизайна плоского солнечного коллектора с использованием гибких трубок. Плоский солнечный коллектор предназначен для запуска холодной воды в системы солнечного теплоснабжения вместо использования дорогих антифризных жидкостей и для удаления вторичных средств. Разработка такого типа солнечных тепловых коллекторов позволит снизить стоимость установки традиционных солнечных тепловых систем без необходимости использования вторичных теплообменников. Определены основные параметры теплоемкости плоского солнечного коллектора. Рассчитан температурный контур пластины-поглотителя плоского солнечного коллектора с температурой на входе 30 °C. В отличие от температурного контура типа змеевика с трубкой обнаружено, что максимальная температура пластины-поглотителя коллектора при одинаковых условиях температуры на входе намного ниже, чем у первой. С помощью коммерческого программного пакета CFD (Computational Fluid Dynamics) ANSYS FLUENT 19.0 были разработаны фазовый дизайн, основанный на прогнозах тепловых характеристик коллектора, и эквивалентный коэффициент теплопередачи пластин поглотителя. Также были рассчитаны переменные экспериментальных испытании для солнечного плоского коллектора, которые были выше при падающем солнечном излучении, чем при температуре окружающей среды.
Бесплатно
Численное моделирование температурных полей тел сложной формы на принципе диакоптики
Статья научная
Рассматривается подход к решению нелинейных многомерных задач теплопроводности конструкций промышленных объектов на принципе диакоптики - решение сложных задач по частям. Конструкция сложной формы представляется комбинацией фигур-примитивов, для которых разработаны простые программные модули. Сопряжение модулей происходит через граничные тепловые сопротивления фигур на основе полученных обобщенных зависимостей. Приводится алгоритм решения задачи.
Бесплатно
Эволюция требований к свойствам материалов постоянных магнитов для электрических машин
Статья научная
В статье рассматриваются этапы развития технологии производства сплавов магнитно-твердых материалов, предназначенных для применения в составе индукторов электрических машин. Показано влияние характеристик магнитно-твердых сплавов на подход к проектированию электрических машин. Определены особенности наиболее распространённых в настоящее время сплавов, определяющие область их применения. Показана необходимость регулирования потока возбуждения для тяговых электродвигателей. Обоснована принципиальная возможность использования синхронных гистерезисных электродвигателей, обладающих возможностью регулирования потока возбуждения по цепи статора, в качестве тяговых. Показаны достоинства и недостатки гистерезисного электродвигателя. Рассмотрены алгоритмы управления гистерезисным электродвигателем, позволяющие улучшить энергетику его работы в режиме запуска и в рабочем режиме. Проведено сопоставление процессов перемагничивания материала индуктора при работе гистерезисного двигателя и двигателей с возбуждением от постоянных магнитов, показаны особенности процессов перемагничивания ротора гистерезисного двигателя при работе в составе электропривода. Сформулированы требования к сплавам, необходимым для применения в индукторах тяговых гистерезисных электродвигателей.
Бесплатно
Экономическое сравнение электропередач для связи Урал - Сибирь
Статья научная
Рассматриваются вопросы, связанные с реализацией межсистемной связи Урал - Сибирь. Представлены возможные варианты для решения данной задачи на примере сравнения различных способов электропередачи связи Урал - Сибирь: трёхфазная линия электропередачи 1150 кВ, четырёхфазная линия электропередачи 750 /√3 кВ и линия электропередачи постоянного тока ±750 кВ. Выполнено технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов строительства линий электропередачи по укрупнённым показателям с учетом географических и климатических условий региона и даны рекомендации по их реализации. Также на основе представленного технико-экономического расчета произведен анализ использования четырёхфазной электрической сети высоких и сверхвысоких классов напряжения в конкретных частях существующей энергосистемы, что необходимо для принятия правильных внестадийных (схемы развития объединенной энергосистемы и развития районных энергосистем) и проектных решений при возможном внедрении четырёхфазной электрической сети в Единую энергетическую систему России.
Бесплатно
Эксергетический пинч-анализ системы теплообмена в технологии переработки нефти
Статья научная
Статья посвящена вопросу термодинамической оптимизации установки первичной перегонки нефти одного из заводов России. Оптимизация осуществляется эксергетическим методом термодинамического анализа, который позволяет учитывать как количественные, так и качественные характеристики тепловых процессов. В исследовании используются принципы и правила пинч-анализа. Таким образом, в статье решается задача оптимизации системы теплообмена установки первичной переработки нефти с использованием метода пинч-анализа и эксергии. Целью статьи является повышение энергоэффективности за счет снижения эксергетических потерь в технологических процессах переработки нефти. Эксергетический пинч-анализ установки первичной перегонки нефти показал, что существующая система теплообмена не оптимальна. Далее предложены меры для оптимизации системы теплообмена установки. Эксергетический пинч-анализ позволяет более эффективно использовать энергию и ресурсы на НПЗ, что актуально на сегодняшний день.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований по изменению интенсивности частичных разрядов в изоляции действующих кабельных линий 6 кВ городских электрических сетей в зависимости от режимов работы и условий эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментальных исследований на действующих электроустановках интенсивности и спектрального состава радиопомех в заземляющем проводнике силового кабеля напряжением 6 кВ. Теоретически оценена мощность, выделяемая в изоляции силового кабеля от действия магнитной составляющей электромагнитного поля на токи утечки в изоляции.
Бесплатно
Экспериментальное исследование компенсированного выпрямителя с векторным управлением
Статья научная
В работе рассмотрены результаты экспериментального исследования компенсированного выпрямителя, управление выходными параметрами которого осуществляется с помощью включенного через вольтодобавочный трансформатор автономный инвертор напряжения. Построены регулировочные характеристики, осциллограммы токов и напряжений выпрямителя.
Бесплатно
Статья научная
На лабораторном стенде был исследован компенсированный выпрямительный агрегат с пятой и седьмой гармониками напряжения на конденсаторах и обратной связью в виде АИН с синусоидальной ШИМ. Построены характеристики исследуемого комплекса.
Бесплатно
Экспериментальное исследование некомпенсированного выпрямителя с векторным управлением
Статья научная
Выполнено экспериментальное исследование некомпенсированного выпрямителя с векторным управлением с использованием лабораторного стенда на примере однофазной схемы. Показана возможность плавного регулирования напряжения нагрузки при векторном управлении. Управление осуществлялось посредством внесения синхронизированного с питающей сетью напряжения управления. Напряжение управления было получено устройством, основными элементами которого являются два активных преобразователя с широтно-импульсной модуляцией, соединенные общим звеном постоянного тока. Получены экспериментальные внешние характеристики преобразователя, построенные на основании данных компьютерного и физического моделирования, которые качественно совпадают с теоретическими зависимостями. Показана линейность в обеих моделях регулировочных характеристик активного преобразователя, формирующего напряжение управления. Экспериментальные временные зависимости электромагнитных процессов и осциллограммы, полученные методом компьютерного моделирования, качественно согласуются между собой и с теоретическими данными.
Бесплатно
Экспериментальное исследование полевой модели диода
Статья научная
Сравниваются переходные характеристики реального полупроводникового диода и результаты моделирования на ЭВМ p-n-перехода как управляемого сопротивления со смещениями, что приближает исследуемые процессы к полевому триоду.
Бесплатно
Краткое сообщение
Представлена и описана физическая модель преобразователя. Сняты осциллограммы кривых токов и напряжений преобразователя при различных режимах его работы. Проведено сравнение экспериментальных результатов с результатами, полученными аналитическим путем и с помощью моделирования в пакете Matlab/Simulink.
Бесплатно
Статья научная
Разработан способ работы энерготехнологического комплекса, включающего тепловой насос, фотоэлектрическую панель и опреснительную установку. В методике, описывающей функционирование комплекса в целом, особое внимание уделяется конструкциям отдельных элементов технологической схемы, энергетическому балансу и эксергетическому методу. Методика расчета позволяет встраивать дополнительные компоненты, такие как турбодетандер для реализации органического цикла Ренкина, а также ветроустановку и солнечный концентратор. Авторы представляют разработки как научный подход к проектированию и эксплуатации энерготехнологического комплекса - единую методологию. Комбинация энергобалансовых методов термодинамического анализа и эксергетического метода использовалась для определения потерь энергии в установке, а также для расчета энергоэффективности системы. Расчет эксергий производился в характерных точках цикла. Методология позволяет интегрировать в энергокомплексы различные виды возобновляемых источников энергии и совершенствовать технологические системы на базе тепловых насосов и испарительных установок. В энергокомплекс включена схема испарительной установки. Методология и расчет эксергий воды и водяного пара будут представлены авторами во второй части экспериментального исследования.
Бесплатно
Экспериментальное определение параметров магнитного сердечника и катушки индуктивности на его основе
Статья научная
Введение. Статья посвящена описанию экспериментального метода определения кривой намагничивания сердечника для расчета катушки индуктивности на его основе, что удобно применять, например, при отсутствии параметров магнитного материала сердечника или для уточнения параметров готовой катушки. Материалы и методы. Предлагается для измерения кривой намагничивания - зависимости магнитного потока от МДС Φ(F) - сформировать импульс тока в намотанной на сердечнике тестовой обмотке. Это предлагается осуществить с помощью тиристорно-конденсаторной схемы. При этом измерение МДС провести по току в обмотке, а магнитный поток в сердечнике одним из способов: либо с помощью дополнительной потокоизмерительной обмотки, либо косвенным вычислением из напряжения на основной обмотке. Результаты. Предлагается программный код в системе MATLAB для обработки результатов и построения кривых намагничивания по второму способу для сердечника ГМ24ДС ШЛ 40х80 (100х40) ТУ 1261-032-12287107-2010 фирмы «Гаммамет» при разных зазорах. По полученным данным рассчитаны параметры катушки: индуктивность, магнитная проводимость, максимальный магнитный поток и МДС насыщения. По полученным характеристикам предложен расчет катушки на заданную индуктивность и максимальный ток. Обсуждение. Указанная методика универсальна и может быть применена для определения параметров разных типов магнитных сердечников, а приведенный расчет может быть использован для уточнения параметров катушек индуктивности на этих сердечниках. Заключение. В результате работы получено семейство характеристик намагничивания Φ(F) для сердечника ГМ24ДС ШЛ 40х80 (100х40) ТУ 1261-032-12287107-2010 фирмы «Гаммамет» и определен его максимальный магнитный поток насыщения Φm. Полученные данные использованы для расчета катушки индуктивности по исходным данным.
Бесплатно
Экспериментальное определение статических характеристик нагрузки электроэнергетических систем
Статья научная
Учет статических характеристик нагрузки необходим для повышения адекватности расчетных моделей электроэнергетических систем в целом. Экспериментальные исследования являются единственным способом их достоверного определения. Измеряемая мощность зависит как от реакции объекта на изменение питающего напряжения, так и от случайного процесса изменения нагрузки. В общем случае строгого универсального решения, позволяющего выделить естественную статическую характеристику нагрузки из экспериментальных данных, не существует. В статье предложена авторская методика, являющаяся частным решением этой задачи. Методика включает выделение соседних пар отсчетов, между которыми питающее напряжение заметно изменяется, фильтрацию выделенных пар отсчетов с помощью значений регулирующего эффекта нагрузки и последующее выделение из экспериментальных данных естественной статической характеристики нагрузки, представленной полиномом второй степени. Приведен пример использования методики для определения статической характеристики нагрузки по напряжению предприятия ЗАО «Сибкабель», г. Томск. Изложенные в статье положения могут быть использованы для разработки методов определения статических характеристик нагрузки по результатам измерений, полученных как при проведении активных экспериментов, так и в других эксплуатационных режимах электроэнергетических систем.
Бесплатно
Статья научная
Линия электропередачи (ЛЭП) трехпроводного исполнения вместе с сопутствующей линейной арматурой может быть замещена единым пассивным восьмиполюсником с Г-образной схемой замещения. Параметры этой схемы замещения следует называть укрупненными. Укрупненные первичные параметры включают в свой состав укрупненные активные сопротивления и проводимости, укрупненные индуктивности и емкости всей действующей линии электропередачи трехпроводного исполнения. Расчету этих параметров предшествует прямое измерение соответствующих напряжений и токов, а также их начальных фаз. Приведена схема выполнения необходимой серии экспериментов. Для косвенного измерения укрупненных продольных параметров ЛЭП трехпроводного исполнения необходимы опыт короткого замыкания и опыт холостого хода. А для косвенного измерения укрупненных поперечных параметров необходимо выполнение трех опытов. Предлагается методика их выполнения. Приведены формулы для вычисления укрупненных параметров линии электропередачи трехпроводного исполнения.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются результаты исследования параметров электромагнитных полей на тяговой подстанции постоянного тока. Получены уровни напряженности электрического и индукции магнитного полей частотой 50 Гц, возникающие в рабочих зонах закрытого распредустройства тяговой подстанции. Дана оценка соответствия фактических значений параметров электромагнитных полей предельно допустимым уровням.
Бесплатно
