Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
Статья научная
Рассматривается принцип построения частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения с синхронной системой управления на базе многозонного интегрирующего развертывающего преобразователя. Приведена структурная схема регулятора и временные диаграммы его сигналов для исправного состояния системы управления и катастрофического отказа одного из каналов регулирования.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается принцип построения частотно-широтно-импульсного регулятора переменного напряжения в составе системы управления сушильной камеры 120ЕК электроцеха ОАО «Челябинский трубопрокатный завод». Приведены структурная схема и временные диаграммы работы регулятора, а также преобразователя значения комплексного сопротивления изоляции, осуществляющего непрерывный контроль за ходом технологического процесса при сушке обмоток электротехнического изделия.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается принцип построения регулятора переменного напряжения с частотно-широтноимпульсной модуляцией, способного адаптироваться к нестационарным параметрам источника электроснабжения. Приведена структура системы управления и ее временные диаграммы сигналов. Показано, что подобного рода регуляторы имеют практически неограниченный диапазон регулирования, повышенную точность и помехоустойчивость, обусловленную применением в алгоритме управления метода интегрирующего развертывающего преобразования. Разработана система управления сушильной камерой, в состав которой входит адаптивный регулятор переменного напряжения и система «непрерывного» контроля изоляции изделия, подвергаемого термообработке. Статья предназначена для научных и инженерных работников, специализирующихся в области силовой преобразовательной техники, а также может представлять интерес для студентов энергетического направления.
Бесплатно
Численная аппроксимация конвективного граничного условия для сеток с подвижными узлами
Статья научная
Обычно для решения уравнения теплопроводности в областях с переменными во времени границами применяют метод ловли границы в узел пространственной сетки, что обуславливает необходимость использования при расчетах переменного шага по времени, кроме того, переменным будет и число пространственных узлов. Однако во многих случаях более предпочтительным может быть метод сеток с подвижными узлами, в этом случае нет необходимости в изменении числа пространственных узлов и шага по времени. В данной работе для сеток с подвижными узлами рассмотрена задача аппроксимации конвективного граничного условия. Непосредственная замена производных в граничном условии конечными разностями приводит к большой погрешности вычисления температуры поверхности и, вследствие этого, и всего температурного поля тела. При использовании сетки с постоянным шагом по пространству с целью повышения точности расчетов для конечно-разностной замены граничного условия можно использовать формулу Бека. В литературе для сеток с подвижными узлами формулы, аналогичной формуле Бека, нет, поэтому возникает задача по определению такой формулы. Для решения поставленной задачи аппроксимации применен метод теплового баланса для элементарной ячейки у поверхности тела. Выполнена апробация полученной конечно-разностной формулы, в том числе и с помощью вычислительного эксперимента. Полученные результаты могут быть использованы при построении вычислительных схем метода сеток с подвижными узлами.
Бесплатно
Численная оценка вероятностного распределения перетоков мощности
Статья научная
Состояние вопроса. Значения перетоков активной мощности используются для контроля соблюдения требований к устойчивости энергосистем при планировании и управлении электроэнергетическим режимом. Для выполнения расчетов создаются математические модели электрической сети. При этом величины мощностей прогнозного суточного графика нагрузки находятся расчетным путем в соответствии с правилами их определения, то есть задаются конкретными значениями на отдельных временных интервалах. Однако реальные значения мощностей нагрузок не являются постоянной величиной на рассматриваемом интервале и в общем случае могут быть представлены некоторым интервалом, внутри которого находятся фактические значения. Параметры электрической сети также изменяются во времени под воздействием внешних факторов, таких как сезонные изменения, погодные условия, случайные происшествия и другие. Иными словами, при создании модели электрической сети применяется ряд допущений. В данной статье предлагается применить метод Монте-Карло для моделирования режимов работы рассматриваемой энергосистемы при изменении исходных величин мощностей нагрузок в углах сети и сопротивлений линий согласно нормальному закону распределения. Данный метод позволит определить влияние изменений указанных величин на перетоки мощности по ветвям, а также оценить величину коэффициентов запаса по статической устойчивости. Материалы и методы: Метод Монте-Карло (метод статистических испытаний). Результаты. Данная методика была реализована в двухузловых системах «база - генератор» и «база - нагрузка», трехузловой системе «база - нагрузка - генератор» и на модели Редькино-Арланского района энергосистемы Республики Башкортостан. Для перечисленных моделей были получены результаты перетоков активной и реактивной мощности линий для каждого успешно рассчитанного режима (без нарушения статической устойчивости), и по полученным значениям мощностей были построены их распределения и определены диапазоны изменения. После чего были рассчитаны коэффициенты запаса статической устойчивости и построены их зависимости от величины интервала изменения исходных параметров сети. Выводы. По результатам изменения диапазонов перетоков мощностей по ветвям исследуемой сети делается вывод о том, какие из них имеют наибольший диапазон колебаний значений, а также изменение мощностей в каких из узлов оказывает наибольшее влияние на величину контролируемых перетоков. Соответственно, значения мощностей в этих узлах следует задавать с большей точностью, чем в других.
Бесплатно
Статья научная
Процесс газификации биомассы (древесной, сельскохозяйственной и т. д.) может быть неустойчивым из-за низкой теплоты сгорания, а также сопровождаться образованием значительного количества смолы. Поэтому добавление угля способствует повышению эффективности переработки биомассы. С другой стороны, высокая реакционная способность биомассы может способствовать стабилизации режимов горения и газификации низкореакционных топлив, таких как угли высокой степени метаморфизма или коксовые остатки нефтепереработки. Совместная газификация топлив с существенно отличающимися свойствами не только смещает оптимальные режимы работы газогенератора (по удельному расходу окислителя и условиям шлакования), но и существенно влияет на процессы, связанные с подготовкой горючего газа к использованию в камере сгорания или каталитическом реакторе. В работе проведено численное исследование стационарных режимов газификации угольной пыли с добавлением биомассы в поточном газогенераторе с парокислородным дутьем. Получены расчетные зависимости эффективности процесса от управляющих параметров: доли биомассы в смеси с углем и удельного расхода кислорода.
Бесплатно
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
Численное моделирование газификации твёрдых отходов
Статья научная
Приведены результаты исследования процесса газификации твердых бытовых и сельскохозяйственных отходов двух видов, в целом схожих по содержанию основных элементов: лузга подсолнечника и отходы малоценной древесины (хворост, валежник). Численное моделирование процесса производилось по равновесной модели газификации исходя из критерия минимального значения изобарно-изотермического потенциала - энергии Гиббса. При расчете параметров процесса газификации использовалась модель Пенга - Робинсона для неидеальных (реальных) газовых компонентов. Получены данные по температурному диапазону процесса газификации при полной конверсии углерода. Как показало численное моделирование, поведение выбранных отходов в большей степени зависит от температуры процесса (оптимальная выявленная температура 800-900 °С), коэффициента избытка окислителя (наилучший показатель - 0,2), самого газифицирующего агента, чем от вида отхода. Полученные результаты моделирования согласуются с работами мирового уровня и результатами опытного исследования на реальном объекте.
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
Статья научная
Для интенсификации теплоотдачи применяют оребрение теплообменной поверхности, которое обеспечивало бы эффективный срыв пленки конденсата с поверхности трубы, что уменьшит толщину пленки и создаст приближение капельной конденсации. Сложность расчета теплообменного аппарата заключается в изменении соотношения жидкости и пара в парогазовой смеси при конденсации пара на поверхности теплообмена. Целью работы является численное моделирование конденсации пара из парогазовой смеси на поверхности спирально-навивной оребренной трубы. Объектом исследования является конденсация парогазовой смеси на трубе со спирально-навивными ребрами. Предметом исследования является определение коэффициента теплоотдачи от парогазовой смеси к поверхности трубы со спирально-навивными ребрами при ее конденсации на ней в зависимости от плотности теплового потока, ее начальной скорости движения и массовой доли воды в ней. Для проведения расчетов создана упрощенная трехмерная расчетная модель оребренной трубы в воздуховоде на основе полученных экспериментальных данных. В работе представлены геометрические размеры модели, информация о сеточной модели, граничные и начальные условия. В ходе предварительных исследований было установлено, что сеточная независимость достигается при количестве 87 928 ячеек. Результаты численных расчетов подтвердили высокую точность моделирования конденсации парогазовой смеси на поверхности трубы со спирально-навивными ребрами. Неопределенность между численным и физическим экспериментами по коэффициенту теплоотдачи от парогазовой смеси к теплообменной поверхности при ее конденсации на ней составила не более 16,8 %. Максимальное значение коэффициента теплоотдачи достигается при минимальной скорости движения парогазовой смеси, равной 7,4 м/с, и наименьшей массовой доли воды в ней, равной 0,188.
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
Численное моделирование тепловых режимов геотермальных теплообменников
Статья научная
Проведено исследование интенсификации теплоподвода к геотермальным теплообменникам с учетом взаимосвязи характеристик засыпок и режимов работы рассматриваемых систем. Прототипом рассматриваемой геотермальной энергетической системы является реальный объект с известными геометрическими и физическими параметрами. Решение задачи получено методом конечных разностей. Использовалась неявная разностная схема и алгоритм прогонки. Адекватность результатов численного моделирования следует из проверок используемых методов решения задачи на сходимость и устойчивость, а также подтверждается численным сопоставлением с известными данными о работе энергетических систем с геотермальными теплообменниками. При анализе тепловых режимов рассматриваемой энергетической системы основное внимание уделялось исследованию интенсификации теплоподвода к геотермальным теплообменникам с учетом взаимосвязи характеристик засыпок и режимов работы рассматриваемых систем. Установлено, что увеличение влажности песчаной засыпки приводит к росту теплопритоков на 3,7-7,8 %. Показано существенное влияние нестационарности процессов переноса на интенсификацию теплообмена в рассматриваемой системе. Выявлено, что при выборе варианта регулирования тепловых режимов энергетических систем с геотермальными теплообменниками следует преимущественно изменять объемную влажность песчаной засыпки.
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
