Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 824
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
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
Статья научная
Пульсирующие потоки могут возникать самопроизвольно или создаваться искусственно для интенсификации теплообмена. Возвратно-поступательные пульсации потока могут существенно интенсифицировать теплообмен, при этом рост теплоотдачи происходит на фоне увеличения энергетических затрат. Имеющиеся работы, в которых оценивается энергетическая эффективность пучков труб, при вынужденных пульсациях потока имеют единичный характер. Поэтому в данной работе определяется теплогидравлическая эффективность коридорного пучка труб при пульсациях потока. Экспериментальное исследование проводилось при числе Рейнольдса 3000 и числе Прандтля 4. Пульсации потока имели возвратно-поступательный симметричный и несимметричный характер. Пульсации потока создавались с помощью гидравлического цилиндра и управляемой пневматической системы. В ходе проведенных опытов определено влияние режимных параметров пульсаций на потребляемую мощность компрессора пневматической системы и насосное оборудование. Определена теплогидравлическая эффективность пучка труб при одинаковых числах Рейнольдса и одинаковых мощностях в пульсационном и стационарном течении. Установлено, что теплогидравлическая эффективность при одинаковых числах Рейнольдса уменьшается с увеличением интенсивности пульсаций, при этом теплогидравлическая эффективность при одинаковых мощностях возрастает. Определено, что теплогидравлическая эффективность пучка труб выше при несимметричных пульсациях потока. Для несимметричных пульсаций получена теплогидравлическая эффективность в районе единицы. Теплогидравлическая эффективность пучка труб при пульсациях потока может быть увеличена при повышении эффективности системы генераций пульсаций.
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
Статья научная
Разработана схема работы и конструкция опреснительной установки в составе энерготехнологического комплекса, включающего тепловой насос, фотоэлектрическую панель. Проведен анализ литературных источников на тему возобновляемых источников энергии в составе энергокомплексов. Представлена методика определения эксергетических потерь потоков воды и пара. Испарительная установка получает подогретую воду из теплового насоса, который подробно рассмотрен в первой части исследования. Показаны варианты вскипания воды под атмосферным давлением и под разряжением. Однако принцип работы опреснительной установки не меняется, поэтому разработанная методология подходит для любых типов термического и вакуумного испарения воды. Полученный дистиллят охлаждается и может использоваться в технологических нуждах промышленных предприятий или сельского хозяйства.
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
