Содержание журнала 1-2020

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ  ОСНОВЫ  ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

 

Определение реологических параметров уравнения состояния среды гиезекуса и Виноградова-Малкина для описания реологического поведения расплавов полиэтилена
Е.К. Вачагина1, А.И. Кадыйров1, Ю.В. Караева1, Р.М. Гарипов2, А.А. Ахмадияров3
vachaginae@mail.ru, aidarik@rambler.ru, julieenergy@list.ru, rugaripov@mail.ru, aydaru@ya.ru
1ИЭПТ Федеральный исследовательский центр КазНЦ РАН
2Казанский национальный исследовательский технологический университет
3 ФГАОУ ВО Казанский федеральный университет
Ключевые слова: эксперимент, реология, модель Гиезекуса, модель Виноградова-Малкина, расплав полимера
Аннотация
В работе представлены результаты экспериментальных исследований реологических свойств расплавов полимеров марок ПЭ2НТ11-9 и ПЭ2НТ11-285. Кривые течения аппроксимированы уравнениями состояния Гиезекуса и Виноградова-Малкина. Спектр времени релаксации определен по результатам осцилляционных испытаний. Параметр, отвечающий за нелинейность модели Гиезекуса, определен из условия минимизации отклонения разницы напряжений между расчётными и экспериментальными значениями при сдвиговом течении, организованном в зазоре между двумя дисками (измерительной системы плита-плита).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМЕШЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕД В ПРОТОЧНЫХ КАНАЛАХ С ХАОТИЧНОЙ УПАКОВКОЙ
А.Г. Лаптев, Т.М. Фарахов, Е.А. Лаптева
grivka100@mail.ru
ФГБОУ ВО Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: турбулентное смешение, хаотичные насадки, структура потока
Аннотация
Рассмотрена и решена задача математического моделирования турбулентного переноса и смешения тонкодисперсной фазы с жидкостью в малообъемных статических проточных смесителях с мелкой хаотичной насадкой (упаковкой). Разработана математическая модель скорости переноса тонкодсперсных частиц, которые практически полностью увлекаются турбулентными пульсациями жидкой фазы в ядре потока смесителя. Получено выражение для расчета коэффициента скорости переноса частиц с применением модели турбулентного пограничного слоя. С помощью ячеечной модели структуры потока и числа единиц переноса частиц получена формула для определения необходимой длинны зоны смешения с насадочной упаковкой по заданной эффективности смешения. Даны выражения для расчета параметров математической модели и представлены результаты расчетов длины насадочной упаковки от числа Рейнольдса при смешении жидкой фазы с частицами различного диаметра. Отмечено, что статические смесители успешно внедряются на предприятиях нефтегазохимического комплекса.

 

ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕНИ ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗА ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЕ В ДЛИННЫХ ТРУБОПРОВОДАХ, НАХОДЯЩИХСЯ ПОД БОЛЬШИМ ДАВЛЕНИЕМ
Н.Д. Якимов*, А.И. Хафизова**, Н.Д. Чичирова*, О.С. Дмитриева**, Е.В. Артемьева*
ieremiada@gmail.com
*ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»,
**ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Ключевые слова: газопровод, повышенное давление, математическое и численное моделирование, изотермическое расширение, адиабатное расширение.
Аннотация
В процессе эксплуатации трубопроводов со временем, в местах фланцевых соединений, появляются дефекты, через которые происходит утечка газа. Это приводит к потерям топлива, а также создает опасность возгорания и взрыва. Часто обнаружить место утечки достаточно сложно. Кроме того, как правило, существует несколько подобных участков. Проблема усугубляется еще и тем, что подобные трубопроводы для транспортировки газа имеют значительную протяженность. Самым простым и надежным способом решения данной проблемы является полное переуплотнение подозрительного участка трубопровода. Это возможно лишь при снижении давления газа до значений близких к атмосферному. При этом важно знать время истечения газа из газопровода через штуцер, размер которого известен. Сложность определения этого времени заключается в том, что из-за высокого давления газа сначала будет сверхзвуковое истечение, а далее дозвуковое. Отношение длины рассматриваемого участка трубопровода к его диаметру составляет несколько десятков тысяч, следовательно, необходимо учитывать изменение давления и плотности по длине. Также важно знать влияние процесса теплообмена между охлаждающимся от снижения давления газа и окружающей средой. Для решения поставленной задачи разработана математическая модель истечения газа через отверстие в длинной трубе, представлены численные исследования при изотермическом и адиабатном расширении. На конкретном примере рассчитано время истечения газа из трубы, когда давление выравнивается с атмосферным. Также представлено распределение плотности по длине трубы при различных режимах протекающих процессов.

 

ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ

 

РЕАЛИЗАЦИЯ СТЕПЕННОГО ЗАКОНА РАМБЕРГА-ОСГУДА В КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОМ КОМПЛЕКСЕ ANSYS
А.В. Туманов, Д.А. Косов, Д.И. Федоренков
tymanoff@rambler.ru, dima45001@gmail.com, dif-96@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: диаграмма деформирования, закон Рамберга-Осгуда, метод конечных элементов, пластический коэффициент интенсивности напряжений
Аннотация
В настоящей работе реализовано внедрение динамически подключаемой библиотеки пользовательского материала в конечно-элементный комплекс ANSYS, которая позволяет описать механические свойства материала по модели Рамберга-Осгуда. С помощью данной модели было рассчитано напряженно-деформированное состояние цилиндрического образца и пластины бесконечных размеров с центральной сквозной трещиной. Верификация программы заключалась в определении эквивалентных деформаций и напряжений и сравнение их с аналитической диаграммой деформирования. Найденные поля радиальных и окружных напряжений при различных расстояниях от вершины трещины сравнены с полями, полученными по модели Хатчинсона-Розенгрена-Райса. Также было показано влияние пластического параметра на описание диаграммы деформирования, который учитывает нелинейный характер деформирования в области перехода от упругого участка диаграммы к пластическому.

 

ТЕПЛОВЫЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  СТАНЦИИ

 

МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОЙ ГЕНЕРАЦИИ РОССИИ
А.Г. Филимонов, А.А. Филимонова, Н.Д. Чичирова
agfilimonov@mail.ru; aachichirova@mail.ru; ndchichirova@mail.ru
Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: энергетика, тепловые электрические станции, модернизация, парогазовые установки, ДПМ, ДПМ-2.
Аннотация
В современной энергетике России происходит формирование новых базовых подходов к системной организации процессов обновления имодернизации производственных фондов. Проведенная с 2010 по 2020 годы первая в новой истории России программа модернизации электрогенерации(программа ДПМ) обеспечила значительный рывок в реновации энергетических активов, создала ощутимый задел обновления для всей электроэнергетической отрасли в среднесрочной перспективе до 2025-2030 гг. Вместе с тем, проведенная в «ручном» режиме, она не стала системным механизмом, самодостаточным и саморегулируемым, а выявила необходимость более глубокой проработки проблем отрасли и создания новой модели системного подхода к модернизации. В результате, Министерством энергетики России при участии всего энергетического сообщества разработан и с 2019 года внедрен новый комплексный механизм, создающий возможность всем участникам энергетического рынка, как производителям, так и потребителям, находить взаимовыгодные решения по реализации инвестиционных проектов в электрогенерации. 

ОБЩЕСТАНЦИОННОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ НУЖД АЭС НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОВОГО АККУМУЛИРОВАНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ МАЛОМОЩНУЮ ПАРОВУЮ ТУРБИНУ
В.Е. Юрин, М.А. Муртазов
sncransar@san.ru, urin1990777@bk.ru
ФГБУН Саратовский научный центр Российской академии наук
Ключевые слова: атомная электростанция, обесточивание, резервирование собственных нужд АЭС, система теплового аккумулирования, многофункциональная дополнительная паротурбинная установка, аккумулятор фазового перехода.
Аннотация
Современные системы безопасности имеют ряд недостатков, таких как дороговизна и одноцелевое использование, ведущее за собой затраты на поддержание в рабочем состоянии. Ранее авторами был разработан и обоснован альтернативный вариант расхолаживания реакторов АЭС типа ВВЭР при полном обесточивании путем электроснабжения потребителей собственных нужд посредством полезного использования энергии остаточного тепловыделения активной зоны для генерации пара, служащего рабочим теплом для дополнительной маломощной многофункциональной паровой турбины. Как показали расчеты на основе опытных данных Балаковской АЭС энергии остаточного тепловыделения одного реактора ВВЭР-1000 достаточно для расхолаживания двух реакторов ВВЭР-1000 в аварийной ситуации, сопровождаемой полным обесточиванием при разгерметизации первого контура на одном из них, в течение 72 ч. В штатном режиме эффективная работа дополнительной паровой турбины может быть обеспечена за счет комбинирования АЭС с системой теплового аккумулирования. Разработан энергокомплекс на основе комбинирования АЭС с аккумулятором фазового перехода и дополнительной многофункциональной паротурбинной установкой. В работе проведено исследование разработанного энергокомплекса на предмет возможности аккумулировать избыток энергии остаточного тепловыделения реакторов и по мере ее уменьшения эффективно использовать аккумулированный избыток с целью увеличения времени автономного электроснабжения собственных нужд станции в аварийных ситуациях, сопровождаемых полным обесточиванием. Эффект может быть достигнут благодаря возможности увеличения температуры питательной воды на входе в парогенераторы АЭС, что в условиях уменьшения энергии остаточного тепловыделения позволит поддерживать на необходимом уровне расход генерируемого свежего пара в многофункциональную паровую турбину. Исследован наихудший вариант, когда аккумулятор находится в разряженном состоянии, для двух аварийных ситуаций с полным обесточиванием четырех энергоблоков: без разгерметизации и с разгерметизацией первого контура реактора одного из них. 

 

ЭКОНОМИКА,  ЭКОЛОГИЯ,  НОВЫЕ  ТЕХНОЛОГИИ  И  ПРОЦЕССЫ  В  ЭНЕРГЕТИКЕ

 

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ И НАЧАЛЬНОЙ СКОРОСТИ КАПЕЛЬ ПРОМЫВОЧНОЙ ВОДЫ ПРИ СТРУЙНОЙ ИНЖЕКЦИИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ НЕФТИ ОТ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ЧАСТИЦ
В.Ш. Шагапов*, Э.В. Галиакбарова**
Shagapov@rambler.ru, emi.galiakbar@yandex.ru
*Институт механики им. Р.Р. Мавлютова УФИЦ РАН
**Уфимский государственный нефтяной технический университет
Ключевые слова: струйный смеситель, зона смешения, движение капель, коагуляция, вода промывочная, нефть.
Аннотация
В работе развита теория процесса очищения нефти от мелких частиц  минерализованной воды струйным введением промывочной воды против потока эмульсии «минерализованная вода в нефти». Предполагается, что диспергация промывочной воды на капли − управляемый процесс. За счет изменения расхода жидкости и выходного сечения струйного устройства, кроме этого, введения различных присадок в состав инжектируемой  воды, приводящие к изменению ее вязкости и коэффициента поверхностного натяжения, можно повлиять на размеры капель, образующиеся при распаде струи, в достаточно широких пределах. На основе численных экспериментов по ранее предложенным теоретическим моделям проанализировано влияние степени диспергирования струи, начальной скорости капелек на эффективность «вымывания» из нефти минерализованных частиц. В частности, установлено, что добиваясь увеличения на порядок размера капли промывочной воды можно снизить расход промывочной воды примерно в столько же раз. 

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ШЛАКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ СЖИГАНИИ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ ОГНЕВОГО СТЕНДА
М.Ю. Чернецкий, Е.Б. Бутаков, В.А. Кузнецов
Micch@yandex.ru, e_butakov@mail.ru, victor_partner@mail.ru
Институт Теплофизики СО РАН
Ключевые слова: математическая модель, топочная камера, горение угольного топлива, шлакование
Аннотация
В работе представлены трехмерная математическая модель, методика расчета коэффициента шлакования и результаты расчета процесса образования шлаковых отложений на неохлаждаемом зонде в топочной камере огневого стенда мощностью 5 МВт. Результаты расчетов коэффициента шлакования для бурого угля и сравнение с экспериментальными данными показали, что разработанная методика расчета коэффициента шлакования позволяет предсказывать шлакующие свойства угля.