| ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ |
Параметрический метод решения задачи о неизотермическом течении многомодальной жидкости ГИЕЗЕКУСА в круглой трубе
А.И. Кадыйров*, Е.К. Вачагина*, Э.М. Хуснутдинова**
aidarik@rambler.ru, vachaginae@mail.ru, rr-088@mail.ru
*Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
**ФГАОУ ВО Казанский (Приволжский) федеральный университет
Ключевые слова: вязкоупругая жидкость, модель Гиезекуса, метод Фурье, задача Штурма-Лиувилля, параметрический метод решения, двумодальная жидкость
Аннотация
Разработан параметрический метод решения задачи о неизотермическом течении многомодальной жидкости Гиезекуса в круглой трубе. Рассмотрены тепловые граничные условия первого рода. Решение задачи включает параметрическое представление зависимостей градиента скорости сдвига, осевой составляющей вектора скорости, касательных и нормальных напряжений, температурных полей от геометрической переменной. Реализация разработанного метода рассмотрена на примере неизотермического течения водного раствора Sterocoll FD с 0,5 долей Sterocoll D в круглой трубе. Дана оценка вклада первой и второй моды в тензор напряжений. Выполнен анализ распределения локальной и нормализованной температур по длине трубы.
ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КАНАЛОВ С ИНТЕНСИФИКАТОРАМИ ДЛЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ
Т.М. Фарахов*, Е.П. Афанасьев**, А.Г. Лаптев***
farahof@gmail.com*, AfanasevEP@mail.ru**, tvt_kgeu@mail.ru***
*ИВЦ «Инжехим»
**ООО «Газпром переработка»
***ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет»
Ключевые слова: интенсифицированный теплообмен, хаотичные насадки, структура потока, перемешивание среды, жидкие углеводороды.
Аннотация
Рассмотрены способы повышения эффективности при нагревании или охлаждении вязких углеводородных смесей в каналах, которые обеспечивают переход от ламинарного режима к турбулентному. Для расчета конструктивных и режимных характеристик каналов с интенсификаторами представлена математическая модель, основанная моделях структуры потоков и тепловых числах единиц переноса. Получено выражение для расчета требуемой поверхности теплопередачи при заданной тепловой эффективности процесса. Даны сравнительные характеристики каналов с различными способами интенсификации теплообмена с вязкими углеводородными смесями.
| ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА |
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С РЕВЕРСИВНЫМ ЗОНДОВЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВЛАЖНОГО ПАРА
А.В. Коваленко*, С.Л. Малышев**
aleks_dr11@rambler.ru, pamir.61@mail.ru
*ОАО «РосНИПИтермнефть»
**ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии»
Ключевые слова: влажный пар, степень сухости, расход, фаза.
Аннотация
Рассмотрены результаты испытаний опытных образцов измерительной системы расхода влажного пара, разработанной Электрогорским научно-исследовательским центром (ЭНИЦ), проведённых на стендах ЭНИЦ и в условиях эксплуатации на Балаковской АЭС. Приводится обоснование того, что известная измерительная система определяет лишь промежуточные параметры расхода: скорость и плотность паровой фазы контролируемого потока. Для определения массового расхода влажного пара в паропроводах парогенераторов энергетического реактора предложено дополнить информационный базис измерительной системы текущим значением параметра степени сухости.
CFD-МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА В ПОРИСТОМ СЛОЕ КАТАЛИЗАТОРА ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО РЕГЕНЕРАТОРА
Д.И. Пащенко, Р.М. Мустафин
pte@samgtu.ru
Самарский государственный технический университет
Ключевые слова: аэродинамическое сопротивление, вычислительная гидродинамика, катализатор, конверсия метана, термохимическая регенерация теплоты.
Аннотация
Одной из задач в инженерных расчетах систем термохимической регенерации теплоты является определение аэродинамического сопротивления слоя катализатора в термохимическом регенераторе. Исследование динамики потока осуществлено экспериментально и численно. Вычислительный эксперимент выполнен в программном продукте ANSYS Fluent. Осуществлено научное обоснование и верификация заложенных в ANSYS Fluent физико-математических подходов для задачи моделирования динамики газового потока в пористых средах. Определены потери давления в слое катализатора для различных скоростей потока на входе в регенератор. Полученные результаты верифицированы с экспериментальными данными. Для полученных результатов наблюдается характерная квадратичная зависимость потерь давления от скорости ∆p=f(w2). На основании данных CFD-моделирования установлено, что коэффициент местных потерь (ξ) слоя катализатора зависит от скорости газового потока, протекающего через слой. С уменьшением скорости потока увеличивается значение коэффициента местных потерь. Так, если для скорости 1м/с коэффициент ξ=140, то для скорости 0,2м/с коэффициент ξ=168. Разработанная модель позволяет производить вычислительные эксперименты для каталитических слоев, заполненных гранулами различной формы и пористости. Полученные результаты могут быть использованы в инженерных расчетах способа повышения энергетической эффективности теплотехнологических и теплоэнергетических установок, который основан на термохимической трансформации тепловой энергии дымовых газов в химическую энергию нового синтетического топлива, а также в расчетах химических реакторов паровой конверсии метана. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы для расчета печей конверсии метана, в которых используются пористые катализаторы на основе оксида никеля.
| ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ |
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОДОРОДНОГО КОМПЛЕКСА С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНОЙ ПРИ КОМБИНИРОВАНИИ С АЭС
А.Н. Байрамов*, Д.Ю. Серов**
oepran@inbox.ru, serov.saratov.russia@yandex.ru
*ФГБУН Саратовский научный центр РАН
**Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
Ключевые слова: атомная электростанция, водородный энергетический комплекс, паро-водородный перегрев, дополнительная паровая турбина, себестоимость пиковой электроэнергии
Аннотация
Целью статьи является оценка конкурентной эффективности АЭС в комбинировании с водородным комплексом по сравнению с ГТУ в условиях покрытия пиковых электрических нагрузок в энергосистеме. Приводится принципиальная схема комбинирования АЭС с водородным комплексом на примере реактора ВВЭР-1000 с турбиной К-1000-60/1500. Обосновывается актуальность использования постоянно действующей дополнительной паровой турбины в составе водородного комплекса, работающей на вытесненном за счет водорода греющем паре, предназначенного для промперегрева. При этом дополнительная турбина используется в пиковые часы электрических нагрузок с поддержанием режима горячего вращающегося резерва в ночное время. Критерием сравнения является себестоимость пиковой электроэнергии. Учтены прогнозы цен на газовое и ядерное топливо до 2035г. Приводится методика оценки эффективности комбинирования АЭС с водородным комплексом с использованием дополнительной паровой турбины. В результате показано, что использование ГТУ связано с разгрузкой АЭС и это приводит к существенному возрастанию затрат ГТУ, что не эффективно.
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПРОДЛЕНИЕ РЕСУРСА ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ И ТЕПЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
И.А. Закирова, Н.Д. Чичирова, С.М. Маргулис
iazakirova@mail.ru, ndchichirova@mail.ru
Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: системы теплоснабжения, тепловые сети, тепловые потери, теплоизоляция, тонкопленочные покрытия, энергосбережение
Аннотация
Рассмотрены вопросы энергосбережения в системах централизованного теплоснабжения. В процессе эксплуатации тепловая изоляции, состоящая из минеральной ваты, используемой в качестве основного изоляционного слоя, и стеклопластика, в качестве покровного, деформируется и разрушается. Это влечет к повышению тепловых потерь через теплоизоляционную конструкцию при передаче тепловой энергии. В данной работе рассматривается применение тонкопленочного покрытия (ТПП) в конструкции существующей традиционной теплоизоляции тепловых сетей с целью повышения ее эффективности и снижения потерь тепловой энергии. Представлены результаты экспериментальных исследований по оценке эффективности применения ТПП на поверхности традиционной теплоизоляционной конструкции трубопроводов тепловых сетей с целью снижения потерь тепла. Также представлены результаты численного исследования тепловых процессов в толще тепловой изоляции. Ввиду того, что рассмотренный вид тепловой изоляции воздухопроницаем, а величина проницаемости зависит от состояния основного и покровного слоев, представлены результаты численного исследования влияние конвекции на теплообмен в пористой изоляции трубопроводов тепловых сетей с проницаемой оболочкой. Для анализа влияния ТПП на тепловые процессы и показатели эффективности рассмотрено два способа прокладки тепловых сетей — в помещениях и на открытом воздухе. Показан практический пример применения ТПП в конструкции существующей тепловой изоляции системы теплоснабжения Осиновского СП Зеленодольского района РТ.
| ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ |
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗАРОЖДЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ТРЕЩИНЫ ПОЛЗУЧЕСТИ В ДИСКЕ КОМПРЕССОРА
А.В. Туманов
tymanoff@rambler.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: накопление повреждений, поврежденность, коэффициент интенсивности напряжений при ползучести, скорость роста трещины при ползучести
Аннотация
Произведен расчет инициализации дефекта в диске компрессора в условиях чистой ползучести. Суммарная долговечность определялась как сумма времени инициализации дефекта и времени непосредственного роста трещины. В данной работе в основу расчета времени перехода от накопления микродефектов к непосредственному развитию макротрещины положена концепция поврежденности материала. Объектом исследования в данной работе является диск компрессора, выполненный из титанового сплава ВТ3-1. Уравнение описывающие скорость накопления повреждений были интегрированы в программный комплекс ANSYS. На основе численных расчетов было определено место и время инициализации дефекта. На основе концепций плотности энергии деформации и коэффициента интенсивности при ползучести было произведено прогнозирование роста трещины. На завершающем этапе анализа определена суммарная долговечность учитывающая как время зарождения дефекта, так и время роста трещины. Показано, что время инициализации дефекта вносит больший вклад в общую долговечность по сравнению со временем непосредственного роста трещины.
РАЗРАБОТКА И ЧИСЛЕННОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ДИСКА КОМПРЕССОРА ГТД
Р.Р. Яруллин, И.С. Иштыряков
yarullin_r@mail.ru, ivan_200999@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, диск компрессора, титановый сплав ВТ3-1, имитационная модель, напряженно-деформированное состояние
Аннотация
Проведена разработка и численное обоснование имитационной модели замкового соединения диска компрессора газотурбинного двигателя (ГТД), предназначенной для выполнения натурных испытаний на серво-гидравлическом стенде. Оснастка стенда и имитационная модель спроектированы таким образом, чтобы обеспечить воспроизведение основных силовых факторов эксплуатационного нагружения при испытаниях. Предложенная имитационная модель позволяет определить характеристики долговечности замкового соединения диска компрессора на стадиях образования и развития трещин в условиях повышенных температур и переменного характера нагружения, связанного с изменением параметров двигателя в процессе типового полета.
НелинейныЕ параметрЫ сопротивления разрушению ДЛЯ образцОВ при смешанных формах деформирования
А.П. Захаров*, А.М. Тартыгашева**
alex.zakharov88@mail.ru, tartigashevaa@mail.ru
*Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
**ФГБОУ ВО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»
Ключевые слова: смешанные формы деформирования, пластический коэффициент интенсивности напряжений, J-интеграл, трехосность напряжений.
Аннотация
Работа посвящена численному анализу комплекса нелинейных параметров сопротивления разрушению в полном диапазоне смешанных форм деформирования в экспериментальных образцах различных типов. Рассмотрены три типа образцов при различных комбинациях угла наклона трещины и двухосности нагружения с вариацией упруго-пластических свойств материала. В качестве исследуемых параметров выступали нелинейные характеристики сопротивления деформированию и разрушению в форме локального параметра трехосности напряжений, J-интеграла и пластического коэффициента напряжений. Установлено влияние геометрических параметров образцов, пластических свойств материала, а также условий смешанных форм нагружения на поведение рассматриваемых параметров.
Расчетно-экспериментальный метод определения констант уравнений накопления и развития повреждений при ползучести
А.В. Туманов, В.Н. Шлянников
tymanoff@rambler.ru, shlyannikov@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: накопление повреждений, поврежденность, зона процесса разрушения, скорость роста трещины при ползучести
Аннотация
В работе представлен расчетно-экспериментальный метод определения констант уравнений накопления и развития повреждений при ползучести. Предлагаемый метод позволяет однозначно определить константы материала, описывающие степенной характер накопления повреждений при одноосном нагружении на основе стандартных испытаний на ползучесть. Аналитически получена взаимосвязь между временем до разрушения и пределом длительной прочности, что дает возможность прогнозирования скорости роста трещины при ползучести. Закон накопления повреждений интегрирован в программный комплекс расчетов по методу конечных элементов ANSYS Mechanical. Предлагаемый в данной работе метод позволяет осуществить прогноз долговечности на стадии развития дефектов в материалах и элементах конструкций при высокотемпературном нагружении без произвола в определении входных параметров.