Журнал «Труды Академэнерго» № 3 — 2019 год

И.А. Давлетшин, А.А. Валеев, Н.И. Михеев, А.А. Паерелий
режимы течения двухкомпонентной жидкой смеси «вода+exxsol» в горизонтальном канале (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 7-15). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-7-15.
e-mail: Davlet60@mail.ru,valei93@mail.ru, n.miheev@mail.ru, tapaereliy@yandex.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: многокомпонентные смеси, режимы течения, гидравлические потери, смешение, разделение.
Аннотация
Разработана экспериментальная установка для исследований гидродинамических процессов в потоках многокомпонентных смесей. Проведены исследования структуры потока и гидравлического сопротивления в широком диапазоне состава смеси. Смешение компонентов производилось гидродинамическим способом за счет турбулентного перемешивания в рабочем канале (трубе). Состав смеси определялся путем измерения расходов компонентов.

В.Г. Крюков, Ф.Х. Халиуллин
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭКСТРАКТОРЕ «CROWN MODEL» (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 16-38). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-16-38.
e-mail: vkrioukov@mail.ru, khaliullin_kai_adis@mail.ru
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева — КАИ
Ключевые слова: математическая модель, противоточные пересекающиеся потоки, экстракция масла, пористые среды, массообмен, диффузия, снарядный режим течения.
Аннотация
В работе развивается ранее созданная математическая модель гидродинамических и массообменных процессов в промышленном экстракторе типа «Crown Model». Предварительно на специально созданной автономной установке, имитирующей движение мисцеллы через пористую среду (жмых), был обнаружен «снарядный» режим течения. Поэтому комплексная модель была модифицирована, чтобы кроме учитываемых ранее процессов имитировать этот режим. Достоинством новой разработки является учет влияния производительности насосов прокачки мисцеллы на скорость экстракции масла из жмыха. Проведено сравнение с экспериментальными данными. Выполнены численные исследования и дан анализ полученных результатов. Представлены 3-х мерные графики распределения концентраций масла в фазах «bulk», «pore» и «solid» по всему полю экстракции.

Р.Ф. Камалов, В.О. Здор
ВЛИЯНИЕ РАСХОДА МАЗУТА НА ТЕПЛООБМЕН И ГИДРОДИНАМИКУ В РЕЗЕРВУАРЕ ХРАНЕНИЯ (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 39-51). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-39-51.
e-mail: rustemran@mail.ru, zdor_victoria@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: математическая модель, мазутное хозяйство, численные исследования, циркуляционный подогрев, резервуар хранения.
Аннотация
В данной работе проведено моделирование тепловых и гидродинамических процессов при циркуляционном подогреве мазута в резервуаре хранения. Представлены результаты численных исследований в виде распределения тепловых и гидродинамических характеристик в резервуаре. Получены зависимости температуры мазута на выходе из резервуара и среднеобъемной температуры мазута в резервуаре от времени нагрева и режима работы мазутоподогревателя. Определено время нагрева мазута в резервуаре с режима «холодного» резерва до режима «горячего» резерва.

В.И. Ряжских^*, А.М. Кокарев^**, М.И. Слюсарев^**
Стабилизация функционирования воздухоразделительной установки малой производИтельности в азотном режиме (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 52-70). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-52-70.
e-mail: ryazhskih_vi@mail.ru, Kokarev36@bk.ru, mslyusarev52@yandex.ru
^*Воронежский государственный технический университет
^**Военный учебно-научный центр ВВС «Военно-воздушная академия»
Ключевые слова: энергонапряженные установки, ректификация воздуха, тепловые возмущения, динамика, стабильность, эксплуатационные характеристики
Аннотация
Квазинепрерывные энергонапряженные установки, включающие аппараты периодического действия, генерируют тепловые возмущения в технологических средах и вызывают переходные процессы, ухудшающие показатели эффективности оборудования. На примере воздухоразделительной установки малой производительности рассмотрена задача аппаратно-параметрической оптимизации процесса получения жидкого азота при внесении теплового возмущения в поток питания в момент переключения адсорберов блока очистки и осушки воздуха с целью улучшения эксплуатационных характеристик блока разделения воздуха. Натурным экспериментом на газодобывающей станции ТКДС-100В установлено определяющее влияние уровня кубовой жидкости на стабильность работы ректификационной колонны. Разработанная динамическая модель процесса ректификации, реализованная в среде MatLab/Simulink, позволила установить, что рост давления в колонне до закритических значений при тепловом возмущении потока питания связан с тепловой инерционностью кубовой жидкости. Определена предельная масса жидкости, превышение которой обеспечивает стабильность системы к тепловым возмущениям в потоке питания станции ТКДС-100В. 

М.Е. Орлов
Концептуальные ОСНОВЫ совершенствования Существующих паротурбинных ТЭЦ (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 71-92). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-71-92.
e-mail: mio@ulstu.ru
Ульяновский государственный технический университет
Ключевые слова: теплоэлектроцентрали, повышение энергетической эффективности, энергосберегающие технологии, использование низкопотенциальных теплоносителей, снижение затрат условного топлива
Аннотация
Проанализированы основные проблемы паротурбинных ТЭЦ и рассмотрены перспективы их дальнейшего развития. Разработаны энергетически эффективные технологии работы ТЭЦ, позволяющие снизить затраты топливно-энергетических ресурсов при их эксплуатации. В частности, предложено использовать технологии работы ТЭЦ с параллельным включением базовых и пиковых источников теплоты при пониженном температурном графике в теплосети и количественными способами регулирования нагрузки. При помощи графо-аналитического метода анализа графиков тепловой нагрузки ТЭЦ доказана целесообразность использования избытков пара производственных отборов турбин для обеспечения пиковой тепловой мощности. Разработаны энергоэффективные технологии использования теплоты основного конденсата турбин для нагрева различных потоков теплоносителей, энергии струи природного газа для охлаждения потока подпиточной воды теплосети. Обоснована возможность снижения эксплуатационных затрат на резервные топливные хозяйства ТЭЦ.

Н.В. Бойченко, А.В. Туманов
ПОСТРОЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ В ТЕРМИНАХ УПРУГИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 93-106). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-93-106.
e-mail: nataboi@ya.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: вероятность разрушения, распределения Вейбулла, вязкость разрушения, коэффициент интенсивности напряжений
Аннотация
Экспериментальные программы механики разрушения обычно включают в себя отдельные группы образцов с различными геометрическими характеристиками (форма и размер). Такое разнообразие образцов влияет на достоверность статистической оценки разрушения. В настоящей работе представлена методология, основанная на обобщенной локальной модели, описываемой трехпараметрическим распределением Вейбулла, которая позволяет получить кумулятивную функцию распределения вероятности разрушения, основываясь на совместной оценке экспериментальных испытаний, включающих образцы различной формы и размеров.
Объектами исследований являлись компактные образцы при внецентренном растяжении и балочные образцы для испытаний на трехточечный изгиб, изготовленные из сталей: 34XH3MA, Р2 и S55C, титанового (Ti6Al4V) и алюминиевого (7050) сплавов. В рамках каждой геометрии образца варьировались относительная длина трещины и толщина образца, а для образцов из титанового и алюминиевого сплавов дополнительным фактором для статистической оценки выступало направление вырезки образца относительно оси главных технологических деформаций.
Получены интегральные функций распределения вероятности разрушения в терминах упругих коэффициентов интенсивности напряжений для всех рассмотренных в работе материалов. Полученные кривые позволяют определить диапазон значений упруго коэффициента интенсивности напряжений, в пределах которого произойдет разрушение и оценить его вероятность. Показана зависимость вероятности разрушения материала от типа образца, его толщины, а также от направления вырезки образца относительно оси главных технологических деформаций.

А.П. Захаров, Д.А. Косов, Д.И. Федоренков, Д.В. Федотова
развитиЕ поверхностных трещин в материале лопаток паровых турбин (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 107-121). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-107-121.
e-mail: alex.zakharov88@mail.ru, dima45001@gmail.com, dif-96@mail.ru, prosvirnina_95@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: поверхностные дефекты, лопатки паровых турбин, метод конечных элементов, пластический коэффициент интенсивности напряжений, скорость роста трещины, диаграмма усталостного разрушения.
Аннотация
В настоящей работе проведено комплексное расчетно-экспериментальное исследование развития поверхностных трещин в стали 2Х13. Объектом исследования являлись цилиндрические образцы с полуэллиптическими трещинами, вырезанные из рабочих лопаток цилиндра низкого давления конденсационной паровой турбины К-200-130. Экспериментально установлены закономерности развития полуэллиптических трещин в образцах с различными исходными надрезами, имитирующими эксплуатационные повреждения на передней кромке рабочих лопаток паровых турбин для разных уровней прикладываемых номинальных напряжений. Обобщение взаимосвязи раскрытия поверхностного дефекта и соотношения размеров по двум направлениям развивающейся трещины в цилиндрических образцах, вырезанных из лопаток паровых турбин при циклическом нагружении, представлено в виде аппрокисмационных функций.
Численными расчетами для экспериментальных траекторий распространения поверхностных трещин в цилиндрических образцах определены упругие и пластические параметры полей напряжений в вершине трещины. Диаграммы циклической трещиностойкости в интерпретации упругих и пластических коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) представлены для двух направлений развития поверхностной трещины. Проведен анализ и описание влияния условий нагружения и размеров исходных дефектов на комплекс характеристик сопротивления деформированию и разрушению материала лопаток паровых турбин.

Д.В. Ермолаев, С.С. Тимофеева
ВЛИЯНИЕ МОДЕЛЕЙ СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТЕНОВ ВЫСОКОВЯЗКОГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУЧАЕМОГО СИНТЕЗ-ГАЗА (Труды Академэнерго. 2019. N 3. pp. 122-134). doi:10.34129/2070-4755-2019-56-3-122-134.
e-mail: energoed@mail.ru, zvezdochka198512@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ КазНЦ РАН, Казань, Россия
Ключевые слова: нефть, битум, асфальтены, структура, синтез-газ, моделирование.
Аннотация
В статье приведено исследование влияния различных моделей структуры асфальтенов на энергетические характеристики синтез-газа, получаемого при проведении процесса газификации. Результаты показали, что при моделировании паровой газификации асфальтенов содержание основных компонентов синтез-газа в рассмотренных моделях структуры следующее: H₂ 12,1-13,1%; CO 29,6-33,2%; CO₂ 39,1-39,4% и CH₄ 4,8-5,7%. Образующиеся при газификации сернистые соединения имеют следующие концентрации: H₂S 12-12,6%;  COS 60,8-62,4% и CS₂ 25,5-26,6%. Количество образуемого коксового остатка составляет от 16,4 до 20,5% в зависимости от модели структуры асфальтенов. Значения теплотворной способности образующегося синтез-газа варьируются от 13731 до 14272 кДж/кг. Наибольшее значение соответствует модели асфальтена с порфириновыми комплексами.