Журнал «Труды Академэнерго» № 4 — 2019 год

Теплообмен при ламинарном течении четырех модальной жидкости Фан-Тьен Таннера в круглой трубе
Е.К. Вачагина, А.И. Кадыйров
vachaginae@mail.ru, aidarik@rambler.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: жидкость Фан-Тьен–Таннера, число Вайсенберга, число Нуссельта, вязкоупругая жидкость, течение, теплообмен
Аннотация
В настоящей работе представлена математическая модель теплообмена при течении 4-х модальной линейной жидкости Фан-Тьен-Таннера в круглых трубах и разработан метод ее решения в параметрическом виде. Проведен анализ характера профиля скорости для различных значений числа Вайсенберга. Для получения решения уравнения переноса энергии использован метод разложения искомых функций в степенные ряды. Получено распределение чисел Нуссельта по длине трубы для различных значений чисел Вайсенберга.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-7-20.

ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ МАСШТАБНОГО ПЕРЕХОДА В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
А.Г. Лаптев^*, М.И. Фарахов^**, Е.А. Лаптева^*
Tvt_kgeu@mail.ru
^*ФГБОУ ВО Казанский государственный энергетический университет
^**ООО ИВЦ «Инжехим»
Ключевые слова: массообмен, масштабный переход, структура потока, численное моделирование.
Аннотация
Рассмотрена актуальная проблема масштабирования промышленных аппаратов химической технологии, которая заключается в снижении эффективности проводимых процессов при увеличении размеров аппаратов, особенно в двухфазных средах. Представлены основные причины масштабных эффектов, связанным с усилением гидродинамических неоднородностей в аппаратах без применения специальных конструктивных решений. Даны основные подходы и методы решения масштабного перехода, основные на моделях структуры потоков, гидродинамическом моделировании, сопряженном физическом и математическом моделировании и численных методах. Рассмотрены преимущества и недостатки данных подходов и методов. Показаны результаты численного моделирования аппаратов при наличии гидродинамических неоднородностей и их влияние на эффективность проводимых процессов в аппаратах химических технологии.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-21-35.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШУМОГЛУШЕНИЯ В ГЛУШИТЕЛЕ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
Д.А. Теляшов, Г.И. Павлов, П.В. Накоряков, Е.А. Суховая
assaulttelov@mail.ru, pavlov16@mail.ru, nakorjakov@mail.ru,
sukhovay-ekaterina@yandex.ru
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
Ключевые слова: шумоглушение, псевдоожиженный слой, аэродинамический клапан, камера пульсирующего горения
Аннотация
Целью работы является исследование характеристик глушителя шума, основанного на псевдоожиженном слое. Основным методом исследований является экспериментальный. В работе приведены результаты экспериментальных исследований по определению влияния размеров гранул на эффект шумоглушения и гидравлического сопротивления псевдоожижженного слоя.  Исследования проводились на испытательном стенде, позволяющем моделировать газодинамические процессы в аэродинамическом клапане камеры пульсирующего горения. Полученные результаты легли в основу создания глушителя шума аэродинамического клапана камеры пульсирующего горения.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-36-50.

МЕТОДЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ТУРБОМАШИН
М.М. Яковлев, Р.Р. Яруллин
yakovlev.mikhail.m@yandex.ru, yarullin_r@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: имитационное моделирование, газотурбинный двигатель, паротурбинный двигатель, диск компрессора, диск турбины, рабочие лопатки, усталостная долговечность, ресурс, напряженно-деформированное состояние
Аннотация
В данной работе приведен обзор методов имитационного моделирования условий эксплуатации элементов конструкций. Рассмотрены теоретические, численные и экспериментальные основы принципов имитационного моделирования. Проведен обзор наиболее известных работ в данной области. Продемонстрированы преимущества имитационного моделирования по отношению к традиционным методам испытаний образцов и натурных конструкций.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-51-64.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ УСТАЛОСТИ И ПОЛЗУЧЕСТИ
А.В. Туманов
tymanoff@rambler.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: взаимодействие усталости и ползучести, накопление повреждений, поврежденность, прогнозирование долговечности
Аннотация
В данной работе представлены численные результаты прогнозирования остаточной долговечности для титанового сплава ВТ3-1 при взаимодействии усталости и ползучести на основе моделей накопления повреждений при темпрературе 370°С. В основу прогнозирования были положены модель накопления повреждений Качанова-Работнова при ползучести и модель Duyi-Zhenlin при усталости. Вклад каждого вида нагружения в обобщенный параметр поврежденности вычислялся по закону предложенному Skelton. Прогнозирование основано на численном расчете путем интегрированиея данных законов накопления повреждений в программный комплекс расчетов по методу конечных элементов ANSYS. Моделировалось гармоническое нагружение с площадкой выдержки под нагрузкой в верхней точке цикла. Интегрированная модель накопления и развития повреждений позволяет, для заданного вида нагружения определять долговечность деталей конструкций при взаимодействии усталости и ползучести. Модель рекомендуется использовать для случаев, когда применение скалярного параметра поврежденности обосновано.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-65-75.

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД АЭС НА ОСНОВЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Р.З. Аминов, В.Е. Юрин, М.А. Муртазов
urin1990777@bk.ru
Саратовский научный центр Российской академии наук
Ключевые слова: атомная электростанция, многофункциональная дополнительная паротурбинная установка, резервирование собственных нужд АЭС, оценка надежности, обесточивание, повреждение активной зоны.
Аннотация
Современные системы безопасности имеют ряд недостатков, таких как дороговизна и одноцелевое использование, ведущее за собой затраты на поддержание в рабочем состоянии. Авторами разработан 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 паровой турбины. В работе проведена предварительная оценка надежности аварийного электроснабжения собственных нужд на АЭС посредством традиционных систем аварийного электроснабжения с дизель-генераторами и при использовании дополнительной паротурбинной установки для периодов ее приработки и нормальной эксплуатации. При расчете были использованы опубликованные на основе проведённого в США крупного исследования данные по проценту незапуска дизель-генераторов. Результаты оценки демонстрируют значительное расхождение зависимостей интенсивности отказов исследуемых систем при разных процентах незапуска дизель-генераторов. Трех канальная система аварийного электроснабжения с тремя дизель генераторами, закладывающаяся ранее на этапе проектирования АЭС, уже в полной мере не удовлетворяет нормам безопасности МАГАТЭ. Установка дополнительной постоянно действующей многофункциональной паровой турбины небольшой мощности на АЭС является одним из эффективных способов резервирования собственных нужд в аварийных ситуациях с обесточиванием, позволяющим обеспечить современные требования и нормы безопасности.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-76-87.

ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЭС ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОБОРУДОВАНИЯ ПУСКОРЕЗЕРВНОЙ КОТЕЛЬНОЙ
В.А. Хрусталев, М.В. Гариевский
khroustalevva@mail.ru, garievsky.michael@gmail.com
Саратовский научный центр Российской академии наук
Ключевые слова: атомная электростанция, пускорезервная котельная, энергокомплекс, маневренность, переменные нагрузки
Аннотация
Цель работы показать условия эффективности использования на площадке АЭС оборудования пускорезервной котельной (ПРК) для получения в дефицитные для энергосистемы периоды дополнительной мощности. С этой целью применен метод оценки топливной эффективности на основе стоимости теплоты в условных эквивалентах. Работа выполнена на основе оборудования газовой пускорезервной котельной Балаковской АЭС с использованием приоритетных схем соединения ПРК с ближайшим энергоблоком путем направления пара из ПРК по предусмотренным соединительным паропроводам в цилиндр низкого давления основной турбоустановки АЭС. Предложенный вариант реконструкции пускорезервной котельной на базе АЭС позволяет обеспечить выработку пиковой мощности при высокой экономичности работы турбоустановок АЭС и пускорезервной котельной. При этом цена на продаваемую пиковую энергию должна быть выше, чем на базовую при достаточной загруженности по годовой выработке пара от ПРК.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-88-97.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПАРОПРОВОДА
Ю.В. Ваньков, Э.Р. Базукова, Н.Д. Якимов, Е.Г. Шешуков, Н.Д. Чичирова
yvankov@mail.ru
Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: тепловые потери, метод тепловой стенки, деструкция тепловой изоляции, паропровод, энергосбережение.
Аннотация
Работа посвящена решению задачи повышения энергоэффективности при транспортировке пара от источника теплоснабжения к промышленному предприятию. Объектом исследования является система транспортировки и распределения тепловой энергии, предметом исследования – методы оценки состояния тепловой изоляции трубопроводов. Известно, что применяемые в настоящее время теплоизоляционные материалы вследствие деструкции могут привести к увеличению коэффициента теплопроводности на 20-30% уже в первые годы эксплуатации. Своевременная оценка состояния теплоизоляции паропроводов позволит существенно сэкономить первичные энергоресурсы. Оценка изменения коэффициента теплопроводности изоляции паропровода осуществлялась с помощью устройства, в основе работы которого лежит метод дополнительной стенки. Разработанная система контроля свойств теплоизоляции реализована в среде LabVIEW. Проведен расчет удельных тепловых потерь надземного паропровода с учетом тепловой деструкции изоляции. Проведена оценка ненормативных тепловых потерь паропровода промышленного предприятия.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-98-108.

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В МОДЕЛЯХ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ
О.В. Соловьева, Н.Д. Якимов, Н.Д. Чичирова
solovyeva.ov@kgeu.ru
Институт теплоэнергетики ФГБОУ ВО Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: высокопористый ячеистый материал, конвективный теплообмен, численное моделирование, случайная и упорядоченная упаковка
Аннотация
В работе рассмотрено течение газа в среде из алюминиевого высокопористого ячеистого материала с двумя различными значениями пористости среды:  и . Созданы модели пористых сред с упорядоченной и неупорядоченной структурой, в обоих случаях пористая среда строится набором пересекающихся сфер. Численное моделирование течения газа и теплообмена в пористой среде проводится методом контрольных объемов в программном пакете ANSYS Fluent (v. 19.0). Результаты расчета перепада давления хорошо коррелируют с результатами расчетов, полученными по полуэмпирической зависимости. В виду наилучшего перемешивания потока конвективный теплообмен интенсивнее в модели пористой среды со случайным расположением ячеек. Наибольшая пористость среды () обеспечивает наименьшее значение перепада давления и увеличивает значение теплоотдачи. Показано, что в пористой среде любой геометрии число Нуссельта увеличивает с ростом числа Рейнольдса. При этом высокопористый ячеистый материал со случайным расположением пор в пространстве и максимальным значением пористости среды является предпочтительным для использования его в качестве теплообменника.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-109-121.

КОМПОЗИЦИОННОЕ ТОПЛИВО НА ОСНОВЕ ТОРФА И ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
С.С. Тимофеева, С.И. Исламова, Д.В. Ермолаев
zvezdochka198512@mail.ru, isvetulia@mail.ru, energoed@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: торф, древесные опилки, композиционное топливо, брикеты, формование, свойства.
Аннотация
Проведены экспериментальные исследования процесса получения композиционного топлива на основе торфа и древесных добавок. В качестве исходного сырья выбраны низинный и верховой типы торфов низкого качества. При формовании брикетов использовались добавки хвойных пород. Результаты исследований показали, что древесные добавки к торфяным брикетам позволяют улучшить теплотехнические характеристики топлива.
doi: 10.34129/2070-4755-2019-57-4-122-132.