ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ
ОПИСАНИЕ КРАТКОВРЕМЕННОГО ПРОЦЕССА УРАВНЕНИЕМ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ С ДРОБНЫМИ ПРОИЗВОДНЫМИ
Ю.А. Кирсанов*, А.Ю. Кирсанов**
kirsanov-yury@mail.ru, akirsanov@list.ru
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-7-19
*Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр (ИЭПТ ФИЦ КазНЦ) РАН
**ФГБОУ ВО Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ (КНИТУ-КАИ)
Ключевые слова: теплопроводность, физический эксперимент, математические модели, дробные производные, переходные процессы, тепловая релаксация, термическое демпфирование.
Аннотация
Рассмотрены модели теплопроводности Фурье (Fourier), Каттанео-Вернота (Cattaneo-Vernotte), Максвелла-Каттанео-Лыкова (Maxwell-Cattaneo-Luikov) и модели с дробными производными температуры и теплового потока по времени. Построен алгоритм численного решения обобщенной задачи одномерной теплопроводности, включающий в себя все перечисленные модели, с граничными условиями третьего рода и разностными аналогами дифференциальных операторов второго порядка точности по координате и времени. Получены значения параметров (число Био, время тепловой релаксации и термического демпфирования, показатели дробных производных), описывающие экспериментальные переходные процессы в центре и на поверхности низко теплопроводного тела, для перечисленных моделей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОСИСТЕМ, КАК ОСНОВА ОЦЕНКИ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
В.И. Круглов, И.И. Шарипов
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-20-28
sharipov.ii@kgeu.ru
Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: прогнозирование технического состояния, термодинамические параметры, метод группового учета аргументов
Аннотация
В статье авторами представлен подход к прогнозированию времени отказа энергетических систем на основе контроля их термодинамических параметров. Решение этой проблемы может способствовать переходу к стратегии эксплуатации по фактическому состоянию. Для прогноза был выбран хорошо апробированный метод группового учета аргументов (МГУА), нашедший широкое применение в решении сложных научно-технических задач. Представлены результаты прогноза времени отказа двух газотурбинных двигателей НК-8-2У по результатам измерения основных технических параметров. Расчеты проводились в ходе эквивалентно-циклических испытаний на АО «Казанское моторостроительное производственное объединение». Результаты расчетов показали достаточную точность прогноза (не более 20-25 часов эксплуатации).
Массоперенос в вертикальном цилиндрическом инертном зернистом слое при аксиальном вводе потока
О.Н. Филимонова, А.С. Викулин, М.В. Енютина
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-29-41
olga270757@rambler.ru, mmiler5472@yandex.ru, maryena63@mail.ru
Военный учебно-научный центр ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»
Ключевые слова: зернистый слой, массоперенос, неоднородность потока, поле концентрации, псевдодиффузионная модель, выравнивающие устройства
Аннотация
На основе псевдодиффузионной модели с ортотропным тензором дисперсии представлен инструментарий анализа влияния неоднородности массового потока субстанции на входе в рабочую зону аппарата с инертным неподвижным цилиндрическим зернистым слоем в виде нестационарной краевой задачи для линейного дифференциального уравнения в частных производных параболического типа с начальным условиям, соответствующего устройству, нивелирующего неоднородность. Получено аналитическое решение сформулированной задачи последовательным применением полуограниченного интегрального преобразования Лапласа и конечного интегрального преобразования Ханкеля, верифицированы структуры функций, описывающих входной поток в результате использования выравнивающих систем (распределительные решетки и рассеивающие диски). Вычислительные эксперименты позволили количественно описать картину неоднородности концентрационных полей в зависимости от значений коэффициентов дисперсии потока и применяемого типа выравнивающего входной поток устройств. Показано, что без выравнивающих элементов входной поток создает существенную неоднородность концентрационного поля в аппарате, причем наибольшую эффективность в этом аспекте из рассмотренных устройств имеет диск по сравнению с решеткой из-за формирования более «гладкого» входного профиля концентрации. Конкретный пример оценки неоднородности полей концентрации в блоке комплексной очистки воздухоразделительной установки показал эффективность предложенного подхода.
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И СРАВНЕНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРОДИНАМИКИ КОРИДОРНОГО ПУЧКА ТРУБ КРУГЛОЙ И КАПЛЕВИДНОЙ ФОРМЫ
Дееб Равад*/**, А.В. Колотвин**
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-42-59
e.rawad.deeb@yandex.com, kolotvinav@mpei.ru
*Университет Дамаска
**ФГБОУ ВО Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Ключевые слова: каплевидные трубы, деформация, число Нуссельта, коэффициент трения, коэффициент давления, численное моделирование, CFD.
Аннотация
В работе проводится численное исследование и сравнение гидродинамики и теплообмена коридорного пучках труб круглой и каплевидной формы с помощью программного пакета ANSYS Fluent. Исследование выполнено в диапазоне изменения чисел Рейнольдса Re = 1,3х103 ~ 18,7х103, для поперечного шага труб в пучке ST=37 мм и продольных шагов SL=37, 46,25 мм. Получены уравнения для расчета среднего числа Нуссельта Nu и коэффициента трения f, в зависимости от числа Рейнольдса, с учетом напряженно-деформированного состояния труб. Показано распределение коэффициента давления по половине периметра трубы третьего ряда. Результаты исследования показали, что коэффициент давления и теплоотдача каплевидных труб зависят от продольного шага в пучке коридорной компоновки, а теплоаэродинамические характеристики каплеобразных труб лучше по сравнению с трубами круглого сечения.
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
ОЦЕНКА МОДЕРНИЗАЦИИ ВКЛЮЧЕНИЯ ГАЗООТВОДЯЩИХ АППАРАТОВ ВАКУУМНЫХ ДЕАЭРАТОРОВ
О.В. Пазушкина, М.В. Золин
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-60-73
o.pazushkina@yandex.ru, zolinm6@gmail.com
Ульяновский государственный технический университет
Ключевые слова: тепловая электростанция, термическая деаэрация воды, вакуумный деаэратор, газоотводящие аппараты, водоструйный и пароструйный эжекторы.
Аннотация
При эксплуатации вакуумных деаэрационных установок достаточно актуальным остается вопрос повышения надежности газоотводящих аппаратов, поскольку с их отказами связано большое количество нарушений вакуумной деаэрации воды. В качестве аппаратов для отвода неконденсирующихся коррозионно-агрессивных газов из вакуумных деаэраторов применяются струйные газоотводящие аппараты – эжекторы. В статье представлено подробное описание конструкций существующих типов пароструйных и водоструйных эжекторов, приведена их классификация и оценена сфера применения. Также представлены схемы включения эжекторов, выполнена оценка каждого из типов эжекторов. В частности, в данной статье рассмотрена схема работы ТЭЦ с комбинированным применением пароструйных и водоструйных эжекторов, выполнена оценка осуществляемой на Ульяновской ТЭЦ-2 модернизации, связанной с дополнительной установкой водоструйного эжектора.
СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОДГОТОВКИ УЛЬТРАЧИСТОЙ ВОДЫ ДЛЯ ПИТАНИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
А.А. Филимонова, Н.Д. Чичирова, А.А. Чичиров, А.А. Баталова, А.Г. Филимонов
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-74-84
aachichirova@mail.ru
Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: котел-утилизатор, органические вещества, водоподготовка, ТЭЦ
Аннотация
В статье представлен обзор современных высокопроизводительных парогазовых установок и газотурбинных установок с котлами-утилизаторами. Приведен прогноз внедрения газотурбинного оборудования на ТЭС в мире и в России. Дана классификация ГТУ по степени энергетической эффективности и эксплуатационным характеристикам. Котлы-утилизаторы охарактеризованы с позиции конструкции и связанными с ней производительностью и КПД. Для достижения высоких параметров эксплуатации газотурбинного и котельного оборудования необходимо использование, в том числе, современного водоподготовительного оборудования. В статье рассмотрены современные эффективные технологии, лидирующее место среди которых занимают мембранные, и, особенно, баромембранные методы подготовки питательной воды-котлов утилизаторов. В тоже время технология ионного обмена остается одной из самых востребованных на ТЭС РФ.
ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ
ОБЗОР ТЕОРИЙ ГРАДИЕНТНОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ
Р.М. Хамидуллин
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-85-98.
ruslankhamidullin94@mail.ru
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Ключевые слова: дислокации, градиентная пластичность, геометрически необходимые дислокации, плотность дислокаций, градиент деформаций
Аннотация
Теории градиентной пластичности имеют перспективы применения для оценки несущей способности конструкций, поскольку они более точно описывают поля напряжений в области вершины трещины путем включения влияния плотности распределения дислокаций. Теории градиентной пластичности учитывают масштабные эффекты, полагая, что напряжения зависят не только от деформаций, но и от градиента деформаций. Основная идея заключается в том, что упрочнение материала происходит за счет изменения общей плотности дислокаций, часть из которых выводится из градиента напряжений. Эти дислокации начинают играть доминирующую роль в процессе деформирования металлов на микроуровне. В настоящей работе произведен литературный обзор теорий градиентной пластичности, которые не только рационализируют масштабные эффекты, но и помогают понять процессы, происходящие в области вершины трещины при наличии наибольших градиентов пластических деформаций.
ЭКОНОМИКА, ЭКОЛОГИЯ, НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЦЕССЫ В ЭНЕРГЕТИКЕ
ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАТРАТ НА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ООО «ПРОМЭНЕРГО» ПРИ ПОМОЩИ СИСТЕМЫ НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Б.Х. Валиев, А.Г. Логачева, Ю.Н. Зацаринная
doi:10.34129/2070-4755-2020-60-3-99-113
bulatvaliev98@icloud.com, logacheva.alla@yandex.ru, waysubbota@gmail.com
Казанский государственный энергетический университет
Ключевые слова: ценовые категории, системы накопления электроэнергии, розничный рынок, оплата электроэнергии, накопитель «за счетчиком», снижение затрат, литий-ионный аккумулятор, окупаемость
Аннотация
Ключевой предпосылкой развития новой электроэнергетики в России является качественное изменение поведения потребителей в розничном секторе. В условиях высоких затрат на оплату потребляемой электроэнергии и мощности в пиковые часы у российских промышленных потребителей есть основания устанавливать накопители электроэнергии на своей площадке. Основной причиной является возможность уменьшить расходы на оплату электроэнергии путем ценового арбитража и сглаживания пиков потребления. Нами было рассмотрено промышленное предприятие малой мощности, приобретающее электрическую энергию у гарантирующего поставщика и осуществляющее расчеты по третьей ценовой категории. На основании текущих и прогнозных цен на электроэнергию и мощность на территории Республики Татарстан составлен прогноз окупаемости литий-ионных накопителей установленной мощностью 10 и 19 кВт, рассчитанных на выдачу электроэнергии в течение четырех часов. Расчеты показали, что установка накопителя у промышленного потребителя, т.е. «за счетчиком», может быть целесообразной для оптимизации затрат на электроснабжение в условиях Республики Татарстан уже сегодня.