Методы и задачи разработки математических моделей теплоэнергетических установок Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательныхаппаратов

Библиографическая ссылка

1. ВентПрофиль - фильтрующие элементы для сетей воздуховодов [Электронный ресурс]. URL: http://www.ventprofil.ru/filtraciya_vozduha_dlya_ventily acii.shtml (дата обращения: 09.09.2014).

Reference

1. VentProfil' - Fil'truyushchiye elementy dlya setey vozdukhovodov (Filter elements for air ducts). URL: http://www.ventprofil.ru/filtraciya_vozduha_dlya_ventily acii.shtml (date of visit: 09.09.2014).

© Череватенко М. К., Мошенец М. В., Черненко Е. В., 2014

УДК 658.26; 621.165.1

МЕТОДЫ И ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Е. В. Черненко, А. А. Ходенков, Э. В. Замятина

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: jincherry@mail.ru

Рассмотрены примеры и приведены принципиальные схемы тепловых технических систем. Представлен подход к математическому моделированию таких систем.

Ключевые слова: паротурбинные установки, математическое моделирование.

METHODS AND OBJECTIVES OF DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL MODELS OF THERMAL POWER PLANTS

E. V. Chernenko, A. A. Hodenkov, E. V. Zamyatina

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: jincherry@mail.ru

The examples are presented and the concepts of thermal engineering systems are proposed. An approach to the mathematical modeling of such systems is presented.

Keywords: steam-turbine plants, mathematical modeling.

Современный этап развития техники требует перехода к оптимизации проектируемых тепловых технических систем (ТТС) с целью повышения их эффективности, сокращения энергозатрат и капитальных вложений. Достаточно широко рассмотрены вопросы проектирования и расчётной оптимизации отдельных процессов в машинах и аппаратах, такие как интенсификация теплообмена, повышение эффективности работы компрессоров, насосов и т. д. Но общая задача моделирования теплоэнергетической системы как сложной системы взаимосвязанных элементов, в достаточной степени еще не решена [1].

Между тем, на основе математической модели тепловой технической системы становится возможным решение широкого спектра задач, включая и оптимизацию. В настоящей работе предпринята попытка разработки подхода к моделированию ТТС, работающих по замкнутому контуру.

Под тепловой технической системой в рамках данной работы понимается любая техническая система, основным процессом в которой будет обмен тепловыми потоками и энергией между элементами системы и с окружающей средой. Это широкий класс

систем, включающий в себя холодильные машины, паро- и газотурбинные установки, двигатели внутреннего сгорания и т. д. Ввиду такого разнообразия в рамках данной работы ограничимся рассмотрением систем с замкнутым циклом: рабочее тело циркулирует внутри такой системы без обмена массой с окружающей средой.

Работу такой системы можно изобразить на диаграмме замкнутой линией. Форма цикла зависит от процессов, протекающих в элементах системы, -по этому признаку можно различить цикл Карно, Рен-кина, Калины и т. д. Различают также прямой или обратный циклы.

Наиболее простой и самый распространенный -цикл Карно, прямой и обратный (см. рисунок). Цикл состоит из четырех процессов, с помощью него можно описать значительную часть простых моделей теплоэнергетических систем. Структура цикла обусловливает наличие четырех составных элементов системы:

- два теплообменника (испаритель, конденсатор);

- нагнетатель (насос, компрессор);

- сопротивление (капилляр, турбина).

Решетневские чтения. 2014

Структурные схемы ТТС (прямой и обратный цикл): ПТУ - паротурбинная установка; ХМ - холодильная машина; И - испаритель; КД - конденсатор; Т - турбина; КМ - компрессор; Н - насос; КТ - капиллярная трубка; стрелками обозначено направление потоков вещества и энергии

В качестве примера прямого цикла можно рассматривать паротурбинную установку. ПТУ имеет в своем составе испаритель, турбину, конденсатор и насос. Обмен тепловыми потоками происходит на испарителе - от источника тепла к рабочему телу, и на конденсаторе - от рабочего тела к холодильнику. Турбина производит техническую работу, забираемую из системы.

В качестве примера обратного цикла можно рассматривать холодильную установку. Холодильная машина (ХМ) имеет в своем составе испаритель, компрессор, конденсатор и капиллярную трубку. Обмен тепловыми потоками происходит на испарителе - от охлаждаемого продукта к рабочему телу и на конденсаторе - от рабочего тела в окружающую среду. На привод компрессора затрачивается работа. Общие закономерности в технических системах преобразования тепла, которые можно выделить на уровне протекающих в них процессов, позволяют говорить о единой математической модели ТТС.

Решение задач проектирования целесообразно вести с использованием математических моделей ТТС [2; 3].

Создание математических моделей теплоэнергетических установок, работающих по прямым и обратным циклам, является перспективным направлением в современных исследованиях. Модель позволяет рассчитать основные параметры процесса при известных граничных условиях по конструкции и окружающей

среде, получить их изменение при варьировании входных данных, оценить влияние различных факторов на работу установки.

Библиографические ссылки

1. Хубка В. Теория технических систем : пер. с нем. 1987. 208 с.

2. Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования / А. М. Клер, Н. П. Деканова, Э. А.Тюрина и др. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 2005. 236 с.

3. Тарасик В. П. Математическое моделирование технических систем : учебник для вузов. Минск : ДизайнПРО, 2004. 640 с.

References

1. Hubka V. Teoriya tekhnicheskikh system (Theory of technical systems), 1987. 208 p.

2. Teplosilovyye sistemy: Optimizatsionnyye issledovaniya (Thermal power system: Optimization studies). A. M. Kler, N. P. Dekanova, E. A. Tyurina et al. Novosibirsk : Nauka, 2005. 236 p.

3. Tarasik V. P. Matematicheskoye modelirovaniye tekhnicheskikh system (Mathematical modeling of technical systems). Minsk : DizaynPRO, 2004. 640 p.

© Черненко Е. В., Ходенков А. А., Замятина Э. В., 2014

УДК 62-251-762.89:532.5.013.12

ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТУРБОНАСОСНОГО АГРЕГАТА НА ОСЕВУЮ СИЛУ

А. А. Чернов, Д. А. Жуйков, Д. Р. Тележенко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-шаИ: mememeem@gmail.com

Рассмотрены особенности зависимости осевых сил, возникающих при различных режимах работы турбо-насосного агрегата.

Ключевые слова: автомат осевой разгрузки, жидкостные ракетные двигатели, турбонасосные агрегаты, ракетная техника.