CC BY
35
эксперимент должен выполняться, используя программный продукт (солвер) в пригодности которого для решения данного класса задач нет сомнений. К таким продуктам относятся тяжёлые САЕ-системы, например, CFX, Star-CD, Fluent. К сожалению, эти системы обладают весьма недружественным интерфейсом, не локализованы, трудны в освоении и очень дороги. Они практически не пригодны для использования в учебном процессе или самостоятельного освоения студентами за достаточно короткий период курсового/дипломного проектирования.
В настоящее время всё большую популярность среди инженеров получают CAD-системы среднего уровня, такие как SolidWorks, которые лишены указанных недостатков и в совокупности с установленными дополнениями позволяют решать широкий круг инженерных задач. Таким дополнением SolidWorks для расчета задач жидкостной динамики является система COSMOS FloWorks. Данный продукт полностью интегрирован в интерфейс SolidWorks, что облегчает его освоение и неплохо описан в русскоязычной литературе. Целью настоящей работы стала проверка пригодности COSMOS FloWorks 2004...2006 для задач моделирования работы ветроэнергетических установок (ВЭУ). Отметим, что в указанной литературе имеются сведения о расчетах в COSMOS FloWorks течения в таких объектах, как центробежные вентиляторы и компрессоры.
Особенностью ВЭУ как объекта анализа является наличие ротора, вращение которого при моделировании задаётся через вращающуюся координатную систему (вращающуюся зону внутри расчетной области). В самом начале подготовки анализа в COSMOS FloWorks необходимо выбрать тип решаемой задачи, внешняя или внутренняя. Выяснилось, что COSMOS FloWorks любых версий не позволяет организовывать интерфейсы внутри расчетной области, для внешних задач расчетная область всегда имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а вращающаяся зона может быть только цилиндрической (в общем случае, иметь форму тела вращения). Таким образом, задача анализа обтекания ротора ВЭУ, являющаяся по сути внешней, не может быть решена в COSMOS FloWorks как внешняя.
Выход был найден в формировании расчётной области внутри фиктивного цилиндрического корпуса большого диаметра (в несколько раз больше диаметра ротора), имеющего противолежащие окна. Для этих окон были заданы граничные условия входного и выходного потоков через векторы скорости. Это позволило провести вычислительные эксперименты с вращением расчётной области.
Тем не менее, считать полученные результаты полностью достоверными нельзя. В расчётной области присутствуют необъяснимые отклонения векторных линий потока и соответствующие им градиенты давления. Предположительно они связаны с некорректной обработкой вращающейся зоны в солвере.
Кроме того, формирование сетки конечных объёмов в COSMOS FloWorks является далеко не оптимальным. Плотность сетки управляется во всём объёме расчётной области, не позволяя повышать её вблизи стенок (лопастей ВЭУ), обтекание которых представляет наибольший интерес. В результате получается или слишком грубая расчётная сетка, или неоправданно большой её объём. И самое главное, постпроцессор COSMOS FloWorks не предоставляет в численном виде интегральную информацию о силах (давлениях), действующих на отдельных избранных поверхностях (лопастях ВЭУ), получение которой являлось главной целью анализа.
Таким образом, можно заключить, что программный продукт COSMOS FloWorks, пригодный для оценочного анализа во многих инженерных задачах, в то же время совершенно не пригоден для расчётов ВЭУ.
1
Чебоксаров Валерий В., Чебоксаров Виктор В.
j t i
! ТИПОВАЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА.
К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ КУРИЛЬСКИХ ОСТРОВОВ
Техническое предложение
В предложении учтены следующие особенности решения проблемы.
1. Курильские острова - один из основных рыбодобывающих районов, имеющий первостепенное экономическое значение для России и её ближайших соседей Японии, Кореи и Китая. Экологическое
471
i
загрязнение, которое сопровождает существующие энергетические технологии даже при их нормальном и осторожном осуществлении, недопустимо. Например, использование гидроресурсов на реках и ручьях практически невозможно.
2. Сейсмоопасность и возможность возникновения цунами велики, что вынуждает использовать энергетические технологии, устойчивые к землетрясениям и цунами.
3. Отдалённость и малонаселённость островов, сезонность выполнения основных производственных процессов обуславливает невозможность создания энергетических сетей с крупными источниками энергии.
4. Основные энергетические богатства Курильских островов связаны с обилием ветровой энергии, энергии морских волн и с запасами термальной энергии вулканов. Их использование требует специального рассмотрения. Известные в мире ветровые, волновые и термальные технологии в данном случае малопригодны.
5. Существующие на островах виды хозяйственной деятельности, связанные в основном с переработкой рыбы, добычей полезных ископаемых, обслуживании морских судов и военных объектов, требуют дополнительных усилий по переработке отходов и экологическому оздоровлению.
К особенностям потребления энергии можно отнести следующие.
1. Потребители энергии разбросаны по многочисленным бухтам и мелким островам с необорудованными причалами, связанные в основном морским транспортом. Завоз топлива в этом случае зависит от времени года и погодных условий и представляет большие трудности и опасности экологического загрязнения.
2. Мощность единичных потребителей невелика и не превышает 1000 кВт.
3. Электрическая и тепловая энергии необходимы в равной степеии.
4. Надёжность энергоснабжения необходима для уменьшения затрат на перестройку технологий.
Дальневосточный Государственный технический университет (ДВГТУ) может предложить новые энергетические технологии, подходящие к условиям Курильских островов. Одна из таких технологий основана на использовании ветроэнергетических морских установок (ВЭМУ). Основные технические решения по ВЭМУ, патенты на которые принадлежат ДВГТУ, позволяют приступить к разработкам опытных и типовых проектов различного назначения. Исследования конструкций, аэродинамики, гидродинамики, технологических особенностей, схем преобразования энергии рассмотрены на множестве международных конференций, конгрессов и выставок, в ведущих Вузах и организациях нашей страны, университетах Японии, Тайваня и КНР. I ,
ДВГТУ имеет возможность привлечь к решению проблемы энергоснабжения Курильских островов любых технических специалистов в областях энергетики, механики, автоматики и управления, гидротехники, теплотехники, строительных и морских технологий, экономики и организации производства. Университет тесно связан с крупными проектными организациями и производствами, способными выполнить эту задачу.
' I
Особенности предлагаемых конструкций типовых энергоустановок
Принятый в мире дизайн ветроустановок основан на использовании башенных конструкций со скоростными поворотными ветророторами пропеллерного типа с горизонтальной осью вращения, мультипликаторами и специальными электрогенераторами. Наряду с тем, что эти конструкции серийно выпускаются и успешно применяются в ряде стран, необходимо отметить их существенные недостатки, препятствующие использованию установок башенного типа в рассматриваемых условиях и, например, в Японии.
1. Первоначально дизайн этих конструкций был создан для небольших мощностей (10...50 кВт) для установки на суше на открытых равнинных участках с развитой сетью дорог. По этой причине были разработаны специальные дорогостоящие генераторы, мультипликаторы и ветророторы, монтаж которых можно было производить с помощью подъёмных кранов. Гористые необжитые районы представляют большие трудности для подготовки фундаментов, доставки и сборки дорогостоящих элементов.
2. Пропеллерные лопасти ветророторов рассчитаны на высокие линейные скорости (до 100 м/с), подвержены вибрациям (ультразвуковые колебания) и представляют опасность для птиц.
3. Конструкции не имеют достаточного запаса прочности для штормовых условий и землетрясений, что приводит к падению башен, разрушению дорогостоящих лопастей и в любом случае равносильно уничтожению все конструкции.
4. Ремонт установок затруднителен. ( . к 5
5. Не решается проблема получения тепла, топлива и аккумулирования энергии.
Для типовых энергоустановок предполагается использовать новый дизайн с тихоходными роторами с вертикальной осью вращения, для которых не требуется ориентация на направление ветра. Установки малой мощности (до 300 кВт) могут быть выполнены для расположения на суше рядом с населёнными пунктами и потребителями энергии на невысоких сварных основаниях с использованием крановых опор но-поворотных устройств. Мультипликация частоты вращения от ротора к валу генератора осуществляется гидростатическим водяным насосом и высоконапорной гидротурбиной, что позволяет легко управлять всей установкой в широком диапазоне изменения скорости ветра. Отбор мощности может быть произведён как в виде электроэнергии , так и в виде тепловой энергии. При использовании стандартных элетролизёров часть электрической энергии может быть потрачена на разложение сжатой до высоких давлений воды и получение сжатого кислорода и водородного топлива, запас которого может быть использован для работы дизельных генераторов при отсутствии ветра. I
Установки мощностью до 1000 кВт и более должны быть выполнены в основном дизайне ВЭМУ и располагаться на морской поверхности в прибрежной зоне со следующими преимуществами: I I
- не используется дорогостоящая береговая территория;
- многократно расширяются возможности для выбора места установки;
- ветроустановка на морской поверхности дополнительно улучшает экологическое состояние в акватории на месте установки;
- транспортировка и монтаж конструкций существенно облегчаются.
Преимущества предложенных решений для типовой энергоустановки заключаются прежде всего в высокой эффективности сбора ветровой энергии и её преобразования, в использовании широко доступных комплектующих (подшипник, электротурбогенератор, электролизёр) и устойчивость к штормовым условиям, землетрясениям и цунами.
Новый дизайн ветроустановок отличается практически только одним недостатком, тихоходный ротор и большое количество ветровых лопастей приводят к большим силовым нагрузкам в конструкции и увеличению их массы.
Клепиков А. Н.
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ДЕРЕВЯННОГО ДОМОСТРОЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ НАЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТА «ДОСТУПНОЕ И КОМФОРТНОЕ ЖИЛЬЕ - ГРАЖДАНАМ РОССИИ»
Национальный проект «Доступное и комфортное жилье - гражданам России»
В настоящее время в РФ существует национальный проект «Доступное и комфортное жилье -гражданам России». Цель данного проекта - формирование рынка доступного жилья и обеспечение комфортных условий проживания гражданам РФ. Основным инструментом реализации данного проекта является федеральная целевая программа «Жилье», утвержденная постановлением правительства РФ от 31 декабря 2002 г. №865. В настоящее время в Приморском крае действует целевая программа «Жилище Приморье» на 2006 - 2010 годы, которая направлена на реализацию «Стратегии социально-экономического развития Приморского края на 2004 - 2010 годы.
Для реализации выше перечисленных программ, подключены крупные строительные компании, которые занимают лидирующее место на рынке строительства. Только «гиганты» этой отросли, способны выдерживать конкуренцию и поэтому количество строительных компаний не велико.
В настоящее время для возведения различных видов сооружений в основном используется технология монолитного строительства и кирпичной кладки. Технологии возведения деревянных конструкций практически не используются и тем самым, это приводит к отсутствию деревянных строений и к пробелу в области строительных технологий.
