CC BY
86
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»
Рис. 2. Шкафы системы управления
Структура ИИС двухуровневая:
- нижний уровень - измерительные приборы LTR - два крейта, объединенные с верхним уровнем через сеть Ethernet.
- верхний уровень - компьютер оператора ИИС РИФ.
На стенде проведены пусконаладочные работы и проводятся подготовительные мероприятия для его аттестации.
© Болотский В. И., Ицкович В. А., Лазненко А. С., Слепак Ю. С., 2013
УДК 658.26; 621.165.1
А. В. Делков, Д. А. Непомнящий, Д. Б. Ситничук Научный руководитель - А. А. Кишкин Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Рассмотрены примеры и приведены принципиальные схемы тепловых технических систем. Представлен подход к математическому моделированию таких систем.
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, Ренки-на, 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 обуславливает наличие четырех составных элементов системы:
- два теплообменника (испаритель, конденсатор);
- нагнетатель (насос, компрессор);
- сопротивление (капилляр, турбина).
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. 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 математическом модели ТТС.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
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 общем случае можно выделить два направления расчетов - прямую и обратную задачи проектирования.
Прямая задача - при известных внешних параметрах и заданной производительности спроектировать систему, - т. е. определить характеристики составных элементов и параметры их работы.
Обратная задача - при известных характеристиках элементов и внешних параметрах получить характеристики работы системы и отдельных ее элементов.
Прямая задача - основная задача проектирования, достаточно освещена в исследовательских работах. Решение обратной задачи осложнено наличием взаимосвязей элементов, системы и внешних условий. В настоящее время адекватных методов для обратной задачи не разработано. В то же время именно на основе данных решений обратной задачи возможна оптимизация системы.
Решение задач проектирования целесообразно вести с использованием математических моделей ТТС [2; 3].
Создание математических моделей теплоэнергетических установок, работающих по прямым и обрат-
ным 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, 2005. 236 с.
3. Тарасик В. П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов. Минск : Ди-зайнПРО, 2004. 640 с.
© Делков А. В., Непомнящий Д. А., Ситничук Д. Б., 2013
УДК 669.713.7
А. В. Делков, Н. В. Тихонова Научный руководитель - Д. А. Жуйков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД И УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКРУЧЕННОГО ТЕЧЕНИЯ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ В ТУРБОМАШИНАХ
Проведен анализ экспериментальных исследований для закрученного течения, разработана установка для верификации методики расчета определения параметров рабочего тела в конической полости вращения.
Исследование гидродинамики потока в проточной части элементов малорасходных систем в большей степени основывается на результатах экспериментальных работ [1]. Параметры потока, сформированного в одном элементе проточной части, являются начальными условиями для потока в другом элементе. В связи с этим исследование потока в одном элементе малорасходного насоса требует дополнительных экс-
периментальных и аналитических исследований смежных элементов, создание новых образцов экспериментального оборудования и методик проведения испытаний. Большинство существующих методик расчета основаны на полуэмпирических зависимостях, полученных в результате обобщения экспериментальных исследований [3].
