3675

УДК: 532.51

АДАПТАЦИЯ МЕТОДА ГАЛЁРКИНА ДЛЯ ПЕРВОЙ ТЕСТОВОЙ ЗАДАЧИ СВОБОДНОКОНВЕКТИВНОГО ЛАМИНАРНОКОНДУКТИВНОГО ТЕЧЕНИЯ В КВАДРАТНОЙ ОБЛАСТИ

А.В. Ряжских

Канд. физ.-мат. наук, доцент, ryazhskihav@bk.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация. Получено аналитическое решение первой тестовой задачи свободной конвекции в квадратной области.

Ключевые слова: метод Галёркина; свободная конвекция; квадратная область.

Краевая постановка для бигармонического уравнения относительно безразмерной функции тока, моделирующая первую тестовую задачу такова [1]:

Аппроксимирующая функция подобрана таким образом, чтобы удовлетворить не только условиям непротекания и прилипания, но и не обращать в нуль касательные напряжения на смоченных поверхностях, причем ее вариация по неизвестному параметру есть

Потребовано, чтобы оператор уравнения (1) интегрально удовлетворял условию ортогональности

то подставив эти выражения в (5) с учетом (4) найдем 0,256 . Т.о. решение первой тестовой задача имеет вид:

X,Y 0,256X 2 1 X 2 Y2 1 Y 2 ,

которое по максимальному значению полностью соответствует численному решению [2].

Литература

1.Ряжских В.И. Численное интегрирование бигармонического уравнения в квадратной области/ В.И. Ряжских, М.И. Слюсарев, М.И. Попов //Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. – 2013. – №. 1. – P. 52–62.

2.Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УССР, 2003. – 787с.

11

УДК 004.9

АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ ЭФФЕКТИВНОГО И БЕЗОПАСНОГО ОБРАЩЕНИЯ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ АТОМНЫХ

ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

М.В. Паринов1, С.В. Росновский2 1Канд. техн. наук , доцент, parmax@mail.ru

2Аспирант, rrr337@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Аннотация. В статье рассматриваются методы и алгоритмы эффективного и безопасного обращения с радиоактивными отходами атомных электростанций. Основная идея автоматизации основана на специализированном алгоритме расстановки контейнеров с отходами без использования дополнительных средств защиты.

Ключевые слова: методы и алгоритмы, радиоактивные отходы, хранилища ангарного типа, программные системы.

Безопасное, надежное и эффективное обращение с радиоактивными отходами является важной проблемой современных атомных электростанций. Одним из наиболее эффективным методом ее решения является применение хранилищ ангарного типа с экранированием ионизирующего излучения контейнеров с отходами соседними контейнерами. Основная проблема при работе с хранилищами ангарного типа – поддержание заданного (минимального) уровня мощности дозы на стенах и границах хранилища. Решение достигается выбором определенной схемы заполнения хранилища. В настоящее время схема заполнения определяется экспертным путем с последующим контролем излучения вручную. Для работы с хранилищем используется математический аппарат и алгоритмы, не позволяющие обеспечить выбор корректной схемы расстановки в автоматическом режиме с первой попытки. Также данные методы неудобны и сложны в применении [1].

Для устранения недостатков предлагается специализированный алгоритм. Он также предусматривает возможность разборки хранилища по прошествии заданного времени и внесение различных изменений в структуру хранилища.

Рассмотрим базовый алгоритм (рис. 1).

Модуль расчета параметров загрузки используется для определения максимального количества загружаемых контейнеров и выбора приоритета между максимальной загрузкой и удобством доступа к произвольной ячейке. Размер кластера определяет доступность контейнеров, плотность загрузки хранилища и геометрические параметры. Данный параметр может быть рассчитан автоматически или задан оператором.

Основная матрица описания хранилища хранит все его параметры. Наиболее важной является геометрическая информация. Она описывает все пространство хранилища, которое относится к нескольким группам, идентифицируемым кодами. В матрицу добавляется значение приоритета заполнения для каждой ячейки. Он определяет, какие ячейки будут заполнены

12

первыми. Данный параметр обеспечивает оптимальное заполнение пространства хранилища. Такая организация хранения создает минимальную мощность дозы в контрольных точках и достаточную транспортную доступность любой точки хранилища.

Рис.1. Базовый алгоритм

На рис. 2 показан алгоритм заполнения хранилища. Представление предусматривает упрощенный вариант, которые не учитывает ряд этапов. Например, алгоритм не включает модуль требования нового контейнера, если нет возможности разместить поступившие на хранения контейнеры в связи с их неподходящими параметрами.

Рис.2. Алгоритм загрузки хранилища

Используя алгоритм и методы, мы разработали соответствующее программное обеспечение, которое показало корректность полученных результатов.

Литература

1. C.К. Булка, С.В. Росновский, “Прогнозирование радиационной обстановки при хранении кондиционированных радиоактивных отходов в хранилищах ангарного типа” Теплоэнергетика стр. 144-152., № 2. 2014.

13

УДК 66.083.4

АНАЛИЗ СХЕМ РЕДУЦИРОВАНИЯ ГАЗА

О.Н. Медведева1, А.Ю. Чиликин2

1Д-р техн. наук, профессор, medvedeva-on@mail.ru

2Заместитель генерального директора по общим вопросам

1ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

2АО «Газпром газораспределение Киров», chilikin.063@gmail.com

Аннотация. В работе был проведен анализ схем редуцирования газа. Для разработки оптимальной схемы редуцирования был осуществлен подбор оборудования, работающего в диапазоне давлений от 1,2 до 6,4 МПа, с одноступенчатым редуцированием газа. По результатам технико-экономического расчёта каждой схемы был сделан вывод о целесообразности их использования.

Ключевые слова: редуцирование, газораспределительная станция, эффективность

Технологически снижение давления газа на газораспределительных станциях (ГРС) и пунктах редуцирования газа (ПРГ) осуществляется с помощью редуцирующей арматуры и оборудования, основным принципом которых является процесс дросселирования газа. Целью работы является оценка экономической эффективности схем редуцирования газа на ГРСна основании величины капиталовложений в процесс монтажа схем, затрат на покупку оборудования и устройств, участвующих в компоновке линий редуцирования.

К изучению предлагаются схемы редуцирования газа, имеющие в своем составе регулятор-монитор[1]. Использования подобного типа регулятора решает две задачи одновременно –повышение безаварийности линии редуцирования газа и автоматизацию процесса дросселирования.

Бесперебойности газоснабжения и, как следствие, снижения аварийности газораспределительных систем можно достигнуть путем различных вариаций компоновки узла редуцирования ПРГ[2]: схема 1 – запорная арматура (ЗА), регулятор-монитор (РМ), регулятор давления (РД), ЗА, предохранительный клапан (ПК); схема 2 – ЗА, запорный отсечной клапан (ЗОК), РМ, РД, ЗА, ПК; схема 3 – ЗА, ЗОК, РМ, РД, ЗА; схема 4 – ЗА, РМ, управляемая ЗА, ПК; схема 5

–ЗА, РД, РД резервной линии редуцирования, РМ, ЗОК,управляемая ЗА.

Врезультате анализа было установлено, что одним из преимущественно перспективных вариаций компоновки пунктов редуцирования с управляемой запорной арматурой, в качестве которой выступают быстродействующие клапаны, являетсясхема 5. Основным отличием от традиционной схемы здесь является то, что установка ЗОК необязательна, так как его функции выполняет быстродействующий клапан, осуществляющий в аварийной ситуации автоматическое переключение с основной линии редуцирования на резервную. В данной вариации наличие системы телеметрии в составе оборудования пункта редуцирования является обязательным условием. Преимущества данной

14

схемы: к типу и характеристикам регуляторов не предъявляются какие-либо особые требования, возможность задействования линий редуцирования для работы в параллели, возможность осуществления автоматического перехода с одной линии на другую. Основной минус – обязательное наличие управляющего контроллера и зависимость от внешнего источника электроснабжения.

Результаты сравнительных расчетов пяти разработанных схем редуцирования и одной типовой принципиальной схемыпредставлены на рисунке.

График сравнительной суммарной стоимости монтажа схем

Как следует из показателей экономической эффективности,предложенные схемы редуцирования газа имеют преимущества перед типовой схемой,находящейся в эксплуатации. Наиболее эффективны схемы 1÷3, но, следует отметить, что данные схемы имеют узкую применяемость на ГРС, поскольку имеют всего одну линию редуцирования. Схемы 4 и 5 имеют меньший экономический эффект, но, по сравнению с остальными, обеспечивают гораздо больший уровень безотказности и безаварийности линии редуцирования. С точки зрения безопасности максимальной экономической отдачи системы целесообразно применять схему 1, для обеспечения максимальной безопасности эксплуатации блока редуцирования газа к использованию предлагается схема 4. Схема 5 представляет компромиссный вариант между капитальными затратами и безопасностью эксплуатации линии редуцирования газа на ГРС. Экономичность и эффективность схемы достигается за счет разности используемого оборудования в основной и резервной линии без потери уровня эффективности системы. Основной перспективной задачей является разработка более компактного оборудования и отечественного аналога регулятора-монитора.

Литература

1.ГОСТ 34011-2016. Системы газораспределительные. Пункты газорегуляторные блочные. Пункты редуцирования газа шкафные. Общие технические требования. – М.: Стандартинформ, 2017. – 22 с.

2.СТО Газпром газораспределение 2.3-2011. Сети газораспределения природного газа. – СПб: ОАО «Газпром газораспределение, 2011. – 144 с.

15

УДК 537.32

АНИЗОТРОПИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕLu0,1Bi1,9Te2,7Se0,3 , ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОГО ИСКРОВОГО СПЕКАНИЯ

А.Е. Васильев1, М.Н. Япрынцев2, О.Н. Иванов3, М.В. Жежу4 1Аспирант, 748070@bsu.edu.ru

2Канд. физ.-мат. наук, yaprintsev@bsu.edu.ru; 3Д-р физ.-мат. наук, профессор, ivanov.oleg@bsu.edu.ru

4Аспирант, 1214239@bsu.edu.ru

ФГАОУ ВО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» (НИУ «БелГУ»)

Аннотация. Исследована анизотропия термоэлектрических свойств образцов соединения Lu0,1Bi1,9Te2,7Se0,3текстурированных с помощью метода искрового плазменного спекания вдоль направления [001]. Установлено, что текстурирование образцов приводит к значительному увеличению термоэлектрической добротности для перпендикулярной ориентации измерения (перпендикулярно направлению приложения давления) (~0,68 при ~420 K) по сравнению с параллельной ориентацией (вдоль направления приложения давления) (~0,24).

Ключевые слова: искровое плазменное спекание, анизотропия, зеренная структура, термоэлектрические свойства.

В настоящее время теллурид висмута Bi2Te3 и сплавы на его основе обладают наилучшими термоэлектрическими свойствами для различных применений при температурах, вблизи комнатной. Одной из характерных особенностей этих материалов является достаточно высокая анизотропия транспортных свойств, таких как удельное электрическое сопротивление (ρ)и теплопроводность (k).Так как термоэлектрическая добротность материалов определяется какZT=(S2/ρk)T(S – коэффициент Зеебека), то из-за анизотропии ρ

иk в материалах на основе теллурида висмута, ZT также является анизотропной

идостигает максимального значения при измерении в кристаллографической плоскости «a-b». В поликристаллических материалах со случайной ориентацией зерен анизотропия подавляется, что не позволяет в таких материалах реализовать оптимальные значения термоэлектрических свойств, типичных для монокристаллов. Текстурирование, направленное на получение структур с преимущественной ориентацией зерен, позволяет частично «восстановить» анизотропию термоэлектрических свойств[1]. Целью настоящей работы является установление закономерностей влияния текстурирования на анизотропию термоэлектрических свойств образцов соединения на основе Lu0,1Bi1,9Te2,7Se0,3. Легирование редкоземельными элементами способствует повышению термоэлектрической добротности этих соединений [2].Были исследованы образцы соединения Bi1,9Lu0,1Te2,7Se0,3, текстурированные с помощью метода искрового спекания вдоль направления [001] (параллельно направлению приложения давления). Появления текстуры подтверждается результатами рентгеноструктурного анализа и растровой

16

электронной микроскопии (рис.). В текстурированных образцах с ориентационным фактором ~0,38 зерна формируют пластинчатую структуру, причем пластины лежат в плоскости, перпендикулярной направлению приложения давления. Средний размер зерен, измеренный вдоль направления приложения давления, равен ~50 нм (параллельная ориентация измерения), что существенно меньше среднего размера зерен (~400 нм), измеренного в плоскости, перпендикулярной направлению приложения давления (перпендикулярная ориентация). В интервале температур 290 ÷ 650 K обнаружена анизотропия транспортных свойств, измеренных для этих направлений. Так, электрическое сопротивление увеличивается, а теплопроводность уменьшается для параллельной ориентации, по сравнению с перпендикулярной ориентацией, тогда как коэффициент Зеебека практически не зависит от ориентации измерения. Увеличение электрического сопротивления оказывается гораздо выше, чем уменьшение теплопроводности, что приводит практически к трехкратному возрастанию термоэлектрической добротности для перпендикулярной ориентации измерения (~0.68 против ~0.24 при ~420 K). Влияние текстурирования на термоэлектрические свойства может быть связано: (а) восстановлением кристаллической анизотропии, характерной для монокристаллов Bi2Te3; (б) рассеянием электронов и фононов на границах зерен.

Рис. Слева: дифрактограммы и изображения зеренной структуры образцов для плоскости, параллельной (а) и перпендикулярной (б) оси прессования

(направление давления при прессовании указано стрелкой); справа: температурная зависимость термоэлектрической добротности образцов.

Литература

1.ShenJ.J. The texture related anisotropy of thermoelectric properties in bismuth telluride based polycrystalline alloys /J.J. Shen,L.P. Hu, T.J. Zhu, X.B. Zhao

//Appl. Phys. Lett. – 2011. – V. 99. – P. 124102-1 - 3.

2.CaoR.Thermoelectric properties of Lu-doped n-type LuxBi2-xTe2.7Se0.3 alloys / H. Song, W. Gao, E. Li, X. Li, X. Hu //J.Alloys and Comp. – 2017 - V. 727. – P. 326 -331.

17

УДК 621.311

ВАРИАНТЫ И СХЕМЫ ИНТЕГРАЦИИ СИНХРОННОЙ МАЛОЙ ГЕНЕРАЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ И ЛОКАЛЬНЫЕ

ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

Ю.В. Какоша1, А.Г. Фишов2

1Аспирант, y.kakosha@nskproekt.ru

2Д-р техн. наук, профессор, fishov@ngs.ru Новосибирский государственный технический университет

Аннотация: исходя из недостатков автономной работы малой генерации рассматриваются варианты их интеграции, как с существующими электрическими сетями с параллельной работой энергоисточников, так и ссозданием малых островных энергосистем. Анализируются преимущества и недостаткипредставленных вариантов и схем.

Ключевые слова: распределенная малая генерация, параллельная работа, островной режим, полуостровной режим.

Автономная работалокальных систем энергоснабжения (ЛСЭ) имеет низкую эффективность.Интеграция ЛСЭ на базе малой генерации во внешние электрические сети имеет технические и экономические преимущества для всех участников объединения: генерации, электрической сети и потребителей электроэнергии, однако, их параллельная работа сопряжена с рядом рисков, которые должны быть устранены при объединении.

В[1] предложен способ управления ЛСЭ в режимах автономной и параллельной с сетью работой, исключающий риски с сохранением положительных эффектов от объединения.

Вработе рассмотрены варианты и схемы интеграции, использующие данный способ (рис. 1):

Вариант 1. Индивидуальное присоединение каждой из ЛСЭ к внешней электрической сети с возможностями, как параллельной работы электростанций с сетью, так и автономной (рис. 1).

Вариант 2. Объединениенескольких ЛСЭ в локальную изолированно работающую энергосистему (ИРЭС) без связи с внешней электрической сетью (рис. 2).

Вариант 3. Объединений нескольких ЛСЭ в локальную ИРЭС с подключением к внешней электрической сети в нескольких точках с возможностями как параллельной, так и изолированной работы (Рис. 3).

Преимущества и недостатки схем представлены в таблице.

Выбор схемы и обоснование режимов МГ зависит, в первую очередь, от целей, преследуемых при вводе генерирующих мощностей, в т. ч. от требуемой надежности электроснабжения.

Для исключения нормативных и административных барьеров при объединении ЛСЭ требуется усовершенствование нормативно-технической базы и разработка нового порядка технологического присоединения генерирующих мощностей и ЛСЭ к электрическим сетям централизованного

18

энергоснабжения, в т.ч. существующих правил технологического присоединения потребителей.

Литература 1. Марченко А. И., Мукатов Б. Б., Фишов А. Г. Способ

противоаварийного управления режимом параллельной работы синхронных генераторов в электрических сетях, Патент РФ №2662728, Опубл. БИ №22 от 30.07.18)

УДК 621.54(075)

ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ СЕГМЕНТНОГО ТИПА

А.М. Литвиненко1, А.Е. Новиков2, К.И. Чеботок3 1Д-р техн. наук, профессор ВГТУ

2Аспирант ВГТУ, andreuis@mail.ru

3Cтудент ВГТУ, kschebotochekks@mail.ru

20