ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations / Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ
Not a member yet
1437 research outputs found
Sort by
Двухконверторный силовой активный фильтр с пониженными динамическими потерями: синтез управления и моделирование
Get PDFNowadays, active power filters represent one of the most efficient means to reduce inactive power components which provides proper quality of electricity at common network connectivity points. Dynamic power losses in the valves that have a significant impact on the efficiency of the converter and, accordingly, determine the feasibility of using these filters in each specific situation, are among their key parameters. Along with the solution of the problem of ensuring the proper quality of electricity at common network connectivity points, the task of reducing dynamic losses in the valves becomes especially relevant. The purpose of the study is to increase the efficiency of active filtration in terms of reducing dynamic losses in the valves while ensuring high-quality voltages at common network connectivity points and currents consumed from the network. To achieve the goal, it is proposed to jointly use a dual-converter active power filter operating in a mode with different conversion frequencies and rated converter capacities, and an interface LCL-filter. Synthesis of converter control is performed. As a control method, the sliding mode control has been used. The efficiency of the proposed system was assessed by modeling in the MATLAB-Simulink application software package. The simulation results confirm the possibility of organizing a mode of operation in which the conversion frequencies and rated capacities of the converters of active power filters are different. In such a case, the currents and voltages consumed from the network at common network connectivity points have an almost perfect harmonic shape; and the phase shift of the network currents relative to the corresponding voltages has a negligible value. It is shown that the organization of the operating mode of converters with different conversion frequencies and rated capacities can significantly reduce the dynamic losses in the switches of active power filters.Cиловые активные фильтры – одно из наиболее эффективных средств снижения неактивных составляющих потребляемой из сети мощности, позволяющих обеспечить надлежащее качество электроэнергии в точках общего подключения к сети. К ключевым параметрам фильтров относятся динамические потери мощности в вентилях, которые оказывают влияние на КПД преобразователя и соответственно определяют целесообразность применения указанных фильтров в каждой конкретной ситуации. Наряду с решением задачи обеспечения надлежащего качества электроэнергии в точках общего подключения к сети особую актуальность приобретает снижение динамических потерь в вентилях. Цель исследования – повышение эффективности активной фильтрации в части снижения динамических потерь в вентилях при обеспечении высокого качества напряжений в точках общего подключения к сети и потребляемых из сети токов. Для ее достижения предложено совместно использовать двухконверторный силовой активный фильтр, работающий в режиме с различными частотами преобразования и установленными мощностями конверторов, и интерфейсный LCL-фильтр. Выполнен синтез управления преобразователем. В качестве метода используется управление на скользящих режимах. Эффективность предложенной системы оценена посредством моделирования в пакете прикладных программ MATLAB-Simulink. Результаты имитационного моделирования подтверждают возможность организации режима работы, при котором частоты преобразования и установленные мощности конверторов силовых активных фильтров различны. При этом потребляемые из сети токи и напряжения в точках общего подключения к сети имеют практически идеальную гармоническую форму. Фазовый сдвиг сетевых токов относительно соответствующих напряжений пренебрежимо мал. Показано, что организация режима работы конверторов с различными частотами преобразования и установленными мощностями позволяет существенно снизить динамические потери в ключах силовых активных фильтров
О подходе к обработке данных для интеллектуальных систем централизованного теплоснабжения
Get PDFThe article deals with the district heating systems transition to intelligent systems by developing a united information system and obtaining a high level of controllability of the entire system. During the implementation of automated control systems of district heating, a number of information tasks of the lower level are being introduced, including the data collection for thermal and hydraulic modes of operation for monitoring, operational management and analysis of the effectiveness. One of the problems of intelligent systems is data collection and its further storage and processing. Methods for data collection for real energy facilities are considered and the usage of multi-level system with the allocation of the upper level in the cloud storage has been proposed. In addition to the currently implemented data collection scheme in automated control systems, a generalized method of data acquisition with the introduction of duplicate streams has been proposed to ensure their integrity. The paper presents the approaches to identifying the collected data, ensuring the stability of the collection process, reliability of data storage and their integrity. Role-based security model with a dedicated single certification authority helps to protect data. Approaches to further processing of the collected data are shown, differing in the way of parallel data processing. The next stage of development is global monitoring systems that will be aimed to prompt response at all levels. The accumulated data will allow bringing the operating systems to a new level through the use of tools such as forecasting and simulation modeling, which will allow creating digital twins of heat supply systems. The proposed data collection system will perform forecasting and modeling at a higher level, and, as a result, help in the formation of more balanced management decisions.В статье рассматривается проблема перехода к интеллектуальным системам теплоснабжения за счет создания единого информационного пространства и достижения высокого уровня управляемости всей системы. В рамках внедрения проектов автоматизации технологических процессов решается ряд информационных задач нижнего уровня, в том числе по сбору данных о тепловых и гидравлических режимах работы объектов систем теплоснабжения для осуществления контроля, оперативного управления и анализа эффективности их функционирования. Одна из проблем интеллектуальных систем связана со сбором информации для ее дальнейшего хранения и обработки. Рассмотрены методы сбора информации на реальных энергетических объектах и предложено использовать многоуровневую систему с выделением верхнего уровня в облачное хранилище. Реализованная в настоящее время схема сбора данных в автоматизированных системах управления теплоснабжением может быть дополнена обобщенным методом аккумулирования данных с введением дублирующих потоков, позволяющих обеспечить их целостность. Предложены подходы к идентификации собираемых данных, обеспечению устойчивости процесса сбора, надежности хранения и целостности. Для защиты данных можно использовать ролевую модель безопасности с выделенным единым центром сертификации, а также параллельную обработку данных. Следующий этап развития – создание систем глобального мониторинга, деятельность которых направлена на оперативное реагирование на всех уровнях. Аккумулируемый массив данных позволит вывести эксплуатируемые системы на новый уровень за счет использования таких инструментов, как прогнозирование и имитационное моделирование, и создать цифровые двойники систем теплоснабжения. Дополнительное преимущество создаваемой системы сбора данных – возможность прогнозирования и моделирования на уровне выше отдельно взятой установки или предприятия и, как следствие, помощь в формировании более взвешенных управленческих решений
Выбор, расчет и термодинамический анализ турбоустановок на органическом цикле Ренкина
Get PDFA program has been developed for the selection, calculation and thermodynamic analysis of turbine units based on the organic Rankine cycle, which makes it possible to determine the values of the optimal parameters of the working fluid, as well as to select the working fluid with the highest exergetic efficiency for cycles on superheated steam and with intermediate overheating. The structure of the developed mathematical model for thermodynamic analysis is presented. The studies were conducted at pressures up to 20 MPa and temperatures of the working fluid in front of the turbine up to 250 °C; the temperature of the working fluid at the outlet of the condenser was 25 °C, while the maximum temperature of the working fluid at the outlet of the intermediate superheater was 250 °C. The analysis of the results showed that the use of reheating in the organic Rankine cycle – as well as in the classical (i. e. steam turbine) one – led to higher exergic efficiency of the cycle. On average, for the studied working media, the increase in exergetic efficiency at optimal parameters of the working body was 4.28 %. However, some working media significantly exceeded this result (for example, 8.14 and 6.56 % for R717 and R32, respectively) due to their thermophysical properties. The error for all low-boiling working media did not exceed 2 % of the obtained result of exergetic efficiency. Grassmann – Shargut charts were made for the studied circuits using the example of the refrigerant R245FA. Exergetic analysis demonstrated that intermediate overheating at thermodynamically optimal parameters of the working media before the high and low pressure parts of the turbine causes a decrease in exergy losses in the heat recovery boiler, a significant increase in regeneration in the heat exchanger, an increase in exergy losses in the pump and their redistribution in the turbine unit, heat exchanger and condenser.Разработана программа для выбора, расчета и термодинамического анализа турбоустановок на органическом цикле Ренкина, позволяющая получить значения оптимальных параметров рабочего тела, а также выбрать рабочее тело с наибольшим эксергетическим коэффициентом полезного действия для циклов на перегретом паре и с промежуточным перегревом. Представлена структура разработанной математической модели для проведения термодинамического анализа. Исследования проводили при давлении до 20 МПа и температурах рабочего тела: перед турбиной до 250 °С, на выходе из конденсатора 25 °С, максимально допустимой на выходе из промежуточного перегревателя 250 °С. Анализ полученных результатов показывает, что промежуточный перегрев в органическом цикле Ренкина, как и в классическом паротурбинном, приводит к повышению эксергетической эффективности. В среднем прирост эксергетического коэффициента полезного действия при оптимальных параметрах составляет 4,28 %, а для некоторых рабочих тел значительно превосходит этот результат (например, 8,14 и 6,56 % для R717 и R32 соответственно), что обусловлено их теплофизическими свойствами. Погрешность для всех низкокипящих рабочих тел не превышает 2 % от полученного результата эксергетической эффективности. Для исследуемых схем на примере хладагента R245FA построены диаграммы Грассмана – Шаргута. Эксергетический анализ показывает, что промежуточный перегрев при термодинамически оптимальных параметрах рабочего тела перед частями высокого и низкого давления турбины приводит к снижению потерь эксергии в котле-утилизаторе, значительному увеличению регенерации в теплообменном аппарате, увеличению потерь эксергии в насосе и их перераспределению в турбоагрегате, теплообменном аппарате и конденсатор
Интеграция высокотемпературного топливного элемента с системой улавливания СО2 в энергетический цикл тепловой электрической станции
Get PDFThe molten carbonate fuel cell allows for capturing, separating and concentrating CO2 as it passes through the carbonate melt from the cathode side to the anode side, while simultaneously generating electricity and heat. The article presents the technology and flow diagram of a system for capturing CO2 from flue gases of a thermal power plant in a high-temperature fuel cell on molten carbonates with subsequent conversion and utilization of gaseous combustible products in the energy cycle of a thermal power plant. The fuel cell runs on natural gas with internal reforming. After the fuel cell, the gas leaving the anode is sent to the conversion unit where, in reaction with carbon at high temperatures, combustible gases are formed that are suitable for re-combustion in the turbine. For power plants and a system for capturing and converting carbon dioxide, thermodynamic, technical and economic calculations were carried out. The efficiency of a high-temperature fuel cell is 42 %. In the baseline scenario, the net energy efficiency of the plant is 61 % while a CO2 capture ration is 80–85 %. The return of fuel gases after the conversion of carbon dioxide, taking into account their calorific value, makes it possible to additionally increase the electric power of the thermal power plant up to 20 %. With a unit cost of a fuel cell of 1300 EUR/kW and a price of natural gas of 0.04 EUR/kW, the total electricity cost of the plant is 0.074 EUR/kW. The results show that the proposed system is attractive for natural gas power generation with CO2 capture.Топливный элемент на расплавленных карбонатах позволяет улавливать, сепарировать и концентрировать углекислый газ во время перехода его через расплав карбонатов от катодной стороны к анодной, одновременно генерируя электричество и теплоту. В статье представлены технология и технологическая схема системы улавливания СО2 из дымовых газов тепловой электрической станции в высокотемпературном топливном элементе на расплавленных карбонатах с последующей конверсией и утилизацией газообразных горючих продуктов в энергетическом цикле тепловой электрической станции. Топливный элемент работает на природном газе с внутренним риформингом. После топливного элемента выходящий с анода газ направляется в блок конверсии, где в реакции с углеродом при высоких температурах образуются горючие газы, пригодные для повторного сжигания в турбине. Для энергетических установок, системы улавливания и конверсии углекислого газа проводились термодинамические, технико-экономические расчеты. Коэффициент полезного действия высокотемпературного топливного элемента 42 %. В базовом сценарии чистая энергоэффективность станции 61 % при степени улавливания CO2 80–85 %. Возврат топливных газов после конверсии СО2 с учетом их теплотворной способности позволяет дополнительно увеличить электрическую мощность тепловой электрической станции до 20 %. При удельной стоимости топливного элемента 1300 евро/кВт и цене на природный газ 0,04 евро/кВт полная стоимость электроэнергии установки составляет 0,074 евро/кВт. Результаты показывают, что предложенная система привлекательна для производства электроэнергии на природном газе с улавливанием углекислого газа
Приближенный тепловой расчет конденсатора перегретого пара тепловых насосов
Get PDFA comparative analysis of the methods of approximate thermal calculation of the superheated steam condenser of the steam compression heat pump of the heat supply system is presented. The working substance of the heat pump and the condensing steam is the refrigerant R410a. When the single-zone method is applied, the condenser is calculated by one area with the inclusion of the heat of overheating in the heat of condensation and the use of the overheating coefficient. The two-zone method assumes the calculation of the condenser in two separate areas, viz. the cooling of superheated steam and its actual condensation. The approbation was carried out during a numerical study of a condenser of a low-temperature heat pump system for heating and hot water supply, with a heat exchange surface in the form of a spiral coil pipe in a pipe immersed in a heated liquid. In the first approach, the flow rate and temperature of the heated water are limited by the saturation temperature of the condensing refrigerant, regardless of the flow pattern of the working media. The method of two-zone calculation of the superheated steam condenser with a counter-current or cross-counter-current flow scheme of working media makes it possible to obtain real results of the temperature of the heated water that exceeds the temperature of the saturated refrigerant vapor, taking into account the flow rate of the heated water. In this case, the wall temperature in the cooling area is higher than the saturation temperature, and during condensation it is lower, which further confirms the adequacy of the presented technique. The use of a two-zone technique with a separate averaging of the physical properties of the working media in the areas of superheated steam and condensation cooling, as well as temperature pressures, provides a more accurate value of the heat exchange surface, which in the case under consideration is reduced to 20%. Based on the conducted studies, it is recommended to use a two-zone technique that makes it possible to obtain reliable data on the parameters of the superheated steam condenser.Приведен сравнительный анализ методик приближенного теплового расчета конденсатора перегретого пара парокомпрессионного теплового насоса системы теплоснабжения. Рабочее вещество теплового насоса и конденсирующегося пара – хладагент R410a. При однозонной методике конденсатор рассчитывается по одному участку с включением теплоты перегрева в теплоту конденсации и использованием коэффициента перегрева. Двухзонная методика предполагает расчет конденсатора по двум раздельным участкам: охлаждения перегретого пара и собственно его конденсации. Апробация проводилась при численном исследовании конденсатора низкотемпературной теплонасосной системы отопления и горячего водоснабжения с поверхностью теплообмена в виде спирального змеевика труба в трубе, погруженного в нагреваемую жидкость. В первом подходе расход и температура нагреваемой воды ограничены температурой насыщения конденсирующегося хладагента независимо от схемы течения рабочих сред. Методика двухзонного расчета конденсатора перегретого пара с противоточной или перекрестно-противоточной схемой течения рабочих сред позволяет получить реальные результаты по температуре нагреваемой воды, превышающей температуру насыщенного пара хладагента, с учетом расхода нагреваемой воды. В данном случае температура стенки на участке охлаждения выше температуры насыщения, а при конденсации – ниже, что дополнительно подтверждает адекватность данной методики. Использование двухзонной методики с отдельным усреднением физических свойств рабочих сред на участках охлаждения перегретого пара и конденсации, а также температурных напоров дает более точное значение поверхности теплообмена, которая в рассмотренном случае уменьшается до 20 %. На основании проведенных исследований рекомендуется использовать двухзонную методику, позволяющую получить достоверные данные о параметрах конденсатора перегретого пара
Универсальная имитационная модель деградации аккумуляторных батарей с оптимизацией параметров по генетическому алгоритму
Get PDFModeling of batteries is necessary to control their operating mode and diagnose their condition. It is important to model the life cycle, i. e. degradation of basic parameters over a long service life. This is due to the fact that the cost of buffering electricity by batteries is associated with their cycling resource, which can be increased by optimizing the mode of operation of the drive in the energy system. The existing models of battery degradation are characterized by specificity, limited work on standardized charge-discharge cycles, and mathematical cumbersomeness. The article proposes a universal approach devoid of the above disadvantages. The concept of continuous battery wear during the service life is used. A simple empirical model is presented that does not consider in detail the characteristics of the state of batteries during a separate charge-discharge cycle, and does not include voltaic variables. The model considers the intensity of the current wear of the battery as a function of the state of its charge, temperature, the current of the external circuit and the current of self-discharge, the full charge that has flowed through the battery since the beginning of its operation. In this case, the amount of wear (degradation) is determined by the integral of the function of the intensity of current wear over the battery life. To optimize the parameters of the model, a random search method is used in combination with a genetic selection algorithm. The corresponding model of degradation of parameters for the Delta GEL-12-55 lead-acid battery has been constructed, in which the data on degradation of capacity given in the technical description from the manufacturer are used. The efficiency of the parameter optimization algorithm and the adequacy of the resulting model are shown. The model developed by the authors can be used for technical and economic calculations of generator – storage –consumer systems, hybrid power storage systems, and compact representation of large volumes of experimental data on the degradation of specific batteries.Моделирование аккумуляторных батарей необходимо для управления режимом их работы и диагностики состояния. Важное значение имеет моделирование жизненного цикла – деградации базовых параметров в течение длительного срока эксплуатации. Это обусловлено тем, что стоимость буферизации электроэнергии аккумуляторными батареями связана с их ресурсом циклирования, который можно увеличить, оптимизировав режим работы накопителя в энергетической системе. Для существующих моделей деградации аккумуляторов характерны специфичность, ограниченность работы по стандартизированным циклам зарядки-разрядки, математическая громоздкость. В статье предложен универсальный подход, лишенный вышеуказанных недостатков. Используется концепция непрерывного износа батареи в течение срока эксплуатации. Представлена простая эмпирическая модель, не рассматривающая детально характеристики состояния аккумуляторных батарей на протяжении отдельного цикла зарядки-разрядки, не включающая вольтаические переменные. Модель рассматривает интенсивность текущего износа аккумуляторной батареи как функцию состояния заряда батареи, температуры, силы тока внешней цепи и тока саморазряда, полного заряда, протекшего через батарею с начала ее эксплуатации. При этом величина износа (деградации) определяется интегралом функции интенсивности текущего износа по времени эксплуатации батареи. Для оптимизации параметров модели используется метод случайного поиска в сочетании с генетическим алгоритмом отбора. Построена соответствующая модель деградации параметров для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи Delta GEL-12-55, где использованы данные о деградации емкости, приведенные в техническом описании от производителя. Показаны работоспособность алгоритма оптимизации параметров и адекватность полученной модели. Разработанная модель может использоваться для технико-экономических расчетов систем генератор – накопитель – потребитель, гибридных систем накопления электроэнергии, компактного представления больших объемов экспериментальных данных о деградации конкретных аккумуляторов
Синтез на основе линеаризации векторного управления скоростью асинхронного электродвигателя без датчика скорости
Get PDFThe aim of the work was parametric synthesis of vector sensorless (i. e. without speed sensor) control of an electric drive with an induction motor. The structure of the system is based on the application of an adaptive model for estimating the rotor flow coupling vector and velocity. The speed is estimated by the mismatch of the real stator current and the current value calculated in the model. Stability is guaranteed in this well-known structure, obtained on the basis of Lyapunov functions, but it remains problematic to calculate the parameters of regulators and an adaptive model to ensure high-quality dynamics of the system. For a vector control system of an induction electric motor without a speed sensor with an adaptive model, a linearized structure in a synchronously rotating coordinate system was proposed. This makes it possible to calculate control parameters using the modal control method to ensure quality indicators in each of the closed circuits of the system. Such parametric synthesis is based on the assumption that the flow coupling of the rotor is maintained constant, and therefore the mutual influence of the flow coupling and torque control channels can be neglected. The calculation of the parameters of control (regulators and the adaptation channel) is based on the method of assigning the roots of characteristic contour polynomials in such a way that each internal contour has a higher speed than the external one with respect to it. The method is approximate, but it makes it possible to take into account the main cause-and-effect relationships in dynamics and obtain simple calculation expressions. The simulation of the system was carried out using a simulation model that takes into account the digital software-algorithmic method for generating a microcontroller control signal, as well as electromagnetic processes under conditions of pulse-width modulation in an electric energy converter and an electric motor, the use of the values of the rotor flow coupling vector estimated by the model in coordinate transformations of the system, the formation of a spatial vector of the converter voltage. The analysis of the synthesized speed control system by the simulation method has confirmed the effectiveness of the proposed method of parametric synthesis and the acceptable accuracy of speed estimation.Цель работы – параметрический синтез векторного бездатчикового (без датчика скорости) управления электроприводом с асинхронным электродвигателем. Структура системы основана на применении адаптивной модели оценивания вектора потокосцепления ротора и скорости. Скорость оценивается по рассогласованию тока статора и величины тока, вычисляемого в модели. В этой известной структуре, полученной на основе функций Ляпунова, гарантируется устойчивость, однако остается проблематичным расчет параметров регуляторов и адаптивной модели для обеспечения качественной динамики системы. Для системы векторного управления асинхронным электродвигателем без датчика скорости с адаптивной моделью предложена линеаризованная структура в синхронно вращающейся системе координат. Это позволяет рассчитать с помощью метода модального управления параметры управления для обеспечения показателей качества в каждом из замкнутых контуров системы. Такой параметрический синтез основан на допущении, что потокосцепление ротора поддерживается постоянным, и поэтому взаимным влиянием каналов управления потокосцеплением и моментом можно пренебречь. Расчет параметров управления (регуляторов и канала адаптации) базируется на способе назначения корней характеристических полиномов контуров таким образом, чтобы каждый внутренний контур имел быстродействие выше, чем внешний по отношению к нему. Метод является приближенным, однако позволяет принять во внимание основные причинно-следственные связи в динамике и получить простые расчетные выражения. Моделирование системы выполнено с использованием имитационной модели, которая учитывает цифровой программно-алгоритмический способ формирования сигнала управления микроконтроллером, а также электромагнитные процессы в условиях широтно-импульсной модуляции в преобразователе электрической энергии и электродвигателе, применение оцениваемого моделью значения вектора потокосцепления ротора в координатных преобразованиях системы, формирование пространственного вектора напряжения преобразователя. Анализ синтезированной системы управления скоростью методом имитационного моделирования подтверждает эффективность предложенного способа параметрического синтеза и приемлемую точность оценивания скорости
Исследование тепломассообмена в процессах тепловой обработки и сушки теплоизоляционных материалов
Get PDFThe results of the study of heat and mass transfer in the processes of heat treatment and drying processes of thermal insulating materials when the values of the Biot heat exchange criterion are less than one and the main factor is the interaction of the evaporation surface of the material with the environment (external problem) are presented. It was assumed that at low temperature gradients over the cross section of a wet body, thermal transfer of matter can be neglected, and phase transformations are absent (Posnov's criterion is equal to zero). By processing the experimental data on convective heat treatment of materials carried out by the least squares method, experimental equations for calculating the kinetics of drying have been obtained. Equations are given for determining the duration of drying, material temperature, heat flux density. On the basis of the theory of regular thermal regime, equations for the rate of heating of a solid and the rate of decrease in moisture content have been obtained. The verification of the reliability of the obtained equations and comparison of the calculated values of the parameters with the experimental ones are presented. An experimental dependence of the relative drying rate on the dimensionless moisture content has been established. The dependence of the generalized drying time on the relative moisture content is given. Also, based on the analysis of the experimental data on the thermal conductivity coefficients for wet thermal insulation materials, the dependences of the thermal conductivity coefficients on moisture content and temperature have been established. As a result of solving the criterion heat transfer equation, the values of the heat transfer coefficients for the period of the decreasing drying rate are obtained. The values of the Biot criterion in the processes of drying porous ceramics and asbestos are determined, too. It has been determined that the ratio of the moisture content loss rate to the drying rate in the first period does not depend on the drying mode and is a function of the initial moisture content.Изложены результаты исследования тепло- и массопереноса в процессах тепловой обработки и сушки теплоизоляционных материалов при значениях теплообменного критерия Био меньше единицы, когда основным фактором является взаимодействие поверхности испарения материала с окружающей средой (внешняя задача). Принималось, что при малых градиентах температуры по сечению влажного тела термическим переносом вещества можно пренебречь, а фазовые превращения отсутствуют (критерий Поснова равен нулю). В результате обработки опытных данных по конвективной тепловой обработке материалов, проведенной методом наименьших квадратов, получены экспериментальные уравнения для расчета кинетики сушки. Приведены уравнения для определения длительности сушки, температуры материала, плотности тепловых потоков. На основе теории регулярного теплового режима получены уравнения для темпа нагрева твердого тела и темпа убыли влагосодержания. Представлены проверка достоверности полученных уравнений и сопоставление расчетных значений параметров c экспериментальными. Установлена экспериментальная зависимость относительной скорости сушки от безразмерного влагосодержания. Приведена зависимость обобщенного времени сушки от относительного влагосодержания. На основе анализа опытных данных по коэффициентам теплопроводности для влажных теплоизоляционных материалов установлены зависимости коэффициентов теплопроводности от влагосодержания и температуры. В результате решения критериального уравнения теплообмена получены значения коэффициентов теплоотдачи для периода падающей скорости сушки. Определены значения критерия Био в процессах сушки пористой керамики и асбеста. Установлено, что отношение темпа убыли влагосодержания к скорости сушки в первом периоде не зависит от режима сушки и является функцией начального влагосодержания
Особенности поведения плоской осесимметричной капли магнитной жидкости в немагнитном растворителе в однородном магнитном поле
Get PDFThe work is devoted to an experimental study of the process of dissolution of a magnetic fluid in a nonmagnetic solvent under the action of a uniform magnetic field. It is experimentally established that in a volume of magnetic fluid surrounded by a miscible solvent fluid, under the action of a uniform magnetic field, a mechanical movement arises, triggering deformation of this volume. Initially, the axisymmetric volume of the fluid takes an ellipsoidal shape, lengthening along the magnetic field direction. The main reason for this movement is the pressure differences in the magnetic fluid, caused by jumps and nonuniformities of the magnetic field at the interface between magnetic and nonmagnetic media. Simultaneously with the mechanical motion, the diffusion dissolution of the magnetic fluid occurs, which is also accompanied by the motion of the diffusion front at the interface between the fluids. The concentration gradients of magnetic particles that arise in this case cause gradients of the magnetization of the fluid and, as a consequence, gradients of the magnetic field intensity. Together, this triggers the appearance of a bulk magnetic force in the magnetic fluid, and the pressure gradients associated with it. The main regularities of this process have been established, viz. the dependence of change of the geometric characteristics of the volume and its deformation rate on time. It is shown that at the initial stage of the process, the rates of mechanical movement of the boundaries of the magnetic fluid volume are much higher than the rates of movement of the diffusion front. Thus, the initial rate of mechanical elongation of the droplet under the experimental conditions is 0.25 mm/min, and the diffusion front rate is 0.08 mm/min. Over time, these processes slow down and stop when the volume of the magnetic fluid is completely dissolved. Herewith, the mechanical elongation of the drop is the first to stop and, in the case under consideration, takes about ten minutes.Работа посвящена экспериментальному исследованию процесса растворения магнитной жидкости в немагнитном растворителе под действием однородного магнитного поля. Экспериментально установлено, что в объеме магнитной жидкости, окруженном смешивающейся с ней жидкостью-растворителем, под действием однородного магнитного поля возникает механическое движение, приводящее к деформации этого объема. Первоначально осесимметричный объем жидкости принимает эллипсоидальную форму и удлиняется вдоль направления магнитного поля. Основной причиной этого движения являются перепады давления в магнитной жидкости, вызванные скачками и неравномерностями магнитного поля на границе раздела магнитных и немагнитных сред. Одновременно с механическим движением происходит диффузионное растворение магнитной жидкости, которое также сопровождается движением диффузионного фронта на границе раздела жидкостей. Возникающие при этом градиенты концентрации магнитных частиц вызывают градиенты намагниченности жидкости и, как следствие, градиенты напряженности магнитного поля. В совокупности это приводит к возникновению объемной магнитной силы в магнитной жидкости и связанных с ней градиентах давления. Установлены основные закономерности этого процесса: зависимость изменения геометрических характеристик объема и скорости его деформации от времени. Показано, что на начальном этапе процесса скорость механического движения границ объема магнитной жидкости значительно превышает скорость движения диффузионного фронта. Так, начальная скорость механического удлинения капли в условиях эксперимента составляет 0,25 мм/мин, а скорость распространения диффузионного фронта 0,08 мм/мин. Со временем эти процессы замедляются и прекращаются, когда объем магнитной жидкости полностью растворяется. При этом механическое удлинение капли прекращается первым и в рассматриваемом случае занимает порядка десятка минут