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
Оптимизация топологии сети с ВИЭ-генерацией на основе модифицированного адаптированного генетического алгоритма
Get PDFThe article presents an adaptive genetic algorithm developed by the authors, which makes it possible to optimize the topology of a power network with distributed generation. The optimization was based on bioinspired methods. The objects of the study were a 15-node circuit of a power net-work with photovoltaic stations and a 14-node IEEE augmented circuit with distributed generation sources (three wind farms and two photovoltaic plants). The simulation of the modes of electric power systems was performed using the Pandapower library for the Python programming language, which is in the public domain. Three types of electric load of consumers were considered, reflecting the natures of electricity consumption in the nodes of real electric power systems, the results of numerical studies were presented. The proposed genetic algorithm used two different functions of interbreeding, the function of mutation, selection of the best individuals and mass mutation (complete population renewal). At the end of each iteration of the algorithm operation, statistical dependencies were de-rived that characterized its work: the best (minimal losses) and average adaptability in the population, a list of the best individuals throughout all iterations, etc. The verification was carried out in comparison with the results obtained by a complete search of possible radial configurations of the system, and it showed that the developed genetic algorithm had fast convergence, high accuracy and was able to work correctly with different configurations of electrical circuits, generation and load structures. The algorithm can be used in conjunction with renewable energy sources generation forecasting systems for the day ahead when planning the operating modes of power units in order to minimize the costs of covering electricity losses and improve the quality of electricity supplied.В статье представлен разработанный авторами адаптивный генетический алгоритм, позволяющий оптимизировать топологию электрической сети с распределенной генерацией на основе биоинспирированных методов. Объекты исследования – 15-узловая схема электрической сети с фотоэлектрическими станциями и 14-узловая дополненная схема IEEE с источниками распределенной генерации (три ветровые и две фотоэлектрические станции). Моделирование режимов электроэнергетических систем выполнено с использованием находящейся в открытом доступе библиотеки Pandapower для языка программирования Python. Рассмотрены три типа электрической нагрузки потребителей, отражающие характер потребления электроэнергии в узлах реальных электроэнергетических систем, приведены результаты численных исследований. В предложенном генетическом алгоритме применены две различные функции скрещивания, функции мутации, отбора лучших индивидов и массовой мутации (полного обновления популяции). В конце каждой итерации работы алгоритма выводятся статистические зависимости, характеризующие его работу: лучшая (минимальные потери) и средняя приспособленность в популяции, список лучших индивидов на протяжении всех итераций и т. д. Верификация производилась в сравнении с результатами, полученными методом полного перебора возможных радиальных конфигураций системы, и показала, что разработанный генетический алгоритм обладает быстрой сходимостью, высокой точностью и способен корректно работать при различных конфигурациях схем электрических сетей, структурах генерации и нагрузки. Алгоритм может применяться совместно с системами прогнозирования ВИЭ-генерации на сутки вперед при планировании режимов работы энергообъединений с целью минимизации издержек на покрытие потерь электроэнергии и улучшения качества отпускаемой электроэнергии
Эффективность парокомпрессионной трансформации энергетических потоков для теплоснабжения на основе морской воды
Get PDFThe results of the analytical study substantiated the operating conditions for the highly efficient use of the temperature potential of seawater in heat pump heating systems (HPHS) for buildings a building with correspondingly improved environmental indicators. Based on the analysis of the regional conditions of the Odessa water area of the Black Sea, the initial parameters have been substantiated and rational modes of operation of an improved HPHS with central, decentralized or local heating of the subscriber energy carrier have been determined. As indicators for evaluating the efficiency of the HPHS operation, the conversion factor of energy flows and the specific consumption of external energy for the drive of the compressor and the circulating pump of cooled water in the operation of heat pump units were considered. For seawater in the Odessa water area of the Black Sea during the entire heating period, the following temperatures were considered as initial data for analysis: water at the inlet to the evaporator (5–10) ° C, at the outlet (1 °C); calculated temperature difference of the coolant in the heating system (50–40) °C, indoor air (20 °C); estimated outdoor temperature (–18 °C). The characteristic correspondence between the flow rates of the cooled sea water and the heated energy carrier of the heat supply system was taken into account. The prerequisites of high efficiency of the heat pump heat supply system in which the actual conversion coefficient exceeds the seasonal normalized calculated and minimum value at an outdoor temperature of (–10) °C under the limiting conditions of the monoenergy regime for both new and reconstructed buildings were substantiated. In the course of the study, it has been determined that the total specific consumption of external energy for the compressor drive and the circulation of cooled water in the operation of a heat pump unit with a characteristic ratio of water equivalents, even under the limiting conditions of the monoenergetic mode of operation of the heat supply system at an outdoor temperature of (–10) °C, are within the range of generally accepted values (w = 0.28–0.34).В статье результатами аналитического исследования обоснованы режимные условия высокоэффективного использования температурного потенциала морской воды в теплонасосных системах теплоснабжения зданий с соответствующим улучшением экологических показателей окружающей среды. На основе анализа региональных условий Одесской акватории Черного моря определены исходные параметры и рациональные режимы работы усовершенствованной теплонасосной системы с центральным, децентрализованным либо локальным догревом абонентского энергоносителя. Показателями оценки эффективности теплонасосных систем в исследовании приняты коэффициент преобразования энергетических потоков, удельные затраты внешней энергии на привод компрессора и циркуляционного насоса охлаждаемой воды в работе теплонасосной установки. На протяжении всего отопительного периода в качестве исходных рассматривались следующие данные: температура воды на входе в испаритель (5–10) °С, на выходе 1 °С; расчетный перепад температур теплоносителя в системе отопления (50–40) °С, воздуха внутри помещения 20 °С; расчетная температура наружного воздуха (–18) °С. Учитывалось характерное соотношение расходов охлаждаемой морской воды и нагреваемого энергоносителя системы теплоснабжения. Обоснованы условия высокой эффективности работы теплонасосной системы теплоснабжения, при которых действительный коэффициент преобразования превышает сезонное нормированное расчетное и минимальное значения при температуре наружного воздуха (–10) °С в предельных условиях моноэнергетического режима как для новых, так и для реконструируемых зданий. В ходе исследования установлено, что общие удельные затраты внешней энергии на привод компрессора и циркуляцию охлаждаемой воды в работе теплонасосной установки с характерным соотношением водяных эквивалентов даже в предельных условиях моноэнергетического режима эксплуатации системы теплоснабжения при температуре наружного воздуха (–10) °С находятся в диапазоне общепринятых значений (w = 0,28–0,34)
Исследование параметрических взаимодействий при регулировании ядерного реактора с обратной связью
Get PDFThis article considers the principal theoretical possibility of regulating a nuclear power reactor under changing operating modes conditions when external periodic disturbances take place in conditions of changing the operating mode. By the external periodic perturbation a downward change in the conditions of the heat sink was meant. The magnitude of the changes was preliminarily calculated in such a way that the operating conditions of the power plant did not exceed the boundaries of the safe operation zone of the reactor. In the case of approaching the operation parameters to the critical ones, the heat sink was increased until the working conditions returned to their previous state. In this work the amplitude frequency response of a non-linearly enhanced system in the nuclear power plant operating conditions when non-linearly reacting to external periodic influences has been studied. The external cyclic disturbances effect produced on the reactor that initially existed under stationary operating conditions has been considered. The research was carried out by numerical simulation of the competition between processes occurring in a nuclear power plant and determined by the system’s reaction time and relaxation time while responding to periodic external influences. Calculations of the relaxation time dependence on the fixed frequency-revealing external influence’s temperature are presented. Also, the relaxation time dependence on the frequency of external influence at a fixed temperature for systems with various relaxation periods was calculated. It is determined that when the dependence between system temperature and the external influence time is calculated, there exists a wide range of possible frequency control. To evaluate the behavior of a nuclear power reactor under conditions of operating modes changes, a fundamental physical mathematical model of the reactor’s state under external harmonic influence is presented. It is based on the nonlinear Riccati equation. The external harmonic effect was simulated by changing the heat supply and heat removal conditions near the critical point.Рассмотрена принципиальная теоретическая возможность регулирования ядерного энергетического реактора, находящегося под воздействием внешних периодических возмущений, в условиях изменения режимов работы. Под внешним периодическим возмущением подразумевалось изменение условий теплоотвода в сторону уменьшения. Величина изменений предварительно расcчитывалась таким образом, чтобы условия работы энергетической установки не выходили за границы зоны безопасной работы реактора. В случае приближения параметров работы к критическим теплоотвод увеличивался до момента возвращения условий работы в прежнее состояние. Изучен амплитудный частотный отклик нелинейно обостренной системы в условиях работы ядерной энергетической установки, нелинейно реагирующей на внешние периодические воздействия. Рассмотрено воздействие внешних циклических возмущений на реактор, исходно находящийся в стационарном рабочем состоянии. Проведены исследования путем численного моделирования конкуренции процессов, протекающих в ядерной энергетической установке, которые определяются временем реакции и временем релаксации системы на периодическое внешнее воздействие. Представлены расчеты зависимости времени релаксации от температуры внешнего воздействия при фиксированной частоте, времени релаксации от частоты внешнего воздействия при фиксированной температуре для систем с разным временем релаксации. Определено, что при расчете зависимости температуры системы от времени внешнего воздействия существует широкая зона возможного частотного регулирования. Для оценки поведения ядерного энергетического реактора в условиях изменения режимов работы создана принципиальная физико-математическая модель состояния реактора, находящегося под внешним гармоническим воздействием, на основе нелинейного уравнения Риккати. Внешнее гармоническое воздействие моделировалось путем изменения условий теплоподвода и теплоотвода вблизи критической точки
Повышение коэффициента полезного действия солнечных энергетических установок за счет локализации солнечной энергии
Get PDFThe article presents an analysis of the state of development of solar energy in Europe and the Republic of Belarus for 2020. An algorithm for increasing the efficiency factor of solar power plants by localizing the solar trajectory depending on the latitude and longitude of the area has been proposed. In particular, taking into account the angle of the Sun position above the horizon and the azimuth angle of the Sun, the increase in the efficiency factor of solar power plants for the Republic of Belarus is calculated. Based on this algorithm, a program has been written that makes it possible to draw a diagram of the solar trajectory. An analysis has been made of the degree of localization of solar energy for solstice days in 6 oblast (regional) centers of the Republic of Belarus; it is found that the highest intensity of solar radiation is observed in Brest and Gomel, the average in Grodno, Minsk and Mogilev, while the lowest one – in the city of Vitebsk. A comparative analysis of the solar trajectory of the city of Berlin (Germany) with the city of Gomel and the city of Brest is carried out. Recommendations have been developed for the effective operation of solar power plants in the oblast (regional) cities of the Republic of Belarus during the year in an autonomous and combined mode of operation. The obtained numerical calculations of the solar trajectory make it possible to optimize the orientation of solar panels for permanently installed panels and for automated solar tracking systems, as well as to select the optimal configuration of the power plant equipment for any geographic area.В статье представлен анализ развития солнечной энергетики в странах Европы и Республике Беларусь в 2020 г. Предложен алгоритм повышения коэффициента полезного действия для солнечных энергетических установок (СЭУ) за счет локализации солнечной траектории в зависимости от широты и долготы местности. В частности, с учетом угла положения Солнца над горизонтом и угла азимута Солнца рассчитано повышение КПД СЭУ для Республики Беларусь. На основе данного алгоритма написана программа, позволяющая построить диаграмму солнечной траектории. Проведен анализ степени локализации солнечной энергии для дней солнцестояния в шести белорусских областных центрах. Выявлено, что самая высокая интенсивность солнечного излучения наблюдается в Бресте и Гомеле, средняя – в Гродно, Минске и Могилеве, низкая – в Витебске. Проведен сравнительный анализ солнечных траекторий для Берлина (Германия), Гомеля и Бреста. Разработаны рекомендации для эффективной работы СЭУ в течение года в автономном и комбинированном режимах в областных городах Республики Беларусь. Полученные численные расчеты солнечной траектории позволяют проводить оптимизацию ориентации солнечных панелей для стационарно установленных панелей и автоматизированных систем слежения за Солнцем, а также подбор оптимальной комплектации оборудования энергетической установки для любой географической местности
Взаимовлияние режимов регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий
Get PDFThe efficiency of an enterprise’s power supply system depends on the quality of electricity and the losses of the latter in electrical networks; both being largely determined by the modes of voltage control and reactive power compensation. In practice, the problems of voltage control and reactive power compensation in power supply systems of industrial enterprises, including electric networks with a voltage of up to 1 kV, as well as 6, 10 kV and higher, are often solved separately. It triggers an irrational use of existing voltage control devices, underutilization of the installed capacity of compensating devices, and affects the voltage control in the electrical networks of the power supply organization. Since voltage management and compensation modes of reactive power are inseparable, they can be correctly determined only with the use of an integrated approach based on technical and economic criteria and taking into account technical requirements and local conditions. This article analyzes the mutual influence of voltage control and reactive power compensation modes in the electrical networks of industrial enterprises from the point of view of ensuring the quality of electricity and minimizing load power losses. The method and results of calculations (on the example of a specific industrial facility) for determining voltage deviations and losses in the electrical network as well as for selecting parameters for voltage control and reactive power compensation are presented. Due to the close relationship of these modes that affect all voltage levels, the effectiveness of measures cannot be ensured without the use of multifunctional devices for controlling the equipment of transformer substations.Экономичность системы электроснабжения предприятия зависит от качества электрической энергии и ее потерь в электрических сетях, в значительной степени определяемых режимами регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности. Зачастую на практике задачи регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий, включающих электрические сети напряжением до 1 кВ, а также 6, 10 кВ и выше, решаются раздельно. Это ведет к нерациональному использованию имеющихся устройств регулирования напряжения, недоиспользованию установленной мощности компенсирующих устройств, оказывает влияние на регулирование напряжения в электрических сетях энергоснабжающей организации. Поскольку указанные режимы нераздельно связаны, правильно их определить можно лишь с использованием комплексного подхода, основанного на технико-экономических критериях и учитывающего технические требования и местные условия. В настоящей статье анализируется взаимовлияние режимов регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятий с точки зрения обеспечения качества электроэнергии и минимизации нагрузочных потерь мощности. Представлены методика и результаты расчетов (на примере конкретного промышленного объекта) по определению отклонений и потерь напряжения в электрической сети и выбору параметров регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности. Вследствие тесной взаимосвязи указанных режимов, затрагивающей все уровни напряжения, эффективность мероприятий невозможно обеспечить без использования многофункциональных устройств управления оборудованием трансформаторных подстанций
Научно-методические основы эксергетического анализа процессов тепловой обработки бетонных изделий в теплотехнологических установках. Часть 1
Get PDFHaving proven its effectiveness in finding the best options for energy supply and energy consumption the exergetic method of thermodynamic analysis of complex heat and power systems has been widely recognized in recent years. However, its application is hindered by the lack of appropriate scientific and methodological heat technology support, especially if their application involves not only transformation of energy, but also transformation of substances. Heat treatment of concrete and reinforced concrete products belongs to such technologies. This article presents new scientific results related to the development of exergetic balances of the processes of preparation of concrete mixture in a mixer and heat treatment of a concrete product in a heat-technological installation. For each of these cases, the analysis of exergetic flows was carried out, the structure of the exergy of the concrete mixture and the hardening concrete was determined. Based on the analysis of the literature data on the chemical composition of cement clinkers, cements, and hydration products, new dependences have been proposed for calculating the exergy of the concrete mixture flow and the exergy of concrete under its heat treatment, including all their components, viz. thermomechanical, reaction, and concentration constituents. Absolute energy indicators have been developed. The calculation of the mentioned values was performed on a specific example with the use of the developed scientific and methodological support. In the second part of this paper, the results of the study related to the determination of relative exergetic indicators that allow evaluating the energy efficiency of the processes of heat treatment of concrete products in heat technology installations will be published. The results obtained in this paper can be used for the selection of energy-saving modes of heat-technological equipment intended for industrial heat treatment of concrete products.Эксергетический метод термодинамического анализа сложных теплоэнергетических систем в последние годы получил широкое признание, доказав свою эффективность при поиске оптимальных вариантов энергоснабжения и энергопотребления. Вместе с тем его применение сдерживается отсутствием соответствующих научно обоснованных методических подходов к теплотехнологиям, в ходе которых имеют место не только энергетические, но и материальные превращения. Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий относится именно к таким технологиям. В данной статье представлены новые научные результаты, связанные с разработкой эксергетических балансов процессов приготовления бетонной смеси в смесителе и тепловой обработки бетонного изделия в теплотехнологической установке. Для каждого из этих случаев осуществлен анализ эксергетических потоков, определена структура эксергии бетонной смеси и твердеющего бетона. На основе анализа научных работ о химическом составе цементных клинкеров, цементов и продуктов гидратации предложены новые зависимости для расчета эксергии потока бетонной смеси и бетона при его тепловой обработке, включая термомеханическую, реакционную и концентрационную составляющие. Разработаны абсолютные эксергетические показатели. На конкретном примере с использованием разработанного научно-методического обеспечения выполнен расчет указанных величин. Во второй части будут опубликованы результаты исследования по определению относительных эксергетических показателей, позволяющих выполнять оценку энергетической эффективности процессов тепловой обработки бетонных изделий в теплотехнологических установках. Полученные результаты могут использоваться при выборе энергосберегающих режимов теплотехнологического оборудования для промышленной тепловой обработки бетонных изделий
Методика анализа фактического технического состояния скважинного насосного оборудования
Get PDFThe reducing in the pressure characteristic of the submersible pump during operation occurs as a result of the combined action of a number of reasons. Pumping equipment wears out due to waterjet destruction of flow channels. The characteristics of submersible pumps are captured at the factory on special stands. At large group groundwater intakes, wells are equipped with an automated control system that allows testing the pump at the workplace and promptly making a decision on its replacement if the pressure characteristic is unacceptably reduced. The actual pressure characteristic of the pump H н = f (Q) can be plotted directly in the well with a sufficient degree of accuracy. To determine the degree of wear of the pump, its pressure characteristics are compared before installation and at the time of taking readings. The article describes a well strapping scheme for measuring the specific flow rate and pressure characteristics of a submersible pump. The purpose of the study is to derive a dependency for constructing the flow-pressure characteristics of a submersible pump at its workplace and to develop a method for accounting for its wear during operation, which allows predicting a decrease in well productivity over time. An expression is proposed to describe the characteristics of the pump at any time, calculated from its installation in the well. The analysis of the reducing in the pressure characteristics of pumps produced by various manufacturers in the wells of the existing water intake of underground water is presented. It is confirmed that the intensity of the pressure reduction depends on the duration of the pump operation in a given well, the material of the pump impellers and the sand content in the pumped water.Снижение напорной характеристики погружного насоса в процессе эксплуатации происходит в результате совокупного действия ряда причин. Насосное оборудование изнашивается вследствие гидроабразивного разрушения проточных каналов. Снятие характеристик погружных насосов производится в заводских условиях на специальных стендах. На крупных групповых водозаборах подземных вод скважины оборудованы автоматизированной системой управления, позволяющей тестировать насос на рабочем месте и оперативно принимать решение о его замене при недопустимом снижении напорной характеристики. Фактическую напорную характеристику насоса H н = f(Q) с достаточной степенью точности можно построить непосредственно на скважине. Для определения степени износа насоса производится сравнение его напорных характеристик до установки и в момент снятия показаний. В статье описана схема обвязки скважины для измерения удельного дебита и напорной характеристики погружного насоса. Цель исследования – вывести зависимость для построения расходно-напорной характеристики погружного насоса на его рабочем месте и разработать методику учета его износа в процессе работы, позволяющую прогнозировать снижение производительности скважин во времени. Предложено выражение для описания напорной характеристики насоса в любой момент времени, исчисляемый от его установки в скважину. Приведен анализ снижения напорных характеристик насосов различных производителей на скважинах действующего водозабора подземных вод. Подтверждено, что интенсивность снижения напора зависит от продолжительности эксплуатации насоса на данной скважине, материала рабочих колес насоса и содержания песка в перекачиваемой воде.
Турбодетандерные установки на низкокипящих рабочих телах
Get PDFThe article examines the possibility of increasing the efficiency of the turbo-expander cycles on low-boiling working fluids using those methods that are used for steam turbines, viz. increasing the parameters of the working fluid before the turbo-expander and using secondary overheating. Thus, four schemes of the turbo-expander cycle are considered: the one without overheating of the low-boiling working fluid, the one with single overheating of low-boiling fluid, the one with double overheating and the one with double overheating at supercritical parameters. All the studied cycles were considered with a heat exchanger at the outlet of the turbo expander, designed to heat the condensate of a low-boiling working fluid formed in the condenser of the turbo expander unit. Cycles in P–h coordinates were built for the studied schemes. The method of thermodynamic analysis of the studied cycles based on the exergetic efficiency has been developed. The results of the research are presented in the form of Grassman-Shargut diagrams, which show exergy losses in the elements of the studied cycles on a scale, and also show the positive effect of the operation of the turbo-expander cycle in the form of electrical power. The analysis of the obtained results showed that the main losses that have a significant impact on the exergy efficiency are the losses of exergy in the recovery boiler. The increase of parameters of low-boiling working body, and the use of intermediate superheating reduce losses in the waste heat boiler and, consequently, increases exergetic efficiency of turbo-expander cycle. The turbo-expander cycle with double overheating at supercritical parameters of the low-boiling fluid is of the largest exergetic efficiency out of the schemes that have been examined.В статье изучена возможность повышения эффективности турбодетандерных циклов на низкокипящих рабочих телах (НКРТ) при помощи методов, применяемых для паровых турбин (повышение параметров рабочего тела перед турбодетандером и использование вторичного перегрева). Рассмотрены четыре схемы турбодетандерного цикла: без перегрева НКРТ, с однократным перегревом, с двукратным перегревом, с двукратным перегревом на сверхкритических параметрах. Все исследуемые циклы рассматривались с теплообменным аппаратом на выходе из турбодетандера, предназначенным для подогрева конденсата НКРТ, образовавшегося в конденсаторе турбодетандерной установки. Для изучаемых схем построены циклы в P–h-координатах. Разработана методика термодинамического анализа вышеуказанных циклов на основе эксергетического коэффициента полезного действия. Результаты исследований представлены в виде диаграмм Грассмана – Шаргута, на которых в масштабе изображены потери эксергии по элементам изучаемых циклов, а также показан положительный эффект от работы турбодетандерного цикла в виде электрической мощности. Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что основные потери, оказывающие существенное влияние на эксергетический КПД, происходят в котле-утилизаторе. Повышение параметров НКРТ, а также использование промежуточного перегрева приводят к снижению потерь в котле-утилизаторе и, как следствие, к повышению эксергетического КПД турбодетандерного цикла. Наибольшим эксергетическим КПД из исследуемых схем обладает турбодетандерный цикл с двукратным перегревом на сверхкритических параметрах низкокипящего рабочего тела
Опытно-теоретическое исследование аксиального распределения частиц твердой фазы в кипящем слое
Get PDFThe article presents the results of computational and experimental studies of the distribution of a model material (plastic spherical particles with a size of 6 mm) along the height of a laboratory two-dimensional apparatus of the fluidized bed of the periodic principle of action. To experimentally determine the distribution of the solid phase over the height of the apparatus, digital photographs of the fluidized bed were taken, which were then analyzed using an algorithm that had been specially developed for this purpose. The algorithm involved splitting the image by height into separate rectangular areas, identifying the particles and counting their number in each of these areas. Numerical experiments were performed using the previously proposed one-dimensional cell model of the fluidization process, constructed on the basis of the mathematical apparatus of the theory of Markov chains with discrete space and time. The design scheme of the model assumes the spatial decomposition of the layer in height into individual elements of small finite sizes. Thus, the numerically obtained results qualitatively corresponded to the full-scale field experiment that had been set up. To ensure the quantitative reliability of the calculated forecasts, a parametric identification of the model was performed using known empirical dependencies to calculate the particle resistance coefficient and estimate the coefficient of their macrodiffusion. A comparison of the results of numerical and field experiments made us possible to identify the most productive empirical dependencies that correspond to the cellular scheme of modeling the process. The resulting physical and mathematical model has a high predictive efficiency and can be used for engineering calculations of devices with a fluidized bed, as well as for setting and solving problems of optimal control of technological processes in these devices for various target functions.В статье представлены результаты расчетных и экспериментальных исследований распределения модельного материала (пластмассовых сферических частиц размером 6 мм) по высоте лабораторного двумерного аппарата кипящего слоя периодического принципа действия. Для экспериментального определения распределения твердой фазы по высоте аппарата выполнены цифровые фотографии кипящего слоя, которые затем анализировались при помощи специально разработанного для этого алгоритма. Алгоритм подразумевал разбиение изображения по высоте на отдельные прямоугольные области, идентификацию частиц и подсчет их числа в каждой из указанных областей. Численные эксперименты выполнялись с использованием предложенной ранее одномерной ячеечной модели процесса псевдоожижения, построенной на основе математического аппарата теории счетных цепей Маркова с дискретным пространством и временем. Расчетная схема модели предполагает пространственную декомпозицию слоя по высоте на отдельные элементы малых конечных размеров. Таким образом, получаемые численно результаты в качественном отношении отвечают поставленному натурному эксперименту. Для обеспечения количественной достоверности расчетных прогнозов выполнена параметрическая идентификация модели с привлечением известных эмпирических зависимостей для расчета коэффициента сопротивления частиц и оценки коэффициента их макродиффузии. Сравнение результатов численных и натурных экспериментов позволило выделить наиболее продуктивные эмпирические соотношения, сочетающиеся с ячеечной схемой моделирования процесса. Полученная физико-математическая модель обладает высокой прогностической эффективностью и может использоваться для инженерных расчетов аппаратов с кипящим слоем, а также для постановки и решения задач оптимального управления технологическими процессами в этих аппаратах по различным целевым функциям
Моделирование характеристик фототермоэлектрической батареи
Get PDFSolar radiation is an environmentally friendly and affordable energy source with high release of energy. The use of a photovoltaic thermoelectric battery makes it possible to increase the efficiency of converting solar and thermal radiation into electrical energy, both on serene and cloudy days. An original battery structure with photovoltaic and thermoelectric converters is proposed. The 3D model of the proposed photovoltaic thermoelectric battery was realized in the COMSOL Multiphysics software environment with the use of a heat transfer module. The simulation was performed for the geographical coordinates of Minsk and taking into account the diurnal and seasonal variations of both the ambient temperature and the power density of the concentrated AM1.5 solar spectrum, the maximum value of which being varied from 1 to 500 kW/m2. The dependences of the maximum temperature values of the photovoltaic thermoelectric battery and the thermoelectric converters as well as temperature gradient patterns in the thermoelectric converters have been calculated. The dependences of the maximum temperature gradient values inside the thermoelectric converters on the solar power density are obtained. The graphs of the temperature gradients inside the thermoelectric converters of the photovoltaic thermoelectric battery by concentrated solar radiation versus the time of day in the middle of July and January are provided. It is shown that the output voltage increases up to the maximum values of 635 and 780 mV, respectively, in January and in July were achieved due to the temperature stabilization of the back side of the external electrodes of the proposed deviceСолнечное излучение является экологически чистым и доступным источником энергии с высокой энергоотдачей. Использование фототермоэлектрической батареи позволяет увеличить эффективность преобразования солнечного и теплового излучений в электрическую энергию как в ясные, так и в пасмурные дни. В данной работе предложена оригинальная структура батареи с фото- и термоэлектрическими преобразователями. Трехмерная модель фототермоэлектрической батареи реализована в программном обеспечении COMSOL Multiphysics с использованием модуля «Теплопередача». Моделирование проводилось для географических координат г. Минска с учетом суточного и сезонного изменений температуры окружающей среды и плотности мощности концентрированного солнечного излучения спектра AM1.5, максимальное значение которой варьировалось от 1 до 500 кВт/м2. Рассчитаны зависимости максимальных значений температуры фототермоэлектрической батареи, термоэлектрических преобразователей, а также профили распределения градиента температуры в термоэлектрических преобразователях. Получены зависимости максимальных значений градиента температуры внутри термоэлектрических преобразователей от плотности мощности солнечного излучения. Построены графики зависимостей градиентов температуры внутри термоэлектрического преобразователя фототермоэлектрической батареи при воздействии концентрированного солнечного излучения от времени суток в середине июля и января. Показано, что за счет термостабилизации тыльной стороны внешних электродов предложенного устройства удалось достичь увеличения выходного напряжения до максимальных значений 635 мВ в январе и 780 мВ в июле.