Т. 8, № 1, 2024
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК. СЕРИЯ «АВИАЦИОННО-РАКЕТНОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
|
В. И. Карагусов, А. В. Зиновьева Анализ тепловой производительности радиационной системы жизнеобеспечения на основе экспериментальных данных DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-9-16 Солнечная энергия считается возобновляемым, наиболее экологически чистым и безуглеродным видом энергии. Солнечные коллекторы являются одной из реализаций радиационных систем жизнеобеспечения. Их разработка требует достаточно большего количества исходных данных, таких как параметры помещений, требуемая в них температура, объем, теплоизоляция стен, полов и потолков, конструкции окон и дверей, ориентации по сторонам света, углы наклона скатов крыши и пр. Следующая группа факторов связана с местоположением объекта, широтой, высотой над уровнем моря, расстоянием до крупных водоемов, розой ветров и др. Третья группа связана собственно с погодой: количеством осадков, облачностью, температурой наружного воздуха и др., значительная часть из них, таких как туман, дымка, роса, тень от каждого облака, влияет на величину инсоляции и все это невозможно заранее учесть. Использование архивов погоды не позволяет в полной мере определить удельную тепловую производительность солнечных коллекторов, так как в архивах не отражается ни средняя, ни текущая инсоляция. Не зная величину реальной инсоляции и тепловые потери на солнечном коллекторе невозможно определить тепловую производительность радиационной системы жизнеобеспечения за сутки, месяц, сезон или за год. В данной работе рассматриваются экспериментальные и расчетные исследования радиационной системы жизнеобеспечения, проведенные в 2018–2022 гг. Ключевые слова: радиационная система жизнеобеспечения, тепловой поток, теплоизоляция, возобновляемая энергия, радиационная система нагрева, кондиционирование воздуха. |
9–16 |
|
В. Л. Юша Теоретическая оценка эффективности применения одноступенчатых длинноходовых поршневых компрессоров в холодильной технике и системах сжижения углеводородов DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-17-24 Представлен анализ основных современных технологий получения низких температур и ожижения углеводородов с использованием компрессорного оборудования и приведены наиболее значимые результаты исследований в области малорасходных компрессоров на базе тихоходных длинноходовых поршневых ступеней. Представлена методика расчёта идеального парокомпрессионного холодильного цикла, адаптированная к рассматриваемому объекту с учётом возможности реализации квазиизотермического сжатия. Выполнен сравнительный расчётный анализ температурных режимов и термодинамической эффективности двухступенчатого холодильного цикла и одноступенчатых холодильных циклов при адиабатном и квазиизотермическом процессах сжатия в диапазоне температур кипения 278 К … 198 К. Показано, что по величине температуры нагнетания и холодильного коэффициента одноступенчатая парокомпрессионная аммиачная холодильная машина на базе тихоходной квазиизотермической ступени сравнима с аналогичной двухступенчатой машиной на базе адиабатных ступеней. Это позволяет, применительно к действительным объектам – малым холодильным машинам и установкам, прогнозировать как энергетические, так и технические преимущества применения одноступенчатой схемы на базе тихоходных длинноходовых поршневых компрессоров. Кроме этого, показано, что эффективное применение такого компрессора возможно и в системах ожижения углеводородов, при этом обеспечивается их безопасные температурные режимы в широком диапазоне атмосферных температур. Ключевые слова: одноступенчатые и многоступенчатые холодильные циклы, поршневая тихоходная длинноходовая ступень, «квазиизотермическое» сжатие, холодильный коэффициент, температура и давление кипения и конденсации. |
17–24 |
|
С. С. Бусаров, К. А. Бакулин, Р. Э. Кобыльский, И. С. Бусаров Перспективы создания современных поршневых компрессоров с повышенной производительностью DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-25-31 Современный уровень производительности поршневых компрессоров, характеризуемый коэффициентом подачи, находится на уровне 0,7. Передовые конструкции имеют более высокие показатели, достигающие значения 0,8…0,85. Однако отрицательное влияние мёртвого объёма не позволяет достигать данного уровня производительности из-за несовершенства конструкции компрессора. Поэтому снижение влияния мёртвого объёма на производительность можно считать основной задачей в совершенствовании современных поршневых машин. В представленной поисковой работе предложено решение по исключению влияния наиболее значимой составляющей мёртвого объёма – линейного пространства. Как показали проведённые экспериментальные исследования применение эластичных дисков, устанавливаемых на поршне, позволит практически исключить линейный мёртвый объём, обеспечить безопасность работы и повысить коэффициент подачи до 14 %. Ключевые слова: поршневой компрессор, мертвый объём, производительность, адиабатный КПД, мощность, эксперимент, линейный мертвый объём. |
25–31 |
|
А. Д. Ваняшов Условно динамический анализ работы центробежного компрессора в агрегатную линию рециркуляции DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-32-41 Разработана методика условно динамического (квазидинамического) гидравлического и теплового расчета линий рециркуляции компрессорных станций. В качестве примера, рассмотрено решение задачи по реконструкции линейной компрессорной станции магистрального газопровода. С использованием разработанной методики предложены варианты модернизации существующей линии рециркуляции с целью повышения её пропускной способности. Выполнен анализ изменения температуры газа в линии рециркуляции за счет различных факторов (теплообмена с грунтом, дросселирования) на пусковых режимах постоянных и переменных оборотах ротора компрессора. Выполнен анализ изменения времени цикла рециркуляции и интенсивности роста температуры на входе в компрессор в единицу времени. Ключевые слова: антипомпажный клапан, газодинамическая характеристика, газоперекачивающий агрегат, линия рециркуляции, компрессорная станция, компрессорная установка, центробежный компрессор. |
32–41 |
|
Г. И. Чернов, В. С. Евдокимов, А. М. Калашников, В. И. Кабельский, А. О. Жуков, В. А. Футин Разработка математической модели для системы рекуперации тепловых потерь передвижной компрессорной станции на основе холодильной машины DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-42-48 В данной статье представлена математическая модель передвижной компрессорной станции с системой рекуперации тепловых потерь на основе холодильной машины. В работе показана схема системы рекуперации тепловых потерь, на основе которой разработана математическая модель. Математическая модель включает известные термодинамические соотношения для тепловой нагрузки на теплообменные аппараты, мощности, потребляемой компрессором, и холодильного коэффициента холодильной машины. Представленная модель позволяет определить эффективность системы и повести расчёт аппаратов и агрегатов, входящих в её состав. Ключевые слова: передвижная компрессорная станция, цикл Ренкина, система рекуперации тепловых потерь, холодильная машина, математическая модель. |
42–48 |
|
О. В. Вдовин, Е. Н. Слободина, А. Г. Михайлов Сравнительный анализ теоретических моделей определения теплопроводности наножидкости DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-49-56 В статье представлены известные теоретические модели по определению теплопроводности наножидкости и дано их краткое описание. Рассмотрены некоторые экспериментальные работы по определению теплопроводности различных наножидкостей. Выполнено расчетное исследование влияния наночастиц некоторых оксидов на изменение теплопроводности наножидкости. Проведен сравнительный анализ известных расчетных моделей по определению теплопроводности наножидкости и экспериментальных данных. На основании сравнительного анализа определена точность расчетных моделей по определению теплопроводности наножидкости. Ключевые слова: наножидкость, теплопроводность, наночастицы, теоретическая модель, сравнительный анализ, оксид алюминия, диоксид кремния. |
49–56 |
АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА
|
А. А. Кишкин, Ю. Н. Шевченко, А. А. Зуев, Д. А. Жуйков Сравнительный анализ теоретических моделей определения теплопроводности наножидкости DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-57-68 В ходе работ по энергетическому совершенству систем терморегулирования космических аппаратов с двухфазным контуром рассматривается вопрос частичной регенерации тепловой энергиив электрическую в турбогенераторе низкой быстроходности; часть проектных работ требует расчетного моделирования при транспорте закрученных потоков в осевом направлении от внешнего ввода до плоскости ввода в рабочее колесо, что определяет необходимость теоретической экспериментальной прораработки проблемы. В работе рассмотрены преобразования уравнений изменения количества движения жидкости в граничных условиях осекольцевого канала с неподвижными цилиндрическими поверхностями. При допущениях об осесимметричности течений с использованием интегральной формы записи уравнения неразрывности получены соотношения в виде двух дифференциальных уравнений с выраженными производными по оси канала для полного давления p* и константы окружной скорости Cu = UR (const — на шаге интегрирования). Уравнение составляет основу алгоритма интегрирования в конечных разностях, дополненных системой служебных уравнений, описывающих напряжение трения, термодинамические параметры и т.п. Проведены тестовые расчеты по реальным параметрам, проанализированы результаты. Ключевые слова: осеокружной поток, тангенциальные и окружные напряжения, потенциальный поток, уравнение энергии, транспортный несущий поток, система дифференциальных уравнений движения, термодинамические параметры. |
57–68 |
|
Д. Б. Добрица, Е. В. Леун Определение повреждений неудаляемых и удаляемых окна перспективных пенетраторов от ударного воздействия высокоскоростных частиц реголита при ударном внедрении в грунт Луны DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-69-77 В статье рассмотрены перспективные пенетраторы с неудаляемыми прозрачными и удаляемыми непрозрачными окнами, созданными преимущественно из корундов и льдокомпозита, соотвественно. Их применение позволит расширить научную программу исследований за счет возможностей визуализации для видеорегистрации движения пенетратора в подповерхностных слоях грунта и их оптических методов изучения, а также прямого непосредственного контакта с ними. Обсуждаются методика расчета и полученные с помощью численного моделирования или на основе инженерной модели расчетные значения повреждений этих окон от ударного воздействия сферических частиц лунного реголита диаметрами 1,0 и 1,5 мм, соударяющихся с ними со скоростями до 1 км/с в угловом диапазоне от 70° до 80°. Ключевые слова: космические исследования, Луна, реголит, пенетратор, высокоскоростное внедрение, сапфир, льдокомпозит, метод Уилкинса. |
69–77 |
|
И. Д. Марканов, Р. А. Вдовин, Е. С. Гончаров, А. О. Фирсин Определение оптимального режима FDM-печати композитами для получения требуемых конструкторско-технологических параметров DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-78-85 В данной статье были рассмотрены свойства различных материалов для 3D печати, а именно пластиков, в том числе полиамидов, а также композитных или инженерных пластиков, с примесями углеволокна и стекловолокна. С учетом данных свойств и проведенных экспериментов, направленных на выявление линейной усадки и максимальной выдерживаемой экспериментальными образцами нагрузки, был подобран наиболее подходящий режим выращивания образцов определенным материалом на 3D-принтере. Как итог, был определен оптимальный режим 3D – печати различных конструкций деталей из композитных материалов для достижения заданных конструкторско-технологических параметров. Ключевые слова: 3D печать, аддитивное производство, аддитивные технологии, FDM-печать, 3D принтер, композитные материалы, режим печати, пластик |
78–85 |
|
А. О. Фирсин, Р. А. Вдовин, Е. С. Гончаров, И. Д. Марканов Проектирование и изготовление деталей и узлов аэрокосмических конструкций из композитных материалов в условиях аддитивного производства DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-86-94 В данной статье поднимается тема модернизации существующих технологических процессов заготовительного производства в части исключения дорогостоящего и длительного этапа проектирования и изготовления металлических пресс-форм и внедрения технологий 3D-печати. В статье представлена информация о технологии 3D-печати, основанной на методе экструзии. Приводится информация об основных этапах проектирования технологической оснастки для детали «Вставка», с учетом особенностей и ограничений, связанных с печатью на 3D-принтерах. В рамках исследования был проведен анализ шероховатости и усадки тестовых образцов, которые были изготовлены на 3D-принтере из различных композитных материалов. Ключевые слова: 3D-печать, аддитивное производство, композитный материал, детали двигателестроения, усадка, FDM-печать, шероховатость. |
86–94 |
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
|
А. А. Теплоухов, Н. А. Семенюк, А. Е. Терёхина, С. И. Мотовилов, Д. В. Скакун Влияние поверхностной модификации на морфологические характеристики и микротвердость стали ХВГ DOI: 10.25206/2588-0373-2024-8-1-95-101 В процессе эксперимента, выполненного в два этапа, было получено тонкопленочное покрытие молибдена на подложке из стали марки ХВГ. Первый этап включал в себя предварительную ионную имплантацию молибдена. Второй этап – это получение методом сбалансированного магнетронного напыления тонкопленочного покрытия молибдена. В процессе исследования методом растровой электронной микроскопии получены микрофотографии, визуально подтверждающие равномерность и однородность тонкопленочного покрытия. Полученные методом зондовой микроскопии значения средней шероховатости поверхности Sa позволяют говорить об ее уменьшении после нанесения тонкопленочного покрытия. Методом энергодисперсионного анализа определена массовая концентрация молибдена на поверхности модифицированной инструментальной стали, которая составила 92,4 %. Получены экспериментальные режимы модификации тонкопленочным покрытием стали марки ХВГ, которые оказывают существенное влияние на среднюю шероховатость и микротвердость ее поверхности. Показано, что используемые в работе экспериментальные режимы позволяют получать упрочнение поверхности стали ХВГ после нанесения тонкопленочного покрытия молибдена, с предварительной ионной имплантацией в несколько раз. Определена сила адгезии между тонкопленочным покрытием и подложкой из стали марки ХВГ. Высокие значения адгезии, полученные методом, предложенном Джеральдом Франкель из Университета штата Огайо, показывают хорошее качество нанесенного покрытия. Все вышеперечисленное говорит о перспективности использования вышеупомянутой методики в машиностроительной отрасли. Ключевые слова: ионная имплантация, сбалансированное магнетронное напыление, тонкопленочные покрытия, молибден, растровая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, зондовая микроскопия, микротвердость. |
95–101 |