Том 25, № 3 (2017)

Рассматривается задача синтеза оптимального управления процессом периодического индукционного нагрева стальной цилиндрической заготовки в системе с обратной связью по температуре, измеряемой в одной из точек по объему заготовки. В качестве критерия оптимальности используется взвешенная сумма интегральных квадратичных ошибок приближения температурного поля к заданному распределению и энергетических затрат на реализацию процесса управления. Поведение температурного поля описывается одномерным уравнением Фурье с нелинейными граничными условиями, учитывающими теплопотери за счет конвекции и излучения. Для синтеза алгоритма управления используется метод динамического программирования, основанный на принципе оптимальности Беллмана.

Мониторинг состояния природно-техногенных объектов, в особенности расположенных на северных территориях страны, - актуальная научно-практическая проблема. В статье представлена методология мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте линейно-протяженных объектов, построенная на уникальных данных с послойным измерением температуры в каждой термоскважине выбранного участка. Определяют слой, которому принадлежит граница оттаивания грунта, затем находят взвешенные по слоям грунта температурные модели, соответствующую температурную модель проверяемого участка и температурные отклонения. Выясняют максимально допустимую величину температурного отклонения и сравнивают с ней найденные температурные отклонения. В случае невыполнения неравенства каждый раз формируют информацию, в которую включают местоположение выявленных температурных аномалий и соответствующие величины температурных отклонений. При использовании разработанной методологии эффективность функционирования линейно-протяженных объектов, расположенных в зоне многолетнемерзлого грунта, возрастает в среднем на 7,8...10,1 %.

Рассматриваются вопросы моделирования и расчета электромагнитных параметров в индукционной трехфазной системе для технологического нагрева и перемешивания вязких жидкостей. Исследуются взаимосвязанные электромагнитные и электромеханические процессы в многослойной системе «индуктор - металлический цилиндр - полый ротор». Отмечены специфические особенности исследуемых процессов. Представлены результаты численного расчета электромагнитных полей и электромагнитного момента вращения ротора в нагреваемой жидкости. Показано, что при соответствующем выборе геометрических параметров индукционной системы можно найти требуемое соотношение между тепловой мощностью, выделяемой в элементах системы, и мощностью, идущей на вращение ротора. Результаты проведенных исследований предназначены для решения задачи расчета оптимальных электрических и геометрических параметров предлагаемой конструкции.

Математическая модель синхронного генератора ветроэнергетической установки предназначена для оптимизационного расчета его параметров и характеристик. Объектом моделирования служит синхронный генератор малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов. Применена конструкция индуктора со встроенными постоянными редкоземельными магнитами и насыщающимися мостиками. Основой расчета служит численное моделирование магнитного поля машины методом конечных элементов. Магнитное поле моделируется отдельно для режимов холостого хода, реакции якоря и нагрузочного. Для расчета рабочего режима используется диаграмма Блонделя. Продольная и поперечная реакции якоря моделировались численными методами. Полученные результаты позволили выбрать оптимальную геометрию индуктора.

Представлены результаты термодинамического анализа процесса образования покрытия из карбида ниобия из газовой смеси пентахлорида ниобия и метана при пониженном давлении. Коротко описана методика нанесения покрытия из карбида ниобия на твердосплавные неперетачиваемые пластины. Показано, что в реакционном объеме происходит реакция восстановления и диспропорционирования хлоридов, в результате чего выделяется ниобий, который взаимодействует с углеродом; при этом образуется карбид ниобия стехиометрического состава. Термодинамический анализ был проведен с целью определения с наибольшей степенью вероятности реакции, приводящей к образованию гомогенного покрытия из карбида ниобия. Проведен расчет изобарно-изотермического потенциала и констант равновесия по энтропийному методу, основанному на уравнению Гиббса - Гельмгольца. Показано, что снижение давления в реакционном объеме увеличивает вероятность протекания реакции, приводящей к образованию покрытия из карбида ниобия.

Проведено исследование режимов работы системы теплоснабжения в условиях аварийного отпуска теплоты от ТЭЦ. Рассмотрены факторы, влияющие на тепловой режим помещений зданий, имеющих наружные ограждения различной конструкции. Безопасная эксплуатация ограждений и здания в целом определяется не только временем полного промерзания стены, но и периодом, в течение которого на ее поверхности температура понижается до точки росы или допустимого перепада температур между внутренней поверхностью наружного ограждения и температурой внутреннего воздуха. Предложено решение задачи об охлаждении наружных стен зданий при аварийном температурном графике работы теплосети. Разработана методика расчета скорости охлаждения внутренней поверхности наружного ограждения и температуры на этой поверхности в заданный момент времени. Определена температура внутреннего воздуха, при которой происходит выпадение конденсата на внутренней поверхности ограждений. Применение разработанной методики и схем автоматизации работы систем теплоснабжения может повысить энергоэффективность и способствовать энергосбережению зданий при авариях в тепловой сети.

При использовании дополнительных искомых функций и дополнительных граничных условий в интегральном методе теплового баланса получены высокоточные приближенные аналитические решения задачи теплопроводности для бесконечной пластины с переменными физическими свойствами среды при симметричных граничных условиях первого рода. Для нахождения решения в области 0,05 ≤ < ∞ вводится дополнительная искомая функция, характеризующая изменение температуры в центре пластины, которая ввиду бесконечной скорости распространения теплоты, заложенной в параболическом уравнении теплопроводности, начинает изменяться сразу после приложения граничного условия первого рода. Следовательно, диапазон ее изменения включает весь диапазон времени нестационарного процесса и весь диапазон изменения температуры. Для получения решения при малых и сверхмалых значениях времени используется модель с конечной скоростью распространения теплоты, основанная на определении фронта температурного возмущения и дополнительных граничных условий. Комбинация этих двух моделей (с бесконечной и конечной скоростью распространения теплоты) позволила получить достаточно простого вида приближенные аналитические решения сложной нелинейной задачи (с нелинейностью второго рода) во всем диапазоне времени нестационарного процесса практически с заданной степенью точности. Рассмотрение в обеих моделях дополнительных искомых функций позволяет свести решение уравнений в частных производных к интегрированию обыкновенных дифференциальных уравнений.

Рассмотрен новый подход к определению коэффициентов влияния температуры окружающего воздуха в пределах региона на энергопотребление в регионе. Проведен анализ подходов, предлагаемых авторами статьи [2], в которых в качестве математической модели влияния температуры предложен переменный коэффициент влияния, зависящий от величины самой температуры. Изменение коэффициента влияния описывается кусочно-линейной моделью. В данной работе предложено проверить гипотезу о представлении коэффициента влияния температуры в виде нелинейной модели, заданной полиномом третьего порядка. В ходе проверки гипотезы был построен график модели третьего порядка и представлен для визуального сравнения с предложенной в [1] кусочно-линейной моделью. В качестве критерия состоятельности модели выбран коэффициент детерминации R2, значения которого были определены на нескольких интервалах в пределах диапазона изменения температуры и представлены в виде графика.

Одним из приоритетных направлений улучшения механических характеристик алюминиевых композиционных сплавов является легирование матричных основ химическими элементами, способными формировать вторую фазу повышенной прочности. В традиционных литейных технологиях, как правило, осуществляется лигатурный способ введения дополнительных компонентов, который требует существенных предварительных затрат. В представленной работе исследована возможность ввода легирующей добавки никеля в состав матричных основ Al и Al-5%Cu, причем впервые показана принципиальная возможность введения в расплав никеля как в виде металлического элементного порошка, так и в составе оксида никеля NiO. Данные микроскопического исследования, основанные на проведении локального рентгеноспектрального анализа, подтверждают в обоих случаях получение целевой фазы NiAl3, а результаты механических испытаний свидетельствуют об упрочнении матричных сплавов.

Остаточные напряжения в листовых металлах и сплавах оказывают влияние на точность геометрических размеров изделий, получаемых методами листовой штамповки. В работе экспериментально изучено влияние начального состояния листовых заготовок из сплавов АМг5, АМг6, АМг10 и Д16 и степени их деформации при прокатке на остаточные зональные напряжения и физическое уширение линий интерференции рентгеновских лучей. Перед прокаткой заготовки из всех сплавов толщиной 2 мм подвергались отжигу, а заготовки из сплавов АМг10 и Д16 - закалке. Установлено, что проведение рекристаллизационного отжига после холодной прокатки не устраняет полностью влияния пластической деформации на зональные остаточные напряжения во всех исследованных сплавах. Физическое уширение рентгеновских линий интерференции после отжига увеличивается. Проведено изучение влияния размеров областей когерентного рассеяния и микроискажений кристаллической решетки на физическое уширение линий интерференции рентгеновских лучей. Увеличение физического уширения в сплавах АМг5 и АМг6 связано с наличием микроискажений кристаллической решетки, а в сплавах Д16 и АМг10 большее влияние на физическое уширение оказывает размер областей когерентного рассеяния в зависимости от степени обжатия при прокатке.

Статья посвящена разработке и сравнению статических моделей установки охлаждения газа. В качестве исходных данных использовались мгновенные значения технологических параметров работы установки, фиксировавшиеся в течение шести лет с двухчасовым интервалом. Выполнен предварительный отбор данных, соответствующих рабочему режиму. Реализованы модели, базирующиеся на регрессионном анализе, решении уравнения теплопередачи, алгоритме ближайшего соседа. Проведена оценка погрешности полученных моделей.

Выполнена попытка идентификации дефекта в твердом теле с помощью методов неразрушающего контроля (поляризационно-оптических методов). Проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния натурных объектов с использованием плоских и пространственных моделей, изготовленных с помощью аддитивных технологий, содержащих внутри полости (дефекты) различного объема. Выполнено моделирование дефекта внутри твердого тела кубической формы под действием одноосного нагружения в многофункциональном комплексе Simula Abaqus. Рассмотрены различные случаи расположения дефектов в твердом теле. Приведены результаты численных расчетов, выполненных в программном комплексе Simula Abaqus.