Вестник Московского энергетического института (Вестник МЭИ). Теоретический и научно-практический журнал.
Электрические свойства композиционного материала ГСКВ 0,15 для изоляции в электрических машинах
Рассмотрены электрические свойства нового изоляционного материала — слюдинита высокой нагревостойкости, гибкого, марки ГСКВ 0,15, используемого в качестве электрической изоляции в высоковольтном оборудовании. Приведены экспериментальные результаты по определению теплопроводности и электрических свойств данного материала, представляющего собой композит с двумя типами наполнителей (слюдяная бумага и стеклоткань).
Совершенствование информационной поддержки кадрового резерва для вывода АЭС из эксплуатации
С целью технологического совершенствования безопасности инновационного индустриального процесса вывода из эксплуатации АЭС, создания необходимых инструментальных средств, методов ликвидации негативного наследия атомной энергетики представлен путь развития информационной поддержки в сфере подготовки кадрового резерва атомной отрасли для выполнения работ на завершающем этапе жизненного цикла ядерных энергетических установок. В его основе лежит формирование позитивных условий для будущих творческих контактов между специалистами атомной отрасли и преподавателями учебных заведений, соискателями ученых степеней и будущих инженеров. Инновационный сценарий вывода из эксплуатации АЭС предполагает широкое использование природоподобных технологий и конвергенции достижений междисциплинарного характера на фундаментальной базе принципов рационального природопользования и ресурсосбережения. Реализация такого сценария подразумевает системную подготовку специалистов, обладающих знаниями и навыками во многих разделах технической науки и инженерной практики, способных создавать новый инновационный продукт для вывода АЭС из эксплуатации с учетом современного призыва к импортозамещению. Реализация сценария требует улучшения подготовки будущих специалистов на основе анализа и систематизации прогрессивных способов обмена новыми знаниями, результатами апробированных технических решений по инновационным процессам вывода АЭС из эксплуатации, полного демонтажа энергоблоков и ликвидации их ядерного наследия. Становится актуальным системное постоянное улучшение подготовки креативных специалистов, способных к замене зарубежных технологий, методических и технических средств для реализации замкнутого цикла обращения с конструкционными материалами АЭС на отечественные аналоги. Для этого важно развивать творческие контакты между учебными заведениями и предприятиями, проектными и научными организациями атомной отрасли для лучшего понимания текущих и будущих потребностей в создании кадрового резерва для вывода из эксплуатации АЭС на индустриальной основе, развития национального суверенитета в этой области знаний.
Подход к расчётной оценке температур ликвидус и солидус для модели кориума (U, Zr)
Представлен подход, позволяющий рассчитывать температуры ликвидус и солидус в модели кориума, основанный на методе CALPHAD (CALculation PHAse Diagrams). В качестве модельного кориума рассмотрена бинарная система, включающая основные химические элементы расплава активной зоны водо-водяных энергетических реакторов U и Zr. Термодинамическое описание системы и набор её параметров взяты из открытых литературных источников. Температуры ликвидус и солидус кориума, полученные в результате расчётов с использованием разработанного подхода, находятся в хорошем согласии с расчётами по термодинамическому коду Thermo‑Calc. Предложенный подход может быть использован для уточнения оценки температур ликвидус и солидус кориума с различным отношением U/Zr в интегральных расчётных кодах при анализе тяжёлых аварий на АЭС с ВВЭР.
Построение системы управления подачей теплоносителя на основании экспериментальных данных в индивидуальном тепловом пункте
Рассмотрена система автоматического управления температурой в здании высшей школы, получающем тепло из городской сети теплоснабжения. На основании экспериментальных данных, полученных в результате пассивного эксперимента, с использованием теории случайных процессов проведена их обработка. Принимая во внимание поведение реальных промышленных объектов, к рассмотрению принят нормальный закон распределения и найдены его числовые характеристики — математическое ожидание и дисперсия. С помощью метода корреляционного анализа установлены коэффициенты взаимосвязи между температурами на подающем и обратном трубопроводах и температурой наружного воздуха. На основе рассчитанных коэффициентов корреляции определен способ управления температурой в здании. Полученные результаты применимы в области теплоснабжения зданий городской застройки в условиях умеренного климата и имеют практический интерес в изучении работы тепловых пунктов.
Влияние дисциплины «Основы российской государственности» на формирование мировоззрения первокурсников
Цель исследования — установление влияния полученных знаний в рамках дисциплины «Основы российской государственности» на трансформацию мировоззрения студентов-первокурсников и их ценностных приоритетов. В результате сравнительного анализа опросов, проведенных после завершения изучения курса в конце 2023 и 2024 гг. подтверждена актуальность введения этой дисциплины в обязательную программу. Выявлено воздействие полученных знаний о России на трансформацию мировоззрения первокурсников, в том числе их ценностных ориентаций и, как следствие, повышение у них уровня патриотизма. Установлено, что студенты ориентированы на традиционные ценности и воспроизводят их. Почти у половины опрошенных дисциплина вызвала большой интерес, треть респондентов заявили, что есть плюсы и минусы, и одной шестой от общего числа опрошенных было не очень интересно на занятиях. 80% респондентов утверждают важность изучения дисциплины для понимания современного российского общества.
Биноминальные коэффициенты цифровых кодов 11-фазной электромеханической системы и алгоритмы пространственно-векторной модуляции
Работа посвящена определению значений биноминальных коэффициентов цифровых кодов 11-фазной электромеханической системы, классификации базовых векторов и исследованию одного алгоритма пространственно-векторной модуляции. Одиннадцатифазная система имеет 93 алгоритма пространственно-векторной модуляции, каждый из которых формирует симметричное 11-фазное напряжение с определенной формой фазного напряжения. Значительное количество алгоритмов пространственно-векторной модуляции предполагает дополнительные возможности в управлении двигателем. Цель работы — разработка и классификация алгоритмов пространственно-векторной модуляции 11-фазной электромеханической системы в соответствии с эквивалентными схемами 11-фазной обмотки двигателя. Установлена связь между эквивалентными схемами нагрузки преобразователя в импульсном режиме, которые формируются при реализации алгоритмов пространственно-векторной модуляции, и биноминальными коэффициентами цифровых кодов 11-фазного преобразователя. Величины биноминальных коэффициентов соответствуют одиннадцатой строке треугольника Паскаля. Исследован один из алгоритмов пространственно-векторной модуляции 11-фазной электромеханической системы, при реализации которого формируются базовые векторы с модулем, равным единице (при единичном входном напряжении преобразователя). Алгоритм представлен в матричной форме. Рассмотрено симметричное 11-фазное напряжение, образующееся при реализации приведенного алгоритма и соответствующее «звезде» единичных базовых векторов. В исследованиях использованы методы комбинаторики и векторного анализа. Результаты могут быть использованы разработчиками электротяги на основе многофазных электрических машин.
Повышение эффективности регенеративных теплообменников выпарных установок
Рассмотрен вопрос повышения энергетической эффективности работы выпарных станций целлюлозного производства. Приведен обзор и дан анализ существующих технических решений, позволяющих обеспечить стабильную работу теплообменников выпарных установок. Предложена конструкция кавитационно-вихревого теплообменника (КВТ), состоящего из вихревой циклонной камеры и спирального стабилизатора потока. Цилиндрическая вихревая камера оборудована двумя тангенциальными патрубками для подачи черного щелока под давлением 0,2…0,25 МПа и температурой 70 °C. Внутри нее расположены две полые кавитирующие лопатки, снабженные отверстиями для выхода пара. Греющий пар с параметрами 0,3…0,4 МПа и 140 °C подается в аппарат от паровой системы через впускной патрубок в лопатки, после чего через отверстия попадает в камеру. Описана методика конструктивного расчета КВТ, разработанная авторами. Результаты поверочных расчетов выпарной установки Архангельского целлюлозно-бумажного комбината до и после внедрения в схему КВТ показали, что удельный расход пара уменьшился на 3,5%, при этом производительность не изменилась. Проведенные испытания КВТ данной конструкции подтвердили целесообразность их применения для подогрева черного щелока в составе выпарных станций. Использование таких КВТ в технологическом процессе обеспечивает равномерный нагрев щелока до заданной температуры и препятствует образованию отложений в аппарате благодаря кавитационному эффекту.
Экспериментальное исследование температурных параметров двухслойного деформационного шва жесткого аэродромного покрытия при СВЧ-нагреве
В процессе эксплуатации жестких аэродромных и дорожных покрытий под воздействием климатических условий и механических нагрузок в первую очередь происходит нарушение герметичности деформационных швов, что ведет к преждевременной потери качества покрытия. Одним из перспективных способов поддержания качества деформационных швов жестких аэродромных покрытий является проведение периодической тепловой обработки герметизирующего заполнителя шва до текучего состояния с использованием энергии электромагнитных волн СВЧ-диапазона. При этом ликвидируются мелкие дефекты в верхнем слое деформационного шва. Цель работы — экспериментальное изучение процесса термической обработки двухслойного деформационного шва жесткого аэродромного покрытия при СВЧ-энергоподводе. Натурный эксперимент проходил на физической модели, имитирующей фрагмент жесткого аэродромного покрытия с двухслойным деформационным швом с помощью созданной СВЧ-установки. Измерение температуры в деформационном шве выполнено четырехканальным цифровым промышленным измерителем температуры НТ 9815 с датчиками, представляющими собой хромель-алюмелевые термоэлементы быстрого реагирования открытого типа ТР 01 (тип К по международной классификации), вмонтированными в четырех точках по высоте деформационного шва. Проведены измерения температуры в элементах деформационного шва при диэлектрическом нагреве. Получены зависимости температуры от времени в фиксированных точках двухслойного деформационного шва. Выполнена статистическая обработка результатов измерений. Установлено, что достижение температуры текучести в материале герметика на основе битума при неподвижном положении лабораторной СВЧ-установки составляет 10 мин. В результате экспериментального исследования установлено монотонное изменение со временем значений температуры в различных зонах деформационного шва при СВЧ-нагреве. Относительная случайная квадратичная погрешность измерений не превышает 18%. Проведенное экспериментальное исследование подтверждает перспективность способа СВЧ-обработки деформационного шва жесткого аэродромного покрытия для устранения мелких дефектов в герметике.
Экспериментальное определение изменения коэффициента теплоотдачи при воздействии на процессы теплообмена высокоамплитудных колебаний
Настоящее исследование направлено на определение влияния высокоамплитудных колебаний на процессы теплообмена. При работе транспортных ядерных энергетических установок (ЯЭУ) в условиях движения неизбежна качка, представляющая собой динамическое воздействие высокоамплитудных колебаний на корпус судна, тем самым её действие направлено и на ЯЭУ. Цель исследования заключается в определении степени влияния качки на теплогидравлические процессы. Исследование проводилось на стенде, представляющем собой простейший теплообменник с жидкими средами по типу «труба в трубе» с противоточным движением сред, подключённом к кривошипно-шатунному механизму, моделирующему качку. Для анализа полученных экспериментальных данных использовались критериальные уравнения и зависимости. По итогам расчёта полученные в ходе эксперимента температуры были преобразованы в коэффициент теплоотдачи, который, в свою очередь, позволил сделать выводы о степени влияния на теплообмен процессов колебаний. Результаты работы подтвердили теоретические предположения об увеличении эффективности теплообменного процесса вследствие разрушения теплового пограничного слоя за счёт внешнего динамического воздействия. Полученные выводы могут быть применены при проектировании теплообменных аппаратов ЯЭУ и других устройств.
Кластеризация на основе многослойных самоорганизующихся карт Кохонена
Рассмотрены многослойные самоорганизующиеся карты Кохонена (МСКК) в задаче кластеризации. Обученная МСКК прогнозирует номер кластера, поступившего на ее вход элемента данных. Приведены алгоритмы обучения и определения прогноза МСКК, а также примеры визуализации данных на разных слоях модели. Оценка качества кластеризации выполнена по показателю ACC — точность кластеризации. Эксперимент, в котором эта оценка определяется для МСКК и традиционных методов кластеризации (ТК) на наборах данных Iris и MNIST, показал, что на данных с малым числом признаков (Iris, 4 признака) МСКК превосходит ТК и недостаточную эффективность и МСКК, и ТК на данных, характеризуемых большим числом признаков (MNIST, 784 признака). Проанализированы варианты повышения качества кластеризации на основе МСКК.
Биосолнечные крыши: опыт применения в мире и исследование эффективности в условиях г. Москвы
Использование озелененных крыш позволяет решать актуальные проблемы экологии и энергосбережения, уменьшая эффект городских островов тепла, охлаждая поверхности за счет эвапотранспирации и улучшая теплотехнические характеристики покрытий зданий. Представлены типология и методы озеленения крыш, рассмотрены преимущества размещения фотоэлектрических модулей (ФЭМ) на поверхности зеленой кровли. Приведены исследования эффективности биосолнечных крыш в континентальном климате Европы и Австралии, демонстрирующие повышение КПД ФЭМ в среднем до 4% в день за счет снижения температуры их поверхности. Выполнен анализ потенциальной эффективности экстенсивной биосолнечной крыши в климатических условиях Москвы. Проведено математическое моделирование температурных условий работы ФЭМ, определены годовая выработка энергии и коэффициент использования установленной мощности при различных значениях среднего снижения температуры солнечных элементов. Ожидаемое увеличение эффективности ФЭМ в зависимости от снижения температуры солнечных элементов составило до 4% за год. Описана экспериментальная платформа, созданная для подтверждения результатов расчета на базе учебно-экспериментальной солнечной электростанции, размещённой на территории ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».
Многокритериальная оптимизация структуры производства электрической энергии в контексте развития перспективных энергетических комплексов, работающих на природном газе
Рассмотрена методика многокритериальной оптимизации структуры производства электрической энергии в условиях ужесточения требований к энергоэффективности и экологической безопасности энергетических систем. Выделены основные технологические классы перспективных энергетических комплексов, работающих на природном газе, — высокоэффективные, низкоуглеродные и безуглеродные энергетические комплексы. Разработан алгоритм многокритериальной оптимизации структуры производства электрической энергии, основанный на последовательном применении таких математических инструментов, как анализ главных компонент, Парето-оптимизация, методы энтропийного взвешивания и упорядочения предпочтений по близости к идеальному решению. Установлено, что при заданных моделью ограничениях доля высокоэффективных энергетических комплексов в Парето-оптимальных структурах генерации, как правило, не превышает 40%, низкоуглеродных энергетических комплексов — 60%. С увеличением горизонта энергетического планирования доля безуглеродных энергетических комплексов в наиболее эффективных структурах генерации возрастает до 51% при вводе генерирующего оборудования в 2031 г. и 92% — при дате начала функционирования энергосистемы в 2035 г. Предложенная методика позволяет проанализировать изменение оптимальной структуры генерации во времени, указывая на приоритетное направление развития устойчивой энергетики.
Использование тепловых труб в составе низкотемпературных установок и систем жизнеобеспечения для снижения энергопотребления и аккумуляции
В связи с нарастающим дефицитом источников энергии, всё более необходимой мировой экономике практически во всех её сферах и отраслях, а также усилением тренда бережного отношения к окружающей среде, всё большую эффективность приобретают различные методы и технологии, целью которых является наиболее рациональное использование энергии, в том числе энергии требуемой в низкотемпературных установках и системах жизнеобеспечения (кондиционирования). Рассмотрены и описаны способы утилизация теплоты применительно к низкотемпературным установкам и системам кондиционирования воздуха. Настоящее исследование направлено на развитие способов теплоутилизации с помощью тепловых труб и изучение эффективности таких устройств. Полученные результаты исследования позволяют сделать вывод о целесообразности систем утилизации, их расчета и конструирования.
Об оценке устойчивости линейных систем через модификацию классического частотного критерия устойчивости
Одним из ключевых вопросов теории управления является устойчивость. Для анализа устойчивости разработана особая группа методов — частотные критерии устойчивости. Базируются они на принципе аргумента, связывающем порядок характеристического уравнения исходной системы с изменениями фазы комплексной функции, полученной путём перевода данного характеристического уравнения в частотную область. Универсальным среди частотных критериев является критерий Михайлова, позволяющий при построении годографа всей комплексной функции определить её устойчивость. Однако, критерий Михайлова, будучи буквально графической реализацией принципа аргумента, используется только для анализа изменения фазы, следовательно, представляется интересным сократить необходимые для анализа устойчивости расчёты. В настоящей работе рассмотрена альтернатива критерию Михайлова — мнимо-действительная характеристика (МДХ), позволяющая проводить ровно тот же анализ изменения фазы, но уже не через построение полноценного годографа Михайлова, а лишь через построение графика отношения мнимой составляющей исходной комплексной функции к действительной. Приведены доказательства, что МДХ полностью отражает каждое требование критерия Михайлова, а значит, также пригодна для оценки устойчивости. Даны границы применимости МДХ и требования, при соответствии которым систему можно определить, как устойчивую. Области применения МДХ те же, что и у классического критерия Михайлова, за тем лишь исключением, что МДХ при неменьшей информативности более компактна и удобна для реализации.
Оптический трансформатор тока на основе кристалла тербий-галлиевого граната
В настоящее время в электроэнергетической отрасли России происходит переход к цифровым технологиям, заключающийся во внедрении концепции интеллектуальной энергетической системы (Smart Grid) [1]. Одной из проблем при внедрении Smart Grid в распределительных электрических сетях является их низкий уровень наблюдаемости, связанный с недостаточной точностью измерений с помощью электромагнитных измерительных трансформаторов и подверженностью магнитной системы эффекту насыщения [2]. Возможное решение данной проблемы — измерители тока (оптические трансформаторы тока), принцип действия которых основан на иных физических эффектах, например, эффекте Фарадея. Цели настоящей работы — разработка модели оптического трансформатора тока, рассчитанного на классы напряжения 6 – 110 кВ, на основе тербий-галлиевого граната, обладающего высокой эффективностью поворота плоскости поляризации, и проведение оценки ее метрологических характеристик. Функционирование оптического трансформатора тока основано на использовании эффекта Фарадея, при котором плоскость поляризации света поворачивается на угол, пропорциональный величине магнитной индукции, создаваемой током. Для повышения эффективности измерений подобран магнитооптический элемент. В ходе работы разработаны структурная схема и функциональная модель устройства, а также проведены испытания образца в лабораторных условиях. Созданное устройство может найти применение в распределительных электрических сетях, оно повысит точность измерений и уровень наблюдаемости, тем самым способствуя внедрению концепции цифровых подстанций и Smart Grid. Тема работы актуальна, поскольку цифровая трансформация энергетической отрасли является одной из приоритетных ветвей модернизации российской экономики.
Обеспечение электробезопасности быстровозводимых электрических сетей среднего и низкого напряжения
Для организации электроснабжения потребителей в условиях ограничений по времени строительства электросетевых объектов предложено использование передвижных электроустановок, запитываемых от стационарных сетей, известных как быстровозводимые электрические сети. Необходимы технические решения по обеспечению электробезопасности в таких сетях на основе теоретических расчетов, компьютерного моделирования и результатов экспериментов. Приведены обоснованные предложения по обеспечению электробезопасности в быстровозводимых электрических сетях, даны типовые технические решения.
Исследование влияния светоцветовых параметров на визуальную привлекательность пищевых продуктов в заведениях общественного питания
Исследование направлено на изучение влияния параметров световой среды (цветовой температуры) на восприятие пищи в заведениях общественного питания. Методология включает экспериментальное исследование с использованием регулируемой осветительной установки (диапазон 2700…6000К) и оценку визуальной привлекательности различных категорий пищевых продуктов. Установлено, что теплый свет (2700…3000 K) достоверно повышает оценку привлекательности продуктов и снижает вариативность мнений, тогда как холодный свет (5000…6000 К) уменьшает визуальную привлекательность и усиливает субъективность восприятия. Полученные результаты имеют практическое значение для проектирования световых решений в ресторанном бизнесе, позволяя оптимизировать атмосферу заведений в соответствии с их концепцией. Исследование подтверждает важность учета параметров освещения как инструмента формирования гастрономического опыта и указывает на перспективы дальнейших исследований в области динамических световых режимов.
Анализ методов измерений, визуализации и интерпретации данных светового загрязнения
Проблема светового загрязнения приобрела глобальный масштаб, затрагивая сферы жизни людей, животных, растений и планеты в целом. Её негативное воздействие, которое с каждым годом только усиливается, отрицательно сказывается на экологии, астрономии и психофизическом здоровье человека. Это подчеркивает необходимость междисциплинарного подхода к решению данной проблемы путем увеличения осведомленности населения, переработки, актуализации и введения нормативно-правовых актов по ограничению светового загрязнения. Представлен обзор современных методов измерения светового загрязнения, включая наземные инструментальные (фотометры SQM и TESS, использование широкоугольных камер) и дистанционные (спутники DMSP, VIIRS, Luojia 1-01, БПЛА) технологии. Отдельно рассмотрен перспективный метод проведения измерений с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с установленными на платформу приемниками оптического излучения и приборов измерения светового загрязнения, а также приборов для фотографирования рельефа местности, впоследствии используемый для создания ортофотокарт (цифровых изображений местности). Рассмотрены различные единицы измерения, служащие для оценки и визуализации светового загрязнения, а также проанализированы методы картографирования пространственного распределения яркости ночного неба для отслеживания изменения состояния проблемы с течением времени. Корректное, понятное отображение данных по световому загрязнению увеличивает доступность знаний неспециалистам, повышая осведомленность в обществе. Последовательная разработка единой, обобщенной, обоснованной системы, состоящей из подготовки методологии измерения, применения метода и прибора измерений, моделирования параметров светового загрязнения, корректного отображения и визуализации результатов измерений для дальнейшего обсуждения и практического применения является ключевым шагом к минимизации существующих негативных эффектов и возможности контроля распространения светового загрязнения.
Математическая модель оптимизации шага напыления защитных покрытий на основе минимизации второго центрального момента
Одним из ключевых параметров в технологии порошкового плазменного напыления и лазерной наплавки защитных покрытий является шаг нанесения дорожек напыления, обеспечивающий заданные геометрическое характеристики покрытия и качество его поверхности. Цель исследования — разработка и анализ математической модели оптимизации параметра шага в технологии плазменного напыления и лазерной наплавки защитных покрытий для повышения качества и эффективности процесса нанесения покрытий. Исследование основано на математическом моделировании процесса плазменного напыления с использованием аналитических и численных методов. Разработана целевая функция, характеризующая качество покрытия, на основе второго центрального момента профиля покрытия. Проведен анализ простой модели с параболическим профилем дорожки напыления и более сложной модели с биквадратичной аппроксимацией реальных профилей. Использованы методы дифференциального и интегрального исчисления для получения аналитических выражений и численные методы для решения уравнений и построения графиков. Получено общее аналитическое выражение для определения оптимального значения параметра шага. Выявлены экстремумы целевой функции различных порядков, соответствующие различным режимам перекрытия дорожек напыления. Установлено, что для биквадратичной модели профиля дорожки оптимальное значение шага соответствует слабым перекрытиям третьего порядка, а не второго, как предполагалось ранее. Проведено сравнение предложенного метода оптимизации с существующим методом оптимизации по критерию равенства площадей. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации технологических процессов плазменного напыления и лазерной наплавки защитных покрытий в различных отраслях промышленности, включая авиакосмическую, энергетическую и автомобильную. Предложенный метод оптимизации параметра шага на основе минимизации второго центрального момента профиля покрытия позволяет более точно определять оптимальные режимы напыления по сравнению с существующими методами. Выявлена возможность повышения качества покрытия за счет использования режимов с перекрытиями третьего порядка. Разработанная математическая модель открывает новые перспективы для совершенствования технологии плазменного напыления.