Российские разработчики создали 1D-модель системы охлаждения ротора турбогенератора
Турбогенераторы служат источниками энергии на тепловых и атомных электростанциях и сохраняют наибольшую долю в генерирующих мощностях во всем мире. Теплогидравлические расчеты очень сложных систем охлаждения турбогенераторов в 3D-постановке крайне требовательны к вычислительным мощностям, поэтому альтернатива — 1D-моделирование. Российские разработчики создали такую модель и рассказали о технических подробностях своей работы.
Из-за жестких конструктивных требований к габаритам и необходимости обеспечения большой единичной мощности, турбогенераторы — самые нагруженные электрические машины по критерию удельной мощности. Поэтому в их обмотках и сердечнике выделяется много тепла.
Но в конструкции любой электрической машины применяются электроизоляционные материалы, которые крайне чувствительны к высоким температурам. Для того чтобы обеспечить сроки службы продолжительностью 40 и более лет, необходимые для турбогенераторов, нужен жесткий контроль за температурами их активных частей. Это достигается применением крайне сложных систем охлаждения с большим количеством каналов небольшого сечения образующими разветвленные гидравлические цепи.
Теплогидравлические расчеты таких систем охлаждения в 3D-постановке крайне требовательны к вычислительным мощностям, альтернативным вариантов в данном случае может выступать 1D-моделирование. Преимущества такого подхода по сравнению с 3D-моделированием — меньшая требовательность к вычислительным ресурсам и меньшая трудоемкость при моделировании систем, состоящих из большого числа однотипных элементов, а также большая гибкость и простота редактирования.
Это позволяет моделировать значительно более сложные системы по сравнению с 3D-постановкой, а также значительно сокращать время проектирования электрических машин, особенно на этапе эскизного проектирования.
Специалисты «Росатома» разработали имитационную 1D-модель для определения параметров системы охлаждения ротора турбогенератора и проанализировали возможности применения 1D-моделей для оценки работы систем охлаждения электрических машин.
Описание имитационной модели
Для моделирования расчетной области, представленной на рисунках 1, 2 и 3, была выбрана одномассовая модель с усредненными характеристиками. Совокупность проводников и изоляции — единая тепловая масса с каналами для интенсивного воздушного охлаждения. Распределение температур внутри тепловой массы не учитывалось. Схема замещения расчетной области представлена на рисунке 4.
Тепловыделение в проводниках моделировалась блоком «источник теплового потока», на вход которого поступает значение в соответствии со следующим уравнением, описывающим изменения количества тепла за счет прохождения электрического тока.
Температуры в расчетной области были определены посредством моделирования конвективного теплообмена между стенками канала и охлаждающим воздухом, протекающим в них. Расчет модели выполнен методом косимуляции в программных продуктах САПФИР и REPEAT.
Задача делилась на две составляющие: расчет течения воздуха в каналах обмотки ротора и расчет конвективного теплообмена совокупности проводников и воздуха в каналах, каждая из которых решается в соответствующем программном продукте.
САПФИР
САПФИР осуществляет моделирование и расчет течения воздуха с учетом заданной геометрии каналов. В соответствии с исходными данными определяется эпюра давлений.
Потери давления в расчетной области обусловлены потерями на трение, повороты, изменение диаметра и потерями в тройниках. Потери на поворот и изменение диаметра рассчитываются в соответствии с формулами.
Уравнение импульса, используемое в САПФИР для определения расхода газа.
Моделирование течения воздуха в каналах обмотки ротора выполнено с использованием блоков стандартной библиотеки CMS: «Узел», «Канал», «Граничное условие», «Подпитка», «Внешний источник тепла» (рисунок 5).
REPEAT
Расчет конвективного теплообмена выполнялся в ПО REPEAT. Параметры воздуха (температура, скорость) передавались из САПФИР в блоки «Конвективная теплопередача с расчетом коэффициента теплоотдачи», где выполнялся расчет количества передаваемого тепла. Полученное количество теплоты, отводимое воздухом с поверхности проводников, передается в САПФИР, замыкая, таким образом, расчет уравнений теплообмена.
Для расчета необходимо было заполнить соответствующие свойства блока: «Площадь поверхности», «Тип конвекции», «Тип обтекания», «Характерный размер», «Длина трубы», «Смоченный периметр» и «Площадь сечения потока».
Результаты моделирования
Результаты расчета параметров (средняя температура проводников, суммарный тепловой поток, перепад давления в каналах, температура воздуха на выходе из каналов, параметры аксиальных и радиальных каналов) и отклонения от проверочных данных представлены в таблицах 2 – 8. В качестве проверочных данных использованы результаты CFD-расчета в ANSYS CFX.
Ученые продемонстрировали методику и результаты расчета 1D-модели системы воздушного охлаждения ротора турбогенератора ТФ-125-2УЗ в ПО REPEAT и сравнили результаты расчета с теплогидравлическим расчетом в ПО ANSYS CFX в 3D-постановке.
Разработанная 1D-модель с допустимыми погрешностями выполняет расчет усредненной температуры проводников и суммарного теплового потока. Однако, погрешность расчета перепада давления в охлаждающих каналах при некоторых расходах достигла высоких значений.
Таким образом, 1D-модели могут использоваться как альтернативный вариант для выполнения оперативной оценки параметров систем охлаждения турбогенераторов на этапе проектирования.
Telegram 
Дзен 
VK Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
По самой распространенной версии, в прошлом климат Венеры был похож на земной, а к нынешнему состоянию пришел из-за парникового эффекта. Недавно ученые попытались смоделировать этот процесс и обнаружили, что перегретая венерианская кора даже вместе с вулканами просто не могла испустить в атмосферу такое количество углекислого газа, какое мы наблюдаем в ней сейчас.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно