Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Антропологи пришли к выводу, что выступающий человеческий подбородок сформировался не ради улучшения функций жевания или речи, а возник случайно из-за несовпадения скоростей эволюции разных частей черепа. Эта костная структура появилась как геометрическая неизбежность из-за быстрого уменьшения зубов и увеличения мозга, за которыми не поспевал нижний свод челюсти.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
17 февраля 2026 года произойдет первое в этом году солнечное затмение, которое будет иметь кольцеобразный тип. Ученый Пермского Политеха Евгений Бурмистров рассказал, почему февральское затмение не похоже ни на одно другое, когда его ожидать и кому посчастливится стать свидетелем редчайшего «огненного кольца».
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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