ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ

Теплофизика

Получены новые экспериментальные данные о процессах турбулентного переноса в дозвуковых отрывных течениях и в условиях гидродинамической нестационарности потока. Создана методологическая и инструментальная база комбинированных многоточечных измерений гидродинамических и тепловых параметров турбулентного потока. Получен и обобщен обширный экспериментальный материал по взаимосвязи параметров гидродинамических и тепловых процессов, по динамике мгновенных пространственных полей параметров турбулентных течений. Сформированы новые представления о физической картине генерации вихревых структур и их взаимодействия с ограничивающими поверхностями, конкретизирующие механизмы переноса импульса и теплоты в сложных турбулентных течениях. Полученные данные способствуют совершенствованию методов моделирования процессов в энергоустановках. (ОЭ КазНЦ РАН)

Выполнены комбинированные измерения мгновенных величин гидродинамических и тепловых параметров в дозвуковых турбулентных отрывных течениях и в турбулентном пограничном слое, развивающемся в условиях наложенной гидродинамической нестационарности. Выявлена пространственно-временная взаимосвязь параметров. Установлены закономерности фазового сдвига между нестационарными и турбулентными составляющими пульсаций гидродинамических и тепловых параметров в условиях гидродинамической нестационарности. Сформированы новые представления о физической картине генерации вихревых структур и их взаимодействия с ограничивающими поверхностями, конкретизирующие механизмы переноса импульса и теплоты в сложных турбулентных течениях. Полученные данные способствуют совершенствованию методов прогнозирования работы энергоустановок на нестационарных режимах. (ОЭ КазНЦ РАН)

Выполнен комплекс исследований газодинамики и акустики потоков сложных резонирующих систем, позволивших разработать, изготовить и испытать новый тип высокоэффективных излучателей колебаний в потоке сжимаемой жидкости. Разработанные технология и устройства позволяют формировать и неограниченно долго поддерживать в продуктивном плане волновое поле с изменяющимися во времени и пространстве параметрами и в итоге – значительно повысить эффективность комбинированных методов воздействия: кратно увеличить дебиты скважин и уменьшить материальные и энергетические затраты на освоение залежей высоковязких нефтей и природных битумов. (ОЭ КазНЦ РАН)

На основе метода ренормализационной группы выведена формула подсеточной модели для расчетов потоков тепла и жидкости во фрактальной пористой среде. Для проверки этой формулы и применяемого метода выполнено прямое численное моделирование тепломассопереноса во фрактальной среде. Результаты расчета выявили тесное соответствие выводов теории с данными численного эксперимента. (ИТ СО РАН, ИВМиМГ СО РАН)

Впервые экспериментально обнаружен и исследован эффект роста относительной амплитуды крупных волн при стекании интенсивно испаряющихся пленок жидкости. С использованием бесконтактного емкостного метода измерения мгновенной толщины волновой пленки жидкости изучена динамика пленочного течения по обогреваемой поверхности. Показано, что в предкризисных режимах деформация волновой поверхности с существенным локальным утонением пленки в остаточном слое жидкости приводит к интенсификации теплообмена. (ИТ СО РАН)

Теоретически и экспериментально показано, что горение в пограничном слое приводит к значительному (в несколько раз) снижению сопротивления трения на обтекаемой проницаемой поверхности. Особенно сильно этот эффект проявляется в области малых вдувов, что является важным при разработке практических методов снижения сопротивления. (ИТ СО РАН)

На основе аналитического описания кривой кипения теплоносителя получено решение сопряженной задачи тепломассопереноса на оребренной поверхности теплообменного аппарата. Получен критерий качества теплоносителя – отношение изменения теплосодержания при фазовом переходе к изменению теплосодержания при перегреве теплоносителя. (ИПГ ДНЦ РАН)

Совместно с МЭИ выполнены работы по модернизации электронного справочника, включающего для важнейших веществ, используемых в теплоэнергетике, справочные данные и программные модули, обеспечивающие расчет теплофизических свойств. (ИВТ РАН)

Разработана инженерная программа расчета полей скоростей и температур зоны смешения и пристеночной зоны эффективного пограничного слоя при завесном охлаждении высокотемпературных элементов теплозащиты огневых стенок камеры сгорания и других элементов тракта энергетических ГТУ при повышенных параметрах рабочего тела (до 2000К и 5,0 МПа). (НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН)

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования тепломассопереноса с целью определения энергосберегающих режимов в процессе термообработки. Для дальнейшего подтверждения теоретических положений и расчетов на созданном в НТЦ ЭПУ и ООО «Каскад Академия» экспериментальном стенде была определена методика экспериментов. (НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН)

Проведена работа по рассмотрению возможности использования теплонасосного блока центрального теплового пункта и теплонасосного блока ТЭЦ как единого теплонасосного комплекса. Рассмотрена принципиальная технологическая схема работы такого теплонасосного комплекса, включая рассмотрение вопросов управления его работой на различных режимах. (НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН)

В развитие равновесной термодинамики совместно с ИВМ СО РАН завершен цикл исследований по созданию методов и моделей для анализа областей достижимости и частичных равновесий в физико-химических и технических системах. Выполнен наиболее полный термодинамический анализ уравнений кинетики, включающий сопоставление формализмов термодинамики и кинетики. Предложены строго формализованные методы оценивания частичных равновесий в отличие от применявшихся ранее алгоритмов интуитивного поиска конечных равновесий путем исключения из списка реагентов веществ, которые по предположению исследователя в ходе изучаемого процесса не должны образовываться. Разработаны математические методы и термодинамические модели, нацеленные на поиск в области термодинамической достижимости из заданного исходного состояния системы равновесий. (ИСЭМ СО РАН)

Атомная энергетика

На базе разработанного в Институте пакета программ СВЕЧА, предназначенного для моделирования процессов разрушения активной зоны в начальной стадии тяжелой аварии, включающего модели физико-химического взаимодействия материалов при разогреве активной зоны, вызванной потерей теплоносителя, модели стекания жидких компонентов, модели окисления и механического поведения оболочки тэвлов, ряд моделей по определению разрушения активной зоны реактора и выхода продуктов деления, совместно с РФЯЦ ВНИИЭФ, (г. Саров), Институт «Атомэнергопроект» (СПб) и РНЦ КИ создан интегральный код РАТЕГ-СВЕЧА. Интегральный код предназначен для анализа водородной безопасности и выхода расплава в устройство удержания. РАТЕГ-СВЕЧА используется для анализа безопасности Тяньваньской АЭС с реактором ВВЭР-1000. (ИБРАЭ РАН)

В рамках работ по проекту РАСПЛАВ, выполняемого совместно с РНЦ КИ, завершено создание трехмерных теплогидродинамических моделей экспериментальных установок с целью расчетно-теоретического обоснования проводимых в РНЦ крупномасштабных экспериментов по удержанию материалов активной зоны при температурах превышающих 2600 ⁰С. Разработаны двух- и трехмерные термогидродинамические коды CONV2D и CONV3D, позволяющие анализировать процессы диффузии/конвекции с учетом плавления, в том числе бинарных смесей. Разработаны модели формирования твердых структур на границе расплава реакторных материалов с учетом реальных фазовых диаграмм состояний; проведена серия численных расчетов по моделированию крупномасштабного эксперимента AW200 с целью исследования взаимодействия прототипов расплавленных материалов активной зоны с нижней частью корпуса реактора, использующий около 200 кг топливной UO₂-ZrO₂-Zr смеси. (ИБРАЭ РАН)

Для моделирования растекания расплава с учетом особенностей кориумной ловушки, включая такие явления как растекание расплава и тепловые потери при взаимодействии его с водой, разработан компьютерный код SPREAD. Код позволяет оценивать расстояния, на которое растеклось топливо, эволюцию пространственной конфигурации расплава, распределение температуры и тепловых потоков внутри расплава и на его границах. Код успешно использовался для проведения расчетов по анализу возможности удержания расплава в охлаждаемой ловушке тигельного типа, предложенной Санкт-Петербургским научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом энерготехники для Ляньюганьской АЭС. (ИБРАЭ РАН)

На базе разработанных в Институте новых алгоритмов создан программный комплекс ПРОГНОЗ, позволяющий для реактора РБМК в реальном времени на компьютере Pentium-100 проводить в 3-х мерной геометрии поканальный прогноз (расчет) изменения полей нейтронов, энерговыделения и т.д. в активной зоне работающего в стационарном режиме реактора после локального ввода реактивности, связанного с перемещением стержней управления СУЗ, перегрузкой (перестановкой) каналов (ТВС, ДП) и т.д. При этом детально учитывается алгоритм работы конкретной системы автоматического управления ЛАР, использующейся в реакторе. Программный комплекс ПРОГНОЗ эксплуатируется на 1-, 2- и 3-м блоках Смоленской АЭС и на 3-м и 4-м блоках Курской АЭС. В результате испытаний комплекса ПРОГНОЗ на базах данных Смоленской и Курской АЭС установлено, что комплекс ПРОГНОЗ позволяет прогнозировать изменение локальных (поканальных) и интегральных характеристик реактора с точностью, лучшей той, которая требуется для нормальной эксплуатации реактора. В настоящее время ведутся работы по адаптации комплекса ПРОГНОЗ для постановки на БЩУ Курской АЭС. (ИБРАЭ РАН)

Создано внутренне согласованное термодинамическое описание двух- и трехкомпонентных жидкометаллических теплоносителей, свойства которых могут регулироваться путем изменения состава. С единых позиций описаны свойства как жидкой, так и паровой фаз в диапазоне концентраций компонентов от 0 до 1 и температур от 200-400К до 1200-1500К. Разработанные жидкометаллические теплоносители имеют рабочий диапазон и необходимую эффективность от предельно низких (около 190-200К) до максимально высоких (1200-1600К) температур и могут работать в области мощных энергетических и нейтронных потоков. (ИВТ РАН)

Исследован механизм парового взрыва жидкометаллических капель применительно к безопасности АЭС. Продолжен цикл исследований комплекса явлений, протекающих на межфазной границе при переходе от пленочного режима кипения к пузырьковому. Опыты проведены при кипении при различных материалах поверхностей. Получен ряд новых эффектов, разработана усовершенствованная модель процессов. (ШО ОИВТ РАН)

Разработаны научные основы построения системы нормирования показателей надежности обеспечивающих систем АЭС при функционировании их в различных природно-климатических условиях. Предлагаемые подходы являются развитием ранее сформулированной математической модели, определяющей техническую и экономическую приемлемость принимаемых решений по резервированию системы надежного энергоснабжения собственных нужд АЭС. (ОЭП СНЦ РАН)

Электрофизика

Проведены теоретические и экспериментальные исследования в области магнито-плазменной аэродинамики. Выполнены теоретические и численные исследования по анализу МГД-управления гиперзвуковыми потоками. Создан экспериментальный стенд по исследованию гиперзвукового обтекания затупленных тел во внешнем магнитном поле. Разработан вычислительный комплекс для расчета двумерных гиперзвуковых течений реального газа во внешних электрических и магнитных полях. Выполнен цикл работ по обеспечению тепловой надежности гиперзвуковых полетов летательных аппаратов. (ИВТ РАН)

Успешно выполнен первый физический эксперимент на Международной космической станции – совместный российско-германский эксперимент «Плазменный кристалл-3». Проведен цикл экспериментальных исследований и получен огромный объем уникальной информации по физике сильнонеидеальной пылевой плазмы в условиях микрогравитации. (ИТЭС ОИВТ РАН)

Впервые проведены экспериментальные исследования упорядоченных пылевых структур в плазме ВЧ-разряда низкого давления при криогенных температурах. Получены сверхплотные упорядоченные плазменно-пылевые структуры, не наблюдаемые при комнатных температурах. Образование таких структур объясняется тем, что при криогенных температурах уменьшается дебаевский радиус экранирования и существенно ослабевает взаимное кулоновское отталкивание заряженных макрочастиц. (ИТЭС ОИВТ РАН)

Открыты две стадии релаксации кинетической и потенциальной энергии в неравновесной неидеальной электрон-ионной плазме. Изменение кинетической энергии электронов на первой, небольцмановской стадии сопровождается колебаниями этой энергии. Результат предполагается использовать для оценки эффективности раскачки неравновесных плазменных волн на фронте генерации неидеальной плазмы. Возможна аналогия с генерацией ионизационных кильватерных волн. (ИТЭС ОИВТ РАН)

Развит новый подход к исследованию термодинамических свойств плотной низкотемпературной плазмы. Проведены расчеты в условиях образования и распада атомов и молекул, при увеличении плотности обнаружено упорядочивание протонов и спаривание электронов, а также фазовый переход из жидкого в металлическое состояние. В рамках вигнеровской формулировки квантовой механики для их расчета развит новый численный метод, использующий комбинацию метода молекулярной динамики и метода Монте-Карло. (ИТЭС ОИВТ РАН)

Завершен цикл экспериментальных и теоретических исследований генератора низкотемпературной плазмы нового типа с расширяющимся каналом выходного электрода. Разработана математическая модель генератора, проведена оптимизация геометрии канала выходного электрода. С помощью специальной компьютерной программы обработан большой массив данных по спектрам излучения аргоновой и азотной плазмы до температур 30 000К, проведен анализ термодинамического состояния плазмы и определены основные протекающие в ней плазмохимические процессы. Генератор низкотемпературной плазмы используется на установках упрочнения железнодорожных и трамвайных колесных пар, для восстановления железнодорожных крестовин, для упрочнения и восстановления металлургического оборудования и плазменной резки. (НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН, ИВТ РАН)

Проведены измерения динамических пределов текучести и прочности поликристаллического алюминия высокой чистоты и алюминиевого сплава в диапазоне температур от комнатной до точки плавления при длительностях ударно-волнового воздействия ~210^-7 с. Показан определяющий вклад фононного трения в сопротивление высокоскоростному деформированию при высоких температурах. При температурах вблизи точки плавления не наблюдалось признаков аномального перегрева твердофазного состояния, что согласуется с имеющимися литературными данными по молекулярно-динамическому моделированию плавления. (ИТЭС ОИВТ РАН)

Разработана теория перехода изолятор - металл в молекулярных жидкостях, с помощью которой объясняются результаты недавних экспериментов по металлизации расплавов селена и иода. Теория позволяет предсказать положение точек перехода на фазовой диаграмме и оценить активированную проводимость в окрестности точки перколяционного перехода. Эти результаты имеют фундаментальное значение для физики электронных расплавов. (ИТПЭ ОИВТ РАН)

Разработаны электродинамические модели и комплекс вычислительных программ для расчета характеристик рассеяния сложных объектов, частотно-избирательных управляемых поверхностей, электродинамических структур, содержащих материалы с отрицательным показателем преломления; проведено моделирование сложного композита на основе включений спиральной формы. (ИТПЭ ОИВТ РАН)

В полосе частот 0.110 ГГц исследованы диэлектрические и магнитные спектры модельных образцов с упорядочено расположенными отрезками остеклованного ферромагнитного микропровода. Обнаружена возможность управления спектром диэлектрического поглощения статическим магнитным полем. Показано, что с практической точки зрения использование магнитного микропровода в СВЧ-поглотителях электромагнитных волн не имеет значимых преимуществ по сравнению с любыми другими проводящими волокнами. (ИТПЭ ОИВТ РАН)

Разработана методика определения магнитных свойств наполнителя и характеристик микроструктуры композитных материалов с проводящими ферромагнитными включениями из экспериментальных данных по частотной зависимости материальных параметров композита. (ИТПЭ ОИВТ РАН)

В области фундаментальных исследований мощных импульсных разрядов впервые в мировой практике реализованы устойчивые состояния мегаамперных разрядов в газах сверхвысокой плотности. Исследованы разряды в водороде и гелии при начальной концентрации нормальных атомов до 3·10²² см^-3 с концентрацией ионов до 10²² см^-3 при токах до 5 МА и временах 10 мкс. Проведены измерения электрических параметров дуги и рассчитаны ее основные характеристики (размер, температура и проводимость), определен уровень удельного энерговвода. Максимально достигнутая температура составила  20 Эв. (ИПЭФ РАН)

В области исследований электродуговых процессов в генераторах плотной плазмы, создания различных типов плазмотронов продолжены работы по оптимизации генераторов плазмы большой мощности (500 кВт и выше), работающих на окислительных средах в стационарных режимах (более 100 час. непрерывной работы) . Проведен цикл исследований более тридцати композитных электродных материалов на основе сплава железо-медь с различными добавками. Созданы и исследованы электродные блоки с торцевыми электродами для работы на окислительных средах с ресурсом работы более 200 час. Разработана и создана новая система поджига плазмотронов большой мощности на основе высокочастотного источника питания. Проведен цикл исследований по созданию плазмотронов, использующих в качестве рабочего тела пары воды. (ИПЭФ РАН)

В области фундаментальных исследований импульсно-периодических разрядов в жидкости проводились исследования процессов комбинированного воздействия параметров разряда на микробы и микроорганизмы, а также исследования причин пролонгированного бактериоцидного воздействия жидкости, обработанной импульсными разрядами. Впервые установлено наличие в обработанной воде весьма малых концентраций наночастиц и аномальных отрицательных радикалов. Исследуется их химический состав, поверхностный заряд и их влияние на микробы и микроорганизмы. Проведенные опыты показали отсуствие отрицательного воздействия на органы подопытных животных (печень,желудок, слизистые и др.) при длительном употреблении воды, обработанной импульсно-периодическим разрядом. (ИПЭФ РАН)

Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по анализу электромагнитных полей и наведенных напряжений на неоднородных по длине отключенных линиях электропередачи, находящихся в зоне электромагнитного влияния разветвленной действующей сети в нормальных и аварийных режимах ее работы. (ИФТПЭС КНЦ РАН)

Обнаружено и исследовано явление стабилизации силы левитации, возникающей в образцах высокотемпературных сверхпроводников при замораживании в них магнитных полей со встречными направлениями индукции. Предложена теоретическая модель явления, объясняющая уменьшение затухания силы левитации в сравнении со случаем однородной намагниченности образца. (ИТФ УрО РАН)

Разработана и прошла первые тесты новая технология создания криогенных корпускулярных мишеней для ускорительной техники – система генерации монодисперсных жидких капель и гранул водорода для взаимодействия с протонными пучками высокой светимости. (МЭИ, ИТЭФ)

Электротехника

Проведены исследования, разработаны основы теории, математические модели и алгоритмы расчета и на их основе - новые типы электромеханических преобразователей энергии (электрических машин). Для низконапорной турбины впервые создан и испытан генератор с числом пазов на полюс и фазу меньше единицы, что позволило обеспечить непосредственное соединение с турбиной без мультипликатора и существенно уменьшить габариты и вес агрегата. (ОЭЭП РАН)

Выполнены исследования преобразователя – накопителя энергии для его применения в качестве резервного источника гарантированного питания ответственных потребителей. В результате исследований проведена оптимизация комбинированного преобразователя-накопителя, ротор которого одновременно является индуктором электрической машины переменного тока и маховиком. В качестве двигателя – генератора предлагается бесконтактная синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов Nd-Fe-B и управляемого полупроводникового преобразователя. (ОЭЭП РАН)

Экология энергетики

На основе сценариев эмиссии антропогенных газов на период 2000-2100 гг., разработанных Межправительственным комитетом по изменению климата, в которых даются прогнозы эмиссии озонообразующих и парниковых газов в XXI веке, впервые рассчитано изменение количества озона в средних широтах в результате роста в указанный период атмосферного содержания озонообразующих компонент – метана, окиси углерода и окислов азота. Выявленные данные свидетельствуют о возможности появления в XXI веке озонового кризиса нового типа, кризиса, связанного уже с избытком содержания атмосферного озона по сравнению с его количеством, существовавшим на протяжении последних 400 млн. лет. Получение соответствующих достоверных данных, необходимых для дальнейшего прогнозного анализа в этом направлении, становится чрезвычайно актуальным. (ИНЭПХФ РАН)

Исследованы природные механизмы самоочищения атмосферы от диоксида серы, происходящие в капельной фазе влажного воздуха, содержащего реальные фоновые концентрации примесей металлов переменной валентности, ионная форма которых в жидкой фазе катализирует цепные реакции окисления сульфита. Полученные данные чрезвычайно важны для возможной оптимизации скрубберной технологии очистки дымовых газов ТЭС от диоксида серы. (ИНЭПХФ РАН)

Проведен комплекс исследований по сравнительной оценке экологических рисков. Научно-методической основой для разработки и получения интегральных оценок экологической опасности техногенных воздействий явились современные научные подходы в области анализа экологических рисков. Сравнительный анализ последствий техногенного воздействия, обусловленного поступлением загрязняющих веществ (радиоактивных и химических) в окружающую среду с выбросами и сбросами предприятий ядерного топливного цикла и других отраслей экономики, позволил определить вклад предприятий атомной энергетики и промышленности в обострение экологической ситуации в районах их размещения. Выполнены многочисленные оценки рисков для здоровья населения, как в региональном масштабе, так и в целом по России. Показано, что роль радиационного фактора среди других техногенных рисков пренебрежимо мала, а по ряду химических загрязнителей и по содержанию в атмосферном воздухе взвешенных частиц риски находятся на неприемлемо высоком уровне. (ИБРАЭ РАН)

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны экологически чистые энергохимические технологии комплексного использования органических топлив (природного газа и угля) и дано их технико-экономическое обоснование, демонстрирующее возможность значительного снижения стоимости генерируемой энергии при удовлетворении высоких экологических стандартов. (ИВТ РАН)

Общая энергетика

По направлению “Научные основы новой энергетической политики и механизмы ее реализации в рыночной экономике” по заказу РАО “ЕЭС России” разработаны: “Основные положения стратегии развития электроэнергетики России на период до 2020г.” и “Концепция разработки инвестиционной политики в условиях конкурентного рынка”. (ИНЭИ РАН)

На основе анализа зарубежного и отечественного опыта реформирования электроэнергетики, системного подхода и более глубокого рассмотрения вопросов развития и инвестирования отрасли, иерархической организации рынков электроэнергии, реформирования теплового хозяйства, сбалансированного сочетания механизмов регулирования рынка - создана целостная концепция реформирования электроэнергетики России. (ИСЭМ СО РАН)

По заданию Минэнерго России выполнена работа “Разработка концепции развития теплоснабжения в России, включая коммунальную энергетику, на среднесрочную перспективу”. Проведена оценка состояния системы теплоснабжения, включая технические средства производства, передачи и распределения тепла, а также организационной структуры управления теплоснабжением. Впервые на основе критического анализа сформированы концептуальные предложения по совершенствованию структуры управления теплоснабжением и внедрению организационных и финансовых механизмов повышения эффективности теплоснабжения с учетом интересов как поставщиков, так и потребителей тепла. (МЭИ)

Широкомасштабными промышленными испытаниями, проведенными на Мордово-Кармальском месторождении (ОАО «Татнефть»), подтверждена высокая эффективность предложенных и разработанных новых технологии и технических средств комбинированного (тепловолнового) воздействия на глубокозалегающие пласты высоковязких нефтей (ВВН) и природных битумов (ПБ). В течение трехлетних испытаний достигнуто увеличение полноты и интенсивности извлечения ВВН и ПБ из недр и одновременно – уменьшение удельных материальных и энергетических затрат. (ОЭ КазНЦ РАН)

Проведен технико-экономический анализ парогазовой установки с впрыском пара (ПГУ-STIG) и теплонасосной установкой (ПГУ МЭС-60) для АО Мосэнерго. Показано, что на базе ПГУ с впрыском пара в камеру сгорания, сочетающейся с контактным конденсатором и теплонасосной установкой, можно создать перспективный энергоблок, который наряду с высокими экономическими и экологическими показателями выработки электроэнергии обеспечит требуемое для системы Мосэнерго сочетание электрической и тепловой мощностей. Экономические показатели выработки электроэнергии, создаваемой ПГУ с впрыском пара, выше, чем у бинарных ПГУ. (ИВТ РАН)

жүктеу/скачать 1.66 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: