Автореферат (1025159)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н. Э. БАУМАНАНа правах рукописиНагимов Руслан РафаэльевичИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯНЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВГЕЛИЕВОГО ОЖИЖИТЕЛЯ/РЕФРИЖЕРАТОРАСРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной и криогеннойтехники, систем кондиционирования и жизнеобеспеченияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2016Работа выполнена в ФГБОУ ВО «Московский государственный техническийуниверситет имени Н.

Э. Баумана (национальный исследовательскийуниверситет)» (МГТУ им. Н. Э. Баумана)Научный руководитель: доктор технических наук, профессорАрхаров Иван АлексеевичОфициальныеоппоненты:доктор технических наук, профессорПрилуцкий Игорь Кирович, профессор кафедрыкриогенной техники, Санкт-Петербургскийнациональный исследовательский университетинформационных технологий, механики и оптикикандидат технических наук, доцентКозлов Александр Валерьевич, начальник24 кафедры криогенной техники, системкондиционирования и метрологическогообеспечения, Военный учебно-научный центрВоенно-воздушных сил «Военно-воздушнаяакадемия им. Н. Е.

Жуковского и Ю. А. Гагарина»Ведущая организация:ОАО «Научно-производственное объединениеГелиймаш»Защита состоится «30» ноября 2016 г. в 16 ч. 30 мин. на заседанииДиссертационного совета Д 212.141.16 при Московском ГосударственномТехническом Университете им. Н. Э. Баумана, расположенном по адресу:г.

Москва, Лефортовская наб., д. 1, корпус «Энергомашиностроение»,ауд. 314-Э (конференц зал).С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н. Э. Баумана ина сайте www.bmstu.ru.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенныепечатью, просьба высылать по адресу: 105005, г. Москва, ул. 2-ая Бауманская,д.

5 на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.141.16.Автореферат разослан «___» _____________ 2016 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 212.141.16,кандидат технических наук, доцентКолосов М. А.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыРазвитие физики высоких энергий неразрывно связано с внедрениемсовременных физических инструментов, использующих сверхпроводящеесостояние вещества. Основными объектами применения эффектасверхпроводимости в современных проектах ускорителей заряженных частицявляются сверхпроводящие магниты и сверхпроводящие резонаторныеструктуры. Сверхпроводящие магниты, используемые для достижениявысоких магнитных полей, являются основными элементами циклическихускорителей. Для повышения энергии заряженных частиц в циклическихускорителях необходимо увеличение напряженности магнитного поля дляфокусировки и возврата пучка на круговую траекторию, что обусловилопереход к сверхпроводящим магнитам для снижения затрат электрическоймощности и уменьшения поперечного сечения проводников в обмоткахмагнитов.

Сверхпроводящие высокочастотные резонаторы являютсяускорительными структурами как линейных, так и циклических ускорителей.Такие преимущества сверхпроводящих резонаторов, как более высокийускоряющий градиент, бо́льшая апертура резонатора и значительноменьшие тепловые потери на электрическое сопротивление определилиих использование во всех современных проектах линейных ускорителейзаряженных частиц.Для криостатирования сверхпроводящих элементов ускорителейиспользуются крупные криогенные системы с затратами электрическоймощности от сотен киловатт до десятков мегаватт.

Системы с подобнойпроизводительностью обусловлены большими размерами сверхпроводящихсистем и соответствующими им теплопритоками из окружающей среды,а также высокой динамической нагрузкой от диссипации энергии врезонаторных структурах.Повышениеобщейэнергетическойэффективностиподобныхкриогенных систем производится как с позиции понижения статическихи динамических тепловых нагрузок к криогенной системе, так исовершенствованием самих криогенных систем. Понижение статическихтепловых нагрузок, обусловленных теплопритоками из окружающей среды,осуществляется, главным образом, применением более совершенных методовтермической изоляции и имеет эффективные пределы применимости.Снижение динамического тепловыделения в ускорителях частиц,использующих сверхпроводящие ускоряющие резонаторы, достигаетсяповышением качества токонесущей поверхности сверхпроводников.Современные методы исследования поверхностного слоя, технологий1обработки и контроля качества поверхности ниобиевых резонаторовобеспечивают добротность на уровне 1010 , близкой к теоретическидостижимому пределу.

Ограниченная эффективность методов снижениястатических и динамических тепловых нагрузок к криогенным системамобуславливает важность другого направления повышения энергетическойэффективности — совершенствования самих криогенных систем, в том числеуже существующих гелиевых ожижительно-рефрижераторных комплексов.Современные методы математического моделирования криогенных системс использованием средств вычислительной техники позволяют значительноповысить энергетическую эффективность криогенных установок.Существующиегелиевыеожижительныеирефрижераторныесистемы спроектированы и построены с учетом особенностей работысверхпроводящих систем только для основных стационарных режимовработы и по этой причине не оптимизированы для функционирования во всемдиапазоне эксплуатационных параметров, что и определяет необходимостьнастоящей работы.

Обеспечение высокой энергетической эффективностии повышение ресурса систем криостатирования требует теоретического иэкспериментального исследования методов их оптимизации.Используемыевнастоящеевремяметодыпроектированиякриогенных систем используют математические модели стационарных иквазистационарных процессов в машинах и аппаратах, в то время какдля оптимизации рабочих параметров криогенных систем и снижениязатрат электрической мощности необходим переход к математическомумоделированию нестационарных процессов.Цель диссертационной работыЦелью настоящей научной работы является исследование методовоптимизации гелиевых криогенных систем для криостатированиясверхпроводящих элементов ускорителей заряженных частиц с цельюповышения их энергетической эффективности и снижения потребленияэлектрической мощности.Задачи работы:1.

Проанализировать методы математического моделирования криогенныхсистем с учетом нестационарности рабочих процессов, определитьструктурную схему математической модели исследуемой криогеннойсистемы.2. Для неявно заданной математической модели криогенной системыопределить набор необходимых экспериментальных данных и создатьмодели ее структурных элементов.3. Разработать программный комплекс для автоматизированного24.5.6.7.определениятребуемыхэкспериментальныххарактеристиксиспользованиемстандартнойсистемыуправлениягелиевыможижителем/рефрижератором.Создать математическую модель криогенной системы линейногоускорителя ARIEL с учетом нестационарности рабочих процессов ипроверить корректность данной модели.Определить целевые функций и провести оптимизационный анализи оценку эффективности различных методов оптимизации в рамкахматематической модели.Проверить достоверность результатов оптимизации с использованиемэкспериментальных данных исследуемой системы.Сформировать методику оптимизационного анализа нестационарныхпроцессов гелиевых криогенных систем на базе математической моделис использованием расчетных и экспериментальных данных.Научная новизнаНовизна исследований, выполненных при решении этих задач,заключается в следующем:1.

Проверена применимость математического моделирования криогенныхсистем с учетом нестационарности рабочих процессов дляоптимизационного анализа.2. Получена новая научная информация о полезных эффектах различныхметодов оптимизации криогенных систем с использованиемматематической модели и их корреляции с экспериментальнымиданными криогенной системы линейного ускорителя проекта ARIEL.3. Представлен универсальный метод автоматизированного определенияэкспериментальныххарактеристиккриогеннойсистемысиспользованием данных со стандартной системы управления гелиевогоожижителя/рефрижератора.Практическая значимость1.

Разработанная в рамках настоящей научно-исследовательской работыматематическая модель криогенной системы линейного ускорителяпроекта ARIEL позволяет производить моделирование различныхрежимов работы криогенной системы (в т. ч. нештатных) без остановкилинейного ускорителя частиц и связанного с этим прерывания работыэкспериментальных установок, а также без опасности повреждениясуществующего оборудования.2. Разработанноеврамкахнастоящейработыпрограммноеобеспечение позволяет значительно ускорить экспериментальноеопределениехарактеристикразличныхэлементовгелиевых3ожижителей/рефрижераторов, сокращая затраты на построение ихматематических моделей.3.

Полученная экспериментальная и аналитическая информация позволяетпроизвести оптимизацию как существующих, так и проектируемыхкриогенных систем, снизить их потребляемую электрическую мощностьи сократить эксплуатационные затраты.4. Представленнаяметодикаавтоматическогоопределенияэкспериментальных характеристик гелиевого ожижителя/рефрижераторас использованием данных с системы управления показываетвозможность более глубокой интеграции систем управления криогенныхсистем и их математических моделей.5. Разработанный алгоритм оптимизационного анализа является удобныминструментом анализа и оптимизации криогенных систем с учетомнестационарности рабочих процессов.На защиту выносятся следующие результаты и положения:∙ Разработанный программный комплекс, производящий автоматическуюобработку данных с приборов криогенной системы для определенияхарактеристик элементов криогенной системы в режиме реальноговремени.∙ Математическая модель криогенной системы линейного ускорителячастиц проекта ARIEL, позволяющая моделировать работу установкив нестационарных режимах.∙ Полученные на базе математической модели данные об эффективностиразличных методов оптимизации нестационарных процессовкриогенной системы и их корреляция с экспериментально полученнымирезультатами.∙ Предложенная методика оптимизационного анализа нестационарныхпроцессов криогенных систем с использованием инструментаматематического моделирования и разработанного программногокомплекса для автоматизированного определения экспериментальныххарактеристик элементов криогенной системы.Апробация работыОсновные результаты и положения диссертации были представлены:∙ Тринадцатая международная конференция «Cryogenics-2014» (ЧешскаяРеспублика, г.

Прага, 2014 г.).∙ Двадцать пятая объединенная международная криогенная инженернаяконференция и международная конференция по криогенным материалам«ICMC 25 – ICMC 2014» (Нидерланды, г. Энсхеде, 2014 г.).∙ Шестая международная конференция по ускорителям частиц4∙∙∙∙∙∙«IPAC-2015» (США, г. Ричмонд, 2015 г.).Двадцатая объединенная криогенная инженерная конференцияи международная конференция по криогенным материалам«CEC/ICMC-2015» (США, г.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации