Аннотация: В пособии представлены различные типы дисперсионного ядерного топлива и области его применения в ядерной энергетике, рассмотрены делящиеся и матричные материалы, а также традиционные методы изготовления топливных композиций на их основе (раздельное получение и механическое смешение, золь-гель-процесс и др.), их достоинства и недостатки. Описаны плазмо-химические процессы получения топливных оксидных композиций для дисперсионного ядерного топлива из водно-органических нитратных растворов, включающих органический компонент (спирты, кетоны), делящиеся и матричные металлы. Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 14.04.02 «Ядерные физика и технологии», профилю «Изотопные технологии и материалы».

Аннотация: В пособии представлены основные типы генераторов низкотемпературной плазмы (плазмотронов), их достоинства и недостатки. Рассмотрены принципиальная схема и основные стадии плазмохимических процессов, включая смешение исходного сырья и плазмы, нагрев сырья, превращение его в целевые продукты, различные способы «закалки» и отделения целевых продуктов. Описаны плазмохимические процессы переработки газообразного, жидкого и твердого сырья в условиях различных плазменных теплоносителей применительно к ядерному топливному циклу. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 14.04.02 «Ядерные физика и технологии», профилю «Изотопные технологии и материалы».

Аннотация: В учебном пособии проанализированы современные виды теплоизоляционных и огнеупорных материалов, предложены рекомендации по их применению при разработке и расчетах футеровок электротермических установок. В пособии приведены примеры тепловых расчетов электротермических установок, в том числе и нового класса печей – высокотемпературных СВЧ-установок. Для студентов специальности 140605 «Электротехнологические установки и системы» и направления 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника». Рекомендуется для научных сотрудников и аспирантов соответствующего профиля.

Аннотация: Разработаны нестационарные математические модели дугового плазмотрона с межэлектродными вставками с вихревой стабилизацией и осевой подачей плазмообразующего газа с учетом явлений неустойчивости плазменного потока в программном продукте Comsol Multiphysics. Произведен анализ физических явлений, влияющих на устойчивость плазменного потока. Согласно анализу полученных данных были установлены факторы, влияющие на стабильность плазменного потока, а также установлено их взаимовлияние с целью компенсации развития неустойчивости потока. Произведено уточнение значений критического числа Рейнольдса путем сопоставления результатов численного моделирования верифицированной математической модели в идентичных режимах работы дугового плазмотрона с проведенными экспериментальными исследованиями. В результате исследования критическое значение числа Рейнольдса для конструкции плазмотрона ПН-В1 составляет 267 и 212 при использовании источников питания АПР-403 и АПР-404 соответственно.

Аннотация: Предложена физическая модель индукционного электрического нагревателя криогенных регулирующих аппаратов. Обоснован выбранный метод исследования. Приведена схема модели, состав измерительного оборудования и методика исследования, на основе которых определены энергетические характеристики индукционного нагревателя и даны рекомендации по его проектированию. Показано, что в качестве базового элемента в предлагаемой модели целесообразно использовать трехстержневую конструкцию шихтованного магнитопровода с обмоткой, расположенной на среднем стержне. Такая конструкция индукционного нагревателя позволяет проводить исследования с варьированием материала и формы нагреваемого объекта. Обосновано применение микропроцессорного измерительного комплекса, позволяющего контролировать и записывать в память компьютера до шести электрических сигналов с погрешностью не более 2%.

Аннотация: Случай падения на проводящее тело плоской электромагнитной волны, у которой векторы электрического и магнитного полей изменяются по синусоидальному закону, широко распространен в практике индукционного нагрева. В статье решена задача о распространении в проводящем полупространстве плоской электромагнитной волны несинусоидального периодического поля, создаваемой плоским индуктором. Решение получено в виде рядов Фурье в комплексной форме. Определены дифференциальные и интегральные характеристики системы "индуктор - проводящее полупространство" для различного значения постоянной времени индуктора. Сделано сравнение полученных результатов с электромагнитными характеристиками процесса распространения плоской электромагнитной волны синусоидального поля, полученные результаты проверены экспериментально.

Аннотация: Обработка различных материалов с помощью низкотемпературной газоразрядной плазмы с целью очистки поверхности или изменения структуры материала является весьма перспективным способом из-за генерации частиц, которые вступают в реакцию с молекулами примесей или основного материала. Кроме того, молекулы поверхностного слоя материала подвергаются воздействию ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений, генерируемых в катодном слое разряда. Только объемный газовый разряд может обеспечить высокую степень однородности воздействия на поверхность материала. Для повышения интенсивности плазмохимических реакций целесообразно повышать частоту питающего напряжения источника газоразрядного реактора или переходить к импульсно-периодическому режиму электропитания. Частота повторения импульсов должна быть согласована с характерной частотой протекания плазмохимических реакций. Опытные установки, основным элементом которых является газоразрядный реактор, продемонстрировали успешную работу при модификации объемной структуры тонкой бумажной ленты с целью повышения ее гидрофильности.

Аннотация: Рассмотрены вопросы системной структуры и перспективности применения электродных водоподогревателей. Приведена их характеристика. Показана возможность системного использования.

Аннотация: Существующие методы расчетов электромагнитных процессов в системе токоподводов печи графитации и шинных пакетов печной петли требуют принятия существенных допущений, которые значительно искажают реальную картину и не отвечают современным требованиям по точности. Применение трехмерного полевого моделирования ограничено устойчивостью вычислительного процесса, значительными затратами вычислительных ресурсов и времени. В статье выполнено численное моделирование сопряженных пространственных электрических и магнитных полей в области систем шинных пакетов печной петли, токоподводов и керна печей графитации переменного тока методом конечных элементов. Разработан новый метод декомпозиции и динамического синтеза параметров по критерию минимизации токовой погрешности для расчета электрических контуров систем питания электропечей сопротивления прямого нагрева. Метод обеспечивает высокую точность расчета активных и индуктивных сопротивлений, потерь активной мощности и энергии магнитного поля по данным трехмерного численно-полевого моделирования сложных систем шинных пакетов печной петли, токоподводов и керна печи графитации. Определены критерии декомпозиции трехмерных областей систем проводников переменного тока, имеющих сложную пространственно-геометрической конфигурацию на подобласти. Применение метода конечных элементов и метода декомпозиции 3D области печной петли печи графитации переменного тока малой мощности обеспечило высокую точность и вычислительную эффективность численной реализации трехмерного моделирования электромагнитных полей. Относительные погрешности метода не превышают 0, 35% - для энергии магнитного поля, 1, 45% - для электрических потерь, 1, 48% - для модуля падения напряжения и 0, 67% - для фаз падения напряжения по сравнению с данными численно-полевого моделирования электрического контура печной петли. Предложенный метод может применяться при расчетах параметров электрических машин и коротких сетей дуговых сталеплавильных печей.

Аннотация: Рассмотрена задача расчета тепловыделения при индукционном нагреве технологического оборудования на примере ферромагнитных плит, предназначенных для комплектации гидравлических рамных прессов. Приведена математическая модель индукционного нагрева, включающая расчет уравнения электромагнитного поля и распространения тепла в трехмерной постановке. Расчет трехмерных полей вихревых токов в ферромагнитных телах связан с большими затратами машинного времени на решение нелинейных уравнений Максвелла. Кроме того, используемые инженерные методы расчета не обеспечивают требуемой точности, поскольку не учитывают особенности геометрии объекта. Предложена методика расчета трехмерных полей вихревых токов в ферромагнитных телах с применением линейных дифференциальных уравнений, которая позволяет сократить объем вычислений более чем на порядок. Такое упрощение математической модели индукционного нагрева основано на допущении о постоянстве магнитной проницаемости материала плиты в процессе ее разогрева. Определена зависимость магнитной проницаемости, эквивалентной кривой намагничивания по активной мощности, от характеристик индуктора и его расположения, полученная при решении нелинейных уравнений электромагнитного поля в двумерной постановке. В качестве метода решения используется метод конечных элементов, реализуемый системой ANSYS. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании установок индукционного нагрева, к которым предъявляются особые требования по конфигурации температурного поля.

Аннотация: На кафедре "Электротехника и электроэнергетика" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого выполняются разработки различных плазменных электротехнологических процессов с применением методов математического моделирования. Представлена базовая математическая модель для расчета плазменных электротехнологических процессов и приведены результаты расчета по разработанным моделям воздушно-дугового плазмотрона для нанесения покрытий; высокочастотного индукционного плазмотрона для очистки кремния; комбинированного плазмотрона для получения наноматериалов; плазменной струи, загруженной мелкодисперсным порошком; аргоно-дуговой сварки и плазменной сварки. Полученные при математическом моделировании результаты подтверждаются экспериментальными исследованиями, что позволяет говорить об адекватности разработанных моделей.

Аннотация: Представлены два решения уравнения Лапласа, описывающего электрическое поле в ваннах многоэлектродных рудно-термических печей с бездуговым или слабовыраженным дуговым режимом. Приведены графические иллюстрации составляющих представлений решения уравнения Лапласа, определены взаимосвязи представлений решения этого уравнения. Достоинством предложенных моделей является возможность раздельного учета влияния геометрических параметров ванны и электродов, электрического режима печи на характеристики электрического поля ванны.

Аннотация: Рассмотрены проектирование оборудования и вопросы технологии индукционной термообработки валков прокатных станов. Сформулированы необходимые условия для обеспечения качества термообработки: минимальные отклонения требуемой твердости по длине бочки и глубине закаленного слоя, отсутствие опасных термических и структурных напряжений, приводящих к разрушению валка, как в процессе термообработки, так и после. Разработаны компьютерные модели для решения этих задач. Рассматривается универсальный метод цифрового проектирования и управления тепловыми режимами в индукционных установках термообработки. Обосновывается использование галетных индукторов с выбором частоты тока при индукционной закалке.

Аннотация: Рассмотрены вопросы применения сверхэффективных дипольных электродов для обогрева зданий и помещений. Дипольные электроды были исследованы и запатентованы автором.

Аннотация: С целью снижения размеров дугогасительной камеры в электрических аппаратах, применяемых в автономных энергоустановках, решетки снабжаются рядом конструктивных элементов, способствующих принудительному гашению дуги. В статье обоснована возможность исследования газодинамических процессов в дугогасительных устройствах на моделях в ударной газодинамической трубе. В результате экспериментов выявлено влияние на процесс вхождения дуги в дугогасительную решетку излучения и диффузии электронов из ствола дуги. Последние при больших токах повышают проводимость газа и способствуют проникновению тока между пластинами еще до подхода дуги к решетке. Удалось установить, что время образований катодных и анодных пятен на стальных пластинах мало отличается друг от друга и возрастает с увеличением тока. Вместе с тем, наблюдается уменьшение времени образования опорных пятен с увеличением внешнего магнитного поля. Исследовано влияние излучения и диффузии электронов из ствола дуги на процесс вхождения дуги в дугогасительную решетку. При этом создается внешнее электрическое поле, влияющее на деление дуги и способствующее отбросу ее от решетки. При движении частичных дуг между пластинами решетки происходит их размежевание. Это является следствием неодинаковой скорости перемещения катодного и анодного пятен по пластинам, что приводит к повторным зажиганиям, происходящим по кратчайшему расстоянию между пластинами.

Аннотация: Эффективность и надежность низковольтных (<1000 B) электрических аппаратов зависит во многом от грамотно спроектированной дугогасительной системы. Последняя должна удовлетворять следующим требованиям: иметь заданную коммутационную способность и минимальное время горения дуги с тем, чтобы уменьшить износ контактов и дугогасительной камеры; не создавать недопустимых перенапряжений; иметь минимальные размеры дугогасительной системы и минимальный выброс пламени и ионизированных газов, могущих вызвать пробой изоляции между частями аппарата и комплектного устройства; создавать минимальные физические поля и излучения. Рассмотрены способы интенсивного дугогашения выброса ионизированных газов из камеры электрических аппаратов, позволяющие снизить их размеры, увеличить надежность, эффективность и безопасность.

Аннотация: Рассмотрено влияние инерционности электрической дуги на устойчивость ее горения. Проведен анализ явления нелинейности токоподвода и воздействия инерционности дуги на его проявление. Установлено, что по сравнению с безынерционными дугами (электросварка) инерционность дуги в дуговых печах в основные технологические периоды плавки повышает устойчивость ее горения: уменьшает колебания температуры плазмы, расширяет зону непрерывных режимов, снижает несинусоидальность токов и уровень помех в системах электроснабжения. Инерционность дуги влияет на проявление эффекта нелинейности токоподвода, что необходимо учитывать при расчете электрических характеристик печей.