Аннотация: Анализируются базовые параметры и методы контроля при очистке природных и техногенных сред от примесей. При этом значительное внимание уделяется фракционным параметрам контроля, в частности, касающимся очистки от фракции ферропримесей (преимущественно последствий износа и коррозии конструкционных сталей элементов оборудования), т.е. фракции, обладающей специфичными (ферро- и ферримагнитными) свойствами. Рассматриваются приборы для контроля содержания ферропримесей в природных и техногенных средах. Учебное пособие предназначено для студентов при изучении курса «Приборы для контроля параметров природных и техногенных объектов» направления подготовки 12.04.01 «Приборостроение» с учетом специфики профиля подготовки (квалификация (степень) «магистр»).

Аннотация: Для эффективного решения задач, связанных с применением устройств магнитного контроля и разделения материалов важное значение имеет знание ключевых параметров, а именно, характеристик индукции в рабочей зоне и удельной магнитной силы для различных магнитных элементов, применяемых в аппаратах магнитного контроля. В практикуме изложены подходы к определению этих параметров, что востребовано в промышленности при разработке устройств магнитного контроля и разделения материалов. Практикум предназначен для студентов при изучении курса «Магнитодиагностика неоднородных материалов» направления подготовки 12.04.01 «Приборостроение» с учетом специфики профиля подготовки (квалификация (степень) «магистр»).

Аннотация: В учебном пособии раскрываются вопросы, которые в имеющейся учебной литературе не освещены, либо отражены недостаточно полно, дается информация по нормированию и магнитоконтролю ферропримесей различных сред, а также магнитному захвату этих примесей. Приводятся данные контроля магнитной восприимчивости феррочастиц. Рассматриваются особенности создания и использования магнетометров Фарадея для получения информации по магнитной восприимчивости частиц. Учебное пособие предназначено для студентов при изучении курса «Магнитодиагностика неоднородных материалов» направления подготовки 12.04.01 «Приборостроение» с учетом специфики профиля подготовки (квалификация (степень) «магистр»).

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: При описании электрических явлений области материала (кристаллы, домены в ферроэлектриках и ферромагнетиках) можно полагать равномерно заряженными по своим объемам, равномерно поляризованными и равномерно намагниченными. Формы областей материала могут быть произвольными, но приближенно их можно считать многогранниками. Рассмотрено определение поля равномерно поляризованного и равномерно намагниченного многогранников, а также равномерно заряженного многогранного тела. Получены выражения для поля и потенциала равномерно заряженной бесконечно тонкой многоугольной пластины; выражения содержат только элементарные функции. Рассмотрены следующие формы пластины: трапеция, прямоугольник, прямоугольный и косоугольный треугольники. Описаны свойства поля равномерно поляризованного и равномерно намагниченного тел произвольной формы. Рассмотрены равномерно поляризованные и равномерно намагниченные тела: прямая призма, многогранник с осью симметрии 3-го и более порядков, бесконечно длинное трапецеидальное тело, усеченный прямой круговой конус.

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: В статье предлагаются подходы к моделированию физических процессов в МГД-устройстве на примере исследования и разработки МГД-вращателя. Представлены аналитическая математическая модель дуговой индукционной машины и численная модель МГД-процессов с применением метода сопряжения электромагнитной и гидродинамической задач с учетом двухфазной подвижной среды. Приведены результаты расчетов и анализа МГД-вращателя, физическое моделирование и верификация соответствующего устройства. С применением данных исследований выполнено проектирование и создание промышленной установки для переплавки мелких металлических отходов в газовой плавильной печи.

Аннотация: На базе метода разделения переменных Фурье получена двухмерная аналитическая модель беспазового вентильного двигателя с постоянными магнитами. В общую расчетную область модели входят как участки с постоянными магнитами, немагнитными зазорами, так и ферромагнитные ярма сердечников статора и ротора с их магнитными проницаемостями. Намагниченность магнитов считается заданной и выражается тригонометрическим рядом с известными коэффициентами. Магнитное поле обмотки статора представлено как потенциальной, так и дополнительной составляющими, учитывая вихревой характер поля в слое обмотки. Источником потенциального магнитного поля статора является бесконечно тонкий магнитный лист, расположенный на внутренней границе ярма статора. В качестве потенциала магнитного листа принимается МДС обмотки статора, представленная тригонометрическим рядом.

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: В фундаментальных монографиях [1-3] расчеты индуктивностей проводятся с помощью таблиц, графиков и приближенных формул в виде рядов с конечным числом членов, разложение ведется по различным параметрам малости. Во многих практических случаях, особенно при поисках оптимальной конструкции магнитных систем, требующих многократных вычислений индуктивности, эти методы оказываются неудобными. При современном развитии вычислительной техники целесообразно эти расчеты максимально формализовать и выполнять на компьютерах. В статье представлены формулы для расчета собственной индуктивности круговых катушек без магнитного сердечника, имеющих прямоугольное поперечное сечение и однородное распределение плотности тока по сечению. Расчет сводится к однократному интегрированию некоторой достаточно просто вычисляемой функции, которое легко может быть выполнено на любом персональном компьютере с помощью стандартных программ. Такой подход весьма близок к описанному в [4]. Однако формулы, приведенные в [4], поражают своей громоздкостью и к тому же страдают большим числом опечаток, что не позволяет непосредственно использовать их на практике.