Energy Engineering and Control Systems. – 2015. – Vol. 1, No. 2

Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/32843

Науковий журнал

Засновник і видавець Національний університет «Львівська політехніка». Виходить двічі на рік з 2015 року.

Energy Engineering and Control Systems = Енергетика та системи керування : науковий журнал / Lviv Politechnic National University ; editor-in-chief Yevhen Pistun. – Lviv : Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015. – Volume 1, number 2. – [90] р.

Browse

Now showing 1 - 13 of 13

Зміст до "Energy Engineering and Control Systems" Volume 1, number 2
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015)
Gas Dynamical Capillary Flowmeters of Small and Micro Flowrates of Gases
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Stasiuk, Ivan
The possibility of application of glass capillary tubes (CTs) as sensors of small and micro flowrates of gases was justified. The accuracy of a number of CTs flowrate equations was analyzed on the basis of experimental studies of CTs flowrate characteristics. It was shown that CTs can be applied as primary devices of small and micro flowrates of gases without individual calibration. The results of studies on the dynamic properties of gas dynamical capillary flowmeters of small and micro flowrates of gases constructed on the basis of glass CTs in the branches of a measuring bridge diagram are presented. The effects of various factors on the dynamic properties of the gas dynamical capillary flowrate transducers (GDCFTs) were analyzed. Recommendations on construction of the inter-capillary pneumatic measuring chambers (PMCs) of GDCFTs to provide the needed dynamic properties of the flowmeters are presented. The technique for defining the needed ratio of PMCs volumes in a GDCFT to provide the needed dynamic properties of the flowmeters on the stage of their design and construction is described. Обґрунтовано можливість застосування скляних капілярних трубок (КТ) як чутливих елементів малих і мікровитрат газів. На підставі експериментальних досліджень витратних характеристик КТ проаналізовано точність різних аналітичних виразів як рівнянь витрати цих КТ. Показано можливість їхнього застосування як первинних вимірювальних перетворювачів малих і мікровитрат газів без індивідуального градуювання. Наведено результати досліджень динамічних властивостей газодинамічних дросельних витратомірів малих і мікровитрат газів, побудованих на базі скляних КТ, включених у плечі мостової вимірювальної схеми. Проаналізовано вплив різних чинників на динамічні властивості газодинамічних дросельних вимірювальних перетворювачів витрати (ГДВПВ). Наведено рекомендації щодо виконання міждросельних вимірювальних пневматичних камер (ВПК) ГДВПВ для забезпечення необхідних динамічних властивостей таких витратомірів. Описано методику визначення необхідного (з погляду забезпечення заданих динамічних характеристик витратомірів) співвідношення об’ємів ВПК ГДВПВ під час їхнього конструювання.
Simulation of dynamic processes of gas flow in collector systems
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Lesovoy, Leonid; Kuzyk, Volodymyr
By using CFD-simulation, plug length simulation of local resistance type plugged tee, which changes the flow direction, using equations of hydrodynamics was carried out. During simulation, velocity of medium in the thread of the collector system in which local input resistance was plugged tee, which changes the flow direction, was measured. Herewith for determination of this velocity and reduction of its distortion collector system simulation at different plug lengths was carried out. Plug lengths of local resistance type plugged tee, which changes the flow direction, where the distortion of flow rate diagram disappears, were determined. The equation for calculating length of the thread of the collector system to the place where distortion of gas flow rate disappears, to the plug length of local resistance type plugged tee, which changes the flow direction was obtained. Застосовуючи CFD-моделювання, автори змоделювали довжину заглушки у місцевому опорі типу заглушений трійник, який змінює напрямок потоку, за допомогою рівнянь гідродинаміки. Під час моделювання вимірювали швидкість середовища у нитці колекторної системи, у якої вхідним місцевим опором заглушено трійник, який змінює напрямок потоку. Для визначення цієї швидкості та зменшення її спотворюваності здійснювалося моделювання колекторної системи за різних довжин заглушки. Автори визначили довжини заглушки у місцевому опорі типу заглушений трійник, який змінює напрямок потоку, за якого зникає спотворюваність епюри швидкості потоку середовища. Також отримано рівняння для розрахунку довжини нитки колекторної системи до місця, де зникає спотворюваність швидкості потоку природного газу, від довжини заглушки місцевого опору типу заглушений трійник, що змінює напрямок потоку.
Influence of parameters of induction motor-centrifugal pump units with hydropaths connected in series on their modes
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Lysiak, Vladyslav
Using the mathematical model of the pump station power supply system in steady-state modes developed by the author, the influence of the parameters of induction motor-centrifugal pump units with in-seriesconnected hydropaths of the pumps on their steady-state modes was studied. A comparison was drawn on the operation of a number of coupled units with different pump ratings. It was revealed that the difference in rated flow of the operating fluid in centrifugal pumps results in the fact that only the unit with the lowest operating fluid rated flow works effectively. Units with larger rated flow of the operating fluid are underutilized and work with a decreased efficiency in all modes. Viability of applying centrifugal pumps with minimal difference in operating fluid rated flow for induction motor-centrifugal pump units with in-seriesconnected hydropaths of the pumps was substantiated. За допомогою створеної автором математичної моделі електропостачальної системи помпової станції в усталених режимах досліджено вплив параметрів агрегатів асинхронний двигун – відцентрова помпа з послідовним сполученням гідротрактів помп на їхні усталені режими. Наведено порівняння роботи низки пар агрегатів із різними номінальними параметрами помп. Виявлено, що розбіжність номінальних витрат робочої рідини відцентрових помп призводить до того, що ефективно працює лише той агрегат, номінальна витрата робочої рідини якого є меншою. Агрегати з більшою номінальною витратою робочої рідини працюють недовантаженими та зі зниженим коефіцієнтом корисної дії в усіх режимах. Обґрунтовано доцільність застосовування відцентрових помп з мінімальною розбіжністю номінальних витрат робочої рідини для роботи агрегатів асинхронний двигун – відцентрова помпа з послідовним сполученням гідротрактів помп.
Evaluation of influence of wall slip on measurement of rheological parameters by means of a hydrodynamic measuring system
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Krykh, Hanna; Matiko, Halyna; Sadovska, Lyudmyla
The technique for processing the output signals of hydrodynamic measuring system of rheological parameters of non-Newtonian fluids is presented in the paper. Hydrodynamic measuring system is built on four serially connected bridge hydrodynamic converters. The paper shows that the error of determination of rheological parameters directly from the experimental flow characteristic in consistent variables is considerable if the non-Newtonian fluid has the effect of wall slip on measuring surfaces of sensors of bridge transducers. The technique for processing the output signals of the measuring system enables to detect the wall slip and to correct the values of fluid flow-rate in each bridge hydrodynamic converter using the values of the wall slip coefficient. Corrected flow characteristic is the basis for the determination of rheological parameters of controlled fluid. The influence of wall slip on the evaluation of rheological model of non-Newtonian fluid and results of measurement of its parameters are analyzed in the paper. It is shown that taking into account the effect of wall slip significantly improves measuring accuracy of rheological parameters. Розглянуто методику опрацювання вихідних сигналів гідродинамічної вимірювальної системи реологічних параметрів неньютонівських рідин. Гідродинамічна вимірювальна система побудована на базі чотирьох послідовно з’єднаних мостових гідродинамічних перетворювачів. У статті показано, що якщо неньютонівська рідина виявляє ефект пристінного ковзання на вимірювальних поверхнях чутливих елементів мостових перетворювачів, то похибки визначення реологічних параметрів безпосередньо за експериментальною витратною характеристикою у консистентних змінних будуть досить значними. Методика опрацювання вихідних сигналів вимірювальної системи дає змогу виявити наявність пристінного ковзання та скорегувати значення витрати рідини у кожному мостовому гідродинамічному перетворювачі, за допомогою знайдених значень коефіцієнта пристінного ковзання. Скорегована витратна характеристика є основою для визначення реологічних параметрів контрольованої рідини. Проаналізований вплив ефекту пристінного ковзання на встановлення реологічної моделі неньютонівської рідини та результати вимірювання її параметрів. Показано, що врахування ефекту пристінного ковзання істотно підвищує точність вимірювання реологічних параметрів.
Experimental research of speed mode influence on the effectiveness of helioroof
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Voznyak, Orest; Yurkevych, Yurii; Pona, Ostap; Shapoval, Stepan
Feasibility of using alternative energy sources, current state and prospects of solar energy development is analyzed. Today, it is important to improve and develop new solar panels that would reduce their costs and increase efficiency. Efficiency of helioroof in the solar heating system with forced movement of coolant is analyzed. It is shown that heat can be used effectively with roofing building material. The results of research of incoming flow of solar radiation on the helioroof are described. The change of efficiency of helioroof at different speeds and different diameters of coolant tubes, change in the coolant temperature at the inlet and outlet of helioroof and coefficient of performance of the exposure time is investigated. Graphical and analytical dependence of efficiency of helioroof depending on the speed of the coolant circuit and the diameter of the tubes circulation is established. Проаналізовано доцільність використання альтернативних джерел енергії, сучасний стан та перспективи розвитку сонячної енергетики. Сьогоднішній день, важливим є вдосконалення та розроблення нових сонячних колекторів, які б дали змогу знизити їхню вартість та підвищити ефективність. Проаналізовано ефективність використання геліопокрівлі у системі сонячного теплопостачання з вимушеним побудженням до руху теплоносія. Показано, що можна ефективно використовувати тепло покрівельного матеріалу будівлі. Описано результати дослідження надходження сонячного випромінювання на геліопокрівлю. Досліджено зміну ефективності геліопокрівлі за різних швидкостей руху теплоносія та різних діаметрах трубок контуру циркуляції, зміну температури теплоносія на вході та виході із геліопокрівлі та коефіцієнту корисної дії від часу опромінення. Встановлено графічні та аналітичні залежності коефіцієнта корисної дії геліопокрівлі від швидкості руху теплоносія та діаметра трубок контуру циркуляції.
System of mode variables of energy circuits
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Muzychak, Andriy
Modern energy systems feature diversity of elements and combination of processes and phenomena of various physical natures. Mathematical modelling of such systems relies on the tools of the theory of energy circuits. One of the major problems of this theory is formation of the unified system of interrelated variables which allow describing phenomena in circuits of various physical natures. Such a system of variables is underlain by the principle of energy analogy, which is based on the fundamental law of nature - the law of conservation of energy. The relationship between the variables is substantiated on the example of a mechanical circuit, since in mechanics both potential and kinetic energy are most illustrative. Results obtained for a echanical circuit were then applied to circuits of other physical natures. Energy of magnetic field of the inductor is a counterpart of kinetic energy; therefore, kinetic energy in a mechanical circuit can be defined using generalized inductance. Correspondingly, energy of electrostatic field of the capacitor is a counterpart of potential energy, due to which potential energy in a mechanical circuit can be defined through generalized capacitance. Сучасні енергетичні системи характеризуються розмаїттям елементів та поєднанням у них процесів і явищ різної фізичної природи. Інструментом математичного моделювання таких систем є апарат теорії енергетичних кіл. Однією з важливих проблем цієї теорії є утворення єдиної системи взаємозв’язаних зм нних, що дають змогу описати явища в колах різної фізичної природи. В основі побудови такої системи змінних покладено принцип енергетичної аналогії, який основується на фундаментальному законі природи – законі збереження енергії. Взаємозв’язок між змінними обґрунтовано на прикладі механічного кола, оскільки саме в механіці найнаочнішими є обидві форми енергії – кінетична та потенціальна. Результати, отримані для механічного кола, поширено на кола іншої фізичної природи. Енергія магнітного поля індуктивності є аналогом кінетичної форми енергії, відповідно кінетичну енергію у механічному колі можна визначати через узагальнену індуктивність; а енергія електростатичного поля конденсатора – аналогом потенціальної форми енергії, відповідно потенціальну енергію у механічному колі можна визначати через узагальнену ємність.
Measurement of roughness of internal surface of measuring pipeline in real time for standard orifice plates
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Chaban, Bohdan
Methods for measuring the roughness of the internal surface of a measuring pipeline for projected rectilinear sections of a measuring pipeline and for rectilinear sections that are in operation have been determined. The new equations for calculating the hydraulic resistance coefficient of friction of natural gas on the internal surface of the measuring pipeline, the average value of natural gas pressure along the section of a measuring pipeline and the equivalent roughness were obtained. These equations provide improvement of accuracy of natural gas flow rate and volume measurement bymeans of the differential pressure method. The equation for calculating the Reynolds number from the conditions of the roughness measurement in real time was obtained. The technique of selection of methods of the roughness measuring was presented. Functional scheme of process automation of measurement the equivalent roughness of the internal surface of the measuring pipeline was developed. Визначені методи вимірювання шорсткості внутрішньої поверхні вимірювального трубопроводу для прямолінійних ділянок вимірювального трубопроводу, які проектуються, і для прямолінійних ділянок, які знаходяться в експлуатації. Отримано нові рівняння для визначення коефіцієнта гідравлічного опору тертя природного газу об внутрішню поверхню вимірювального трубопроводу, середнього значення тиску природного газу на довжині вимірювального трубопроводу та еквівалентної шорсткості в реальному часі. Ці рівняння дають можливість підвищити точність вимірювання витрати та кількості природного газу методом змінного перепаду тиску. Отримано рівняння для визначення числа Рейнольдса з умови вимірювання шорсткості в реальному часі. Наведена методика вибору методу вимірювання шорсткості. Розроблено функціональну схему автоматизації вимірювання еквівалентної шорсткості внутрішньої поверхні вимірювального трубопроводу.
Preparation of papers for the journal EECS
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015)
Simplified method for calculation of the Joule–Thomson coefficient at natural gas flowrate measurement
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Pistun, Yevhen; Matiko, Fedir; Masnyak, Oleh
This work deals with measurement of natural gas flowrate and volume by means of pressure differential devices. The existing methods for calculation of Joule-Thomson coefficient to be applied in pressure differential flowmeters are analyzed in the paper. A new method which uses a simplified set of parameters of gas composition, namely the density at standard conditions, the molar content of nitrogen and carbon dioxide, is developed by the authors. This method provides the possibility to calculate the Joule-Thomson coefficient within the pressure range from 0.1 MPa to 15.0 MPa and the temperature range from 250 K to 350 K. It was defined that for natural gas with density at standard conditions up to 0.75 kg/m3 and contents of nitrogen and carbon dioxide up to 5 % of each component, the relative error of the values derived according to the new developed method do not exceed 3.0 % in the specified ranges of temperature and pressure. The application of this method in calculators of flowrate and volume of natural gas will help to reduce the systematic error of flowrate and volume measurement caused by the distinction of gas temperature in the place of measurement downstream of primary device from gas temperature upstream of primary device. Подано аналіз існуючих методів розрахунку коефіцієнта Джоуля–Томсона, за результатами якого встановлено необхідність розроблення методу розрахунку на основі спрощеного набору параметрів складу газу. Представлено новий метод для розрахунку коефіцієнта Джоуля–Томсона у діапазоні абсолютного тиску газу від 0,1 МПа до 15 МПа та температури від 250 К до 350 К. Основне рівняння методу побудоване на основі принципу відповідних станів і описує залежність коефіцієнта Джоуля–Томсона від приведених температури та густини. Для обчислення приведеної густини газу запропоновано застосовувати розроблене авторами рівняння псевдокритичної густини природного газу. Виконано детальне тестування розробленого методу та встановлено, що для природних газів із густиною за стандартних умов rС£0,75 кг/м3 та вмістом азоту і вуглекислого газу до 5 % кожного, відносне відхилення значень методу від розрахункових значень коефіцієнта Джоуля–Томсона, отриманих за методом ISO 20765-1, не перевищує ±3,0% для вказаних діапазонів тиску та температури газу. Наведено приклади розрахунку систематичної похибки вимірювання витрати за допомогою витратоміра змінного перепаду тиску, зумовленої ефектом Джоуля–Томсона.
Вимоги до оформлення статей для подання до друку в журнал EECS
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015)
Analysis of exergy efficiency and ways of energy saving in air conditioning system for a cleanroom
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Harasym, Dmytro; Labay, Volodymyr
In modern technologies, which are related to energy transformation, namely in air conditioning systems, important places are occupied by equipment and processes, the objective estimation of value of its energy perfection can be defined only on the basis of analysis of its exergy efficiency. So, reducing the cost of energy consumed by air conditioning systems preconditions the need for its optimization, which can be fully achieved by virtue of exergy analysis that takes into account not only the quantity but also the quality of energy spent. Nowadays cost estimates can’t be the only measure of effectiveness of energy equipment that is using energy resources. Exergy is a physical not an economical criterion and defines its independence from conjectural fluctuations of prices. At the same time, cost parameters don’t allow making long term predicting. The minimum should be defined not by financial costs but exergy losses per unit of received heat. Unfitness of just the financial costs is obvious. Analysis of exergy efficiency of the central straight flow air conditioning system (ACS) for cleanroom, that was gained on its innovation mathematical research model depending on different factors, which have influence on its work was presented in this article, and the ways of energy saving for this ACS was proposed. It was found that temperature difference between inside and supplied air in a room, temperature of inside air which depends on temperature of outside air and coefficient of transformation EER of refrigerator machine of ACS have the biggest impact on exergetic output-input ration of chosen air conditioning system. У сучасних технологіях, пов’язаних з перетворенням енергії, а саме у системах кондиціювання повітря, важливе місце займають обладнання і процеси, об’єктивну оцінку ступеня енергетичної досконалості яких можна встановити тільки на основі аналізу їх ексергоефективності. Отже, зменшення витрат енергії, споживаної системами кондиціювання повітря, диктує необхідність їх оптимізації, що найповніше може бути досягнуто на основі ексергетичного аналізу, який враховує не тільки кількість, але й якість витраченої енергії. Нині вартісні оцінки не можуть слугувати єдиною мірою ефективності енергетичного обладнання, які переробляють енергоресурси. Ексергія є фізичним, а не економічним критерієм і визначає незалежність цього параметра від кон’юнктурних коливань цін. Водночас вартісні показники не дають змогу здійснити довгострокове прогнозування. Визначати мінімум необхідно не грошовими витратами, а витратами ексергії на одиницю виданої теплоти. Непридатність тільки грошових критеріїв очевидна. У статті наведено аналіз ексергоефективності центральної прямотечійної системи кондиціювання повітря (СКП) чистого приміщення, отримано на її інноваційній математичній дослідницькій моделі залежно від різних факторів, що впливають на її роботу, та запропоновані шляхи енергозбереження для цієї СКП. Встановлено, що найбільший вплив на ексергетичний ККД вибраної системи кондиціювання мають різниця температур між внутрішнім і припливним повітрям у приміщенні, температура внутрішнього повітря, залежна від температури зовнішнього повітря, та коефіцієнт трансформації EER прийнятої холодильної машини СКП.
Gas-dynamic analyzer of nitrogen-hydrogen mixture for industrial application
(Publishing House of Lviv Polytechnic National University, 2015) Matiko, Halyna; Pistun, Yevhen
Mathematical model of gas-dynamic analyzer of nitrogen-hydrogen mixture built on bridge throttle scheme using laminar-turbulent and turbulent-laminar throttle dividers is developed in the paper. The developed analyzer has twice higher sensitivity than any of these dividers. The authors developed the algorithms for calculation the constructive parameters of gas-dynamic analyzer of nitrogen-hydrogen mixture to provide optimal sensitivity of the throttle bridge scheme. The types of throttle elements have been selected, their dimensions have been calculated, technical means for realization of gas analyzer scheme have been proposed. The authors developed a principal scheme of the gas analyzer of nitrogen-hydrogen mixture and calculated its static characteristic. The influence of uninformative parameters such as temperature and pressure of nitrogen-hydrogen mixture on output signal of analyzer is analyzed and measures for their stabilization are proposed. The authors also proposed tasks for the experimental investigation of the developed gas-dynamic analyzer. Розроблено математичну модель газодинамічного аналізатора складу азотоводневої суміші на базі мостової дросельної схеми із ламінарно-турбулентним та турбулентно-ламінарним подільниками. Встановлено, що чутливість такого аналізатора є вдвічі вищою, аніж під час застосування будь-якого одного з цих подільників. Розроблено алгоритми для розрахунку конструктивних параметрів оптимального за чутливістю газодинамічного аналізатора складу азотоводневої суміші, виконаного на базі мостової дросельної схеми. Вибрано типи дросельних елементів мостової схеми та розраховано їх конструктивні розміри та запропоновано технічні засоби для реалізації схеми газоаналізатора. Запропоновано принципову схему газодинамічного аналізатора складу азотоводневої суміші на мостовій дросельній схемі та наведено його розрахункову статичну характеристику. Проаналізовано вплив неінформативних параметрів, а саме температури і тиску азотоводневої суміші на вихідний сигнал газодинамічного аналізатора та запропоновано заходи щодо їх стабілізації. Сформульовано завдання для експериментального дослідження розробленого газодинамічного аналізатора складу азотоводневої суміші.