Перегляд за Автор "Serbin Serhiy I."
Зараз показуємо 1 - 8 з 8
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Дослідження ефективності допалювача відхідних газів твердооксидного паливного елемента(2024) Сербін С. І.; Патлайчук О. В.; Serbin Serhiy I.; Patlaichuk Oleksii V.Стаття присвячена аналізу ефективності допалювача відхідних газів твердооксидних паливних елементів, який розташований перед газовою турбіною і служить для організації спалювання залишків горючих компонентів на виході з анодної секції. Допалювач є важливим елементом суднової гібридної енергетичної системи, що містить твердооксидний паливний елемент і газову турбіну (SOFC-GT), яка необхідна для утилізації теплоти відхідних газів і підвищення ефективності роботи системи в цілому. Метою роботи є аналіз ефективності роботи допалювача відхідних газів твердооксидних паливних елементів методом тривимірного моделювання. На відміну від попередніх досліджень доведено перспективність використання допалювача ежекторного типу при спалюванні відхідних газів з низькою теплотворною здатністю горючих компонентів і високим вмістом водяної пари. Проведено теоретичні дослідження процесу спалювання горючих складових відхідних газів паливних елементів в допалювачі ежекторного типу. Тривимірні розрахунки параметрів паливоспалюючого пристрою, проведені на основі розробленої моделі турбулентних реагуючих потоків, дозволили визначити основні напрями підвищення їх ефективності в умовах низької теплотворної здатності відхідних газів. Ці розрахунки показали потенціал використання запропонованої технології спалювання відхідних газів в суднових енергетичних системах SOFC-GT. Отримані результати визначили науково обґрунтовані напрямки підвищення ефективності перспективних енергетичних систем з паливними елементами та газовими турбінами, розширили уявлення про процеси, які відбуваються при допалюванні відхідних газів. Це дасть змогу розробити та створити високоефективні декарбонізовані енергетичні системи суднового та стаціонарного призначення.Документ Ефективність допалювачів анодних газів суднової гібридної системи "Твердооксидний паливний елемент – газова турбіна"(2024) Сербін Сергій Іванович; Патлайчук Олексій Володимирович; Serbin Serhiy I.; Patlaichuk Oleksii V.Стаття присвячена теоретичному дослідженню можливостей використання паливоспалюючих пристроїв різних типів для допалювання анодних газів суднової гібридної системи “Твердооксидний паливний елемент – газова турбіна (SOFC-GT)”. В складі анодних газів паливних елементів є невелика кількість горючих компонентів, таких як водень і оксид вуглецю, і їх необхідно допалити для підвищення початкової температури газів перед газовою турбіною, що утилізує теплоту відхідних газів, з метою покращення термодинамічної ефективності всієї гібридної енергетичної системи. Методами тривимірного числового моделювання проведено аналіз аеродинамічної структури потоків, вигоряння горючих компонентів відхідних газів твердооксидних паливних елементів, а також утворення оксидів азоту в допалювачах традиційного (дифузійного) типу і запропонованого – з попереднім утворенням паливо-окисної суміші. Для розрахунків робочого процесу в допалювачах різних типів перспективної суднової гібридної системи використано математичну модель, засновану на розв’язуванні диференційних рівнянь конвективного і дифузійного переносу концентрацій хімічно реагуючих компонентів. Метою роботи є порівняльний аналіз ефективності роботи допалювачів дифузійного типу та з попереднім утворенням паливо-окисної суміші в складі гібридної системи “Твердооксидний паливний елемент – газова турбіна”. На відміну від попередніх досліджень доведено ефективність допалювача анодних газів твердооксидних паливних елементів на основі паливоспалюючого пристрою з попереднім утворенням паливо-окисної суміші. Показано стійкість роботи запропонованого допалювача з попереднім утворенням паливо-окисної суміші у фронтовому пристрої жарової труби з практично нульовими викидами токсичних компонентів. Отримані нові дані визначили напрямки підвищення ефективності перспективних суднових гібридних систем з паливними елементами та газовими турбінами, що дасть імпульс для створення екологічно чистих декарбонізованих енергетичних систем.Документ Можливості використання аміаку в гібридних енергетичних системах з твердооксидними паливними елементами(Гельветика, 2024) Сербін С. І.; Бурунсуз О. А.; Serbin Serhiy I.; Burunsuz Oleksandr A.Стаття присвячена розробці декарбонізованої енергетичної системи, що працює на аміаку та складається з твердооксидних паливних елементів та газової турбіни. Метою роботи є теоретичні дослідження ефективності гібридної системи для виробництва електричної та теплової енергії, що працює на аміаку і складається з твердооксидних паливних елементів і газової турбіни. Методика. Для підвищення ККД гібридної системи з твердоксидними паливними елементами і газовою турбіною, що працює на аміаку, запропоновано ускладнення теплової схеми системи впорскуванням водяної пари в камеру згоряння газотурбінного двигуна. За рахунок подачі перегрітої пари в камеру згоряння отримано покращення ефективних показників установки. Проведено термогазодинамічні розрахунки теплової схеми, вибрано раціональні параметри газотурбінного блоку, який використовується для утилізації відхідних газів паливних елементів та збільшення ефективного ККД установки, працюючої на аміаку. Наукова новизна. Вперше запропоновано схему перспективної електростанції, що працює на аміаку та використовує стеки твердооксидних паливних елементів, а також контактний газотурбінний агрегат з перерозширенням. Отримано раціональні параметри газотурбінної частини гібридної енергетичної системи, а саме міри підвищення тиску в компресорі та ексгаустері, які дозволяють збільшити його питому потужність. Отримані результати визначили напрямки покращення перспективних енергетичних систем з паливними елементами та газовими турбінами, що працюють на аміаку, розширили уявлення про процеси, які обумовлюють процеси перетворення енергії в подібних системах. Практична значимість. Доведено перспективність використання газотурбінного циклу з впорскуванням водяної пари в камеру згоряння для утилізації теплоти відхідних газів паливних елементів, які працюють на аміаку, а також підвищення ефективності енергосистеми. Показано, що використання контактного газотурбінного агрегату з турбіною перерозширення дозволяє досягти загальної ефективності комплексу 60,62 % при робочій температурі паливних елементів 1190 K та їх ККД 43,76 %. Це дасть змогу створити високоефективні декарбонізовані енергетичні системи суднового та стаціонарного призначення.Документ Можливості ефективного спалювання аміаку в камері згоряння газотурбінного двигуна з турбіною перерозширення(2023) Сербін С. І.; Колесников А. Б.; Serbin Serhiy I.; Kolesnykov Anatolii B.Необхідність зменшення впливу енергетики на навколишнє середовище визначає необхідність розробки та адаптації енергоефективних декарбонізованих систем, а також визначення діапазонів їх раціональних параметрів. Метою роботи є дослідження енергетичних і емісійних характеристик процесу горіння газоподібного аміаку в камері згоряння газотурбінного двигуна з перерозширенням. В якості об’єкта дослідження вибрано камеру згоряння для допалювання відхідних газів високотемпературного паливного елемента в складі газотурбінного агрегату з перерозширенням. Для детального прогнозування характеристик камери згоряння, що працює на аміаку, використано підхід, згідно якому паливоспалюючий пристрій розглядається як сукупність різних хімічних реакторів (гомогенних, проточних), що моделюють основні процеси хімічних перетворень в різних ділянках жарової труби камери згоряння. Розроблено реакторну модель камери згоряння, що працює на газоподібному аміаку, в якій відповідні реактори моделюють первинну зону камери згоряння, зону розбавлення та процеси змішування вторинного повітря, яке подається в відповідні ділянки, з основним потоком. Математична модель ґрунтується на рівняннях збереження маси і енергії для хімічно реагуючої системи. В якості кінетичної схеми горіння газоподібного аміаку в камерах згоряння газотурбінних двигунів використано механізм високотемпературного окиснення аміаку з урахування хімічних реакцій горіння водню, який містить у собі 71 реакцію з 22 компонентами. Розглянуто вплив режимних параметрів камери згоряння на розподіл температури та концентрацій хімічно реагуючих компонентів в об’ємі паливоспалюючого пристрою. Розрахунки робочого процесу камери згоряння проведено для теплової потужності 1,0 МВт, тиску 0,3 МПа та варіюванні коефіцієнта надлишку повітря від 1,41 до 2,03. Показано можливість стабільної роботи камери згоряння на аміаку при умовах ефективного закручення первинного повітря. При цьому час перебування реагентів у первинній зоні камери має перевищувати 0,025 с., що можливо при наявності потужних пристроїв для стабілізації горіння. Результати роботи можуть бути використані при розробці камер згоряння газотурбінних двигунів для декарбонізованих енергетичних систем, а також при організації допалювання продуктів твердооксидних паливних елементів, що працюють в складі гібридних енергетичних установок.Документ Особливості робочого процесу в гібридній камері згоряння газотурбінного двигуна, що працює на аміаку(2023) Сербін, С. І.; Колесников А. Б.; Serbin Serhiy I.; Kolesnykov Anatolii B.Потреба зменшення впливу енергетики на навколишнє середовище вимагає розробки декарбонізованих систем, які не використовують вуглецю, а також визначення оптимальних параметрів для їх роботи. Метою роботи є з’ясування особливостей організації робочого процесу камери згоряння газотурбінного двигуна, що працює на газоподібному аміаку. В якості об’єкта дослідження вибрано термодинамічні та газодинамічні процеси в гібридній газотурбінній камері згоряння з частковим перемішуванням компонентів поза зоною горіння. Для прогнозування аеродинамічної структури хімічно реагуючих потоків в камері згоряння, що працює на аміаку, використано метод тривимірного моделювання. Запропонована математична модель заснована на рівняннях нерозривності, збереження кількості руху, збереження енергії, переносу хімічних компонентів суміші, а також рівняннях, що описують характеристики турбулентності закручених потоків. Для проведення розрахунків процесів окиснення аміаку в камері згорання газотурбінного двигуна застосована модель горіння Eddy-Dissipation-Concept (EDC), що враховує взаємодію кінетики і турбулентності. Для розрахунку кінетичних аспектів високотемпературного горіння аміаку в повітрі запропоновано використати хімічну схему з 71 реакцію з 22 компонентами, яка може бути застосована в широкому діапазоні температур, тисків і коефіцієнтів надлишку повітря. Запропоновано конструктивну схему камеризгоряння, що працює на газоподібному аміаку. Розглянуто особливості організації робочого процесу в камері згоряння з частковим перемішуванням компонентів поза зоною горіння при тепловій потужності 1,0 МВт. Проведено тривимірні CFD розрахунки енергетичних і емісійних характеристик камери згоряння, що працює на аміаку. Показано можливість повного вигоряння аміаку в об’ємі паливоспалюючого пристрою при умові ефективного закручення первинного повітря. Отримані результати можуть бути використані при розробці камер згоряння газотурбінних двигунів для декарбонізованих систем енергетики, в тому числі з паливними елементами.Документ Параметри гібридної газопарової установки, що працює на водневому паливі(2023) Сербін, С. І.; Шмарков О. А.; Serbin Serhiy I.; Shmarkov Oleksandr A.Розв’язання питань, пов’язаних з вдосконаленням існуючих теплових двигунів та розширенням знань про перспективи ускладнення схем газотурбінних установок, відкриває нові горизонти для сучасного машинобудування. Комбіновані газопарові установки з гібридним циклом, що працюють на водневмісних газах і чистому водні, приваблюють широким спектром можливих вихідних параметрів і варіантів поєднання технічних рішень. Метою статті є теоретичне дослідження параметрів комбінованої гібридної газопарової установки та можливостей її роботи на водневому паливі. Розглянуто перспективний варіант комбінованої газопарової установки з гібридним циклом. Для досягнення широкого діапазону використовуваної електричної потужності запропоновано модульну схему, яка поєднує у собі газотурбінний двигун з теплоутиізуючим контуром та газотурбінний двигун з впорскуванням пари у камеру згоряння, робота яких регулюється обраним режимом навантаження. Беручи до уваги основні світові тенденції в питаннях екології та ряд міжнародних угод, учасником яких є і Україна, представлено технічне рішення, пов’язане з розвитком декарбонизованих енергетичних систем і покращенням екологічних показників гібридної установки при використанні в якості палива водню. Детально описано комбіновану газопарову установку з гібридним циклом та принцип її роботи на різних режимах. Представлено основні рівняння математичної моделі гібридної газопарової установки. Проведено оптимізаційні розрахунки, результати яких показують вплив вихідних параметрів установки від міри підвищення тиску, коефіцієнту надлишку повітря у камері згоряння контактного газотурбінного двигуна та температури газу перед турбінами контактного газотурбінного двигуна, а також частки пари, яка подається від парогенератора основного газотурбінного двигуна. Приведено можливі параметри робочих режимів в залежності від вихідної електричної потужності, яку виробляють електрогенератори. Оптимізаційні розрахунки підтверджують можливість регулювання вихідних параметрів установки шляхом зміни режиму роботи та введення пари в камеру згоряння контактного газотурбінного двигуна.Документ Суднова гібридна енергетична система з твердооксидними паливними елементами та газовою турбіною(2023) Ващиленко Микола Васильович; Сербін Сергій Іванович; Патлайчук Олексій Володимирович; Washchilenko Nikolay V.; Serbin Serhiy I.; Patlaichuk Oleksii V.Стаття присвячена розробці декарбонізованих суднових енергетичних систем, що скла¬даються з твердооксидних паливних елементів та газової турбіни, з практично нульовими викидами екологічно шкідливих компонентів. Нині має місце зростаючий інтерес до використання паливних елементів у складі суднових гібридних систем. У паливних елементах перетворення енергії є прямим електрохімічним процесом без проміжного перетворення хімічної енергії палива в теплову енергію. Таким чином, паливні елементи не підлягають обмеженню циклу Карно. Одним з видів таких елементів є твердооксидний паливний елемент (solid oxide fuel cell – SOFC), в якому робоча температура становить близько 873–1373 K. Це дозволяє практично застосовувати SOFC разом з газовою турбіною (gas turbine – GT) для виробництва електричної та теплової енергії у гібридних циклах (SOFC-GT). Метою роботи є підвищення ефективності суднової гібридної системи для виробництва електричної та теплової енергії, що складається з твердооксидних паливних елементів і газової турбіни з перерозширенням. На відміну від попередніх досліджень, доведена перспективність використання газотурбінного циклу з впорскуванням водяної пари в камеру згоряння та турбіною перерозширення для утилізації теплоти відхідних газів паливних елементів, а також підвищення ефективності енергосистеми. Багаторежимність суднових енергетичних установок визначає велику потенційну можливість використання комплексу твердооксидних паливних елементів та газової турбіни для підвищення ефективності експлуатації всього судна. Розроблено схему суднової енергетичної установки з твердооксидними паливними елементами і газовою турбіною з перерозширенням. Проведено теплові розрахунки ефективності такої системи. Отримані результати визначили науково обґрунтовані напрями створення перспективних енергетичних систем з паливними елементами та газовими турбінами, розширили уявлення про процеси, які зумовлюють процеси перетворення енергії в таких системах. Це дасть змогу в перспективі створити в Україні високоефективні декарбонізовані енергетичні системи суднового та стаціонарного призначення.Документ Характеристики камери згоряння гібридної газопарової установки, що працює на водневому паливі, для судна FPSO(2023) Сербін Сергій Іванович; Шмарков Олександр Андрійович; Serbin Serhiy I.; Shmarkov Oleksandr A.Питання екологічності енергетичних установок у сучасному світі розглядається невід’ємно від питання ефективності. Тому дослідники пропонують нові підходи до покращення емісії шкідливих речовин. У статті розглядається можливість поєднання методів підвищення ефективності та екологічності для використання потенціалу енергоносіїв у сукупності з мінімізацією шкоди навколишньому середовищу. Метою статті є дослідження процесів горіння водневого палива у камері згоряння з впорскуванням пари у складі гібридної газопарової установки та впливу різних варіантів підведення пари в камеру згоряння на показники емісії шкідливих речовин. Дослідження проводилось шляхом моделювання з використанням сучасних CFD комплексів, таких, як Ansys Fluent. У результаті отримано дані про екологічні показники на вибраному ре-жимі роботи установки у разі різних варіантів впорскування пари, представлено розподіли температур та концентрацій оксидів азоту в різних перерізах жарової труби. Показано вплив кількості екологічної пари, що впорскується в камеру, на викиди оксидів азоту. Розглянуто можливість застосування установки для суден-газовозів та плавучих об’єктів нафтогазовидобутку типу FPSO.