Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

В уравнениях (1)-(4) р - плотность; Р - давление; С - теплоем­ кость; X - теплопроводность; Ф - диссипативный источник тепла; г

- радиальная цилиндрическая координата; z - продольная цилиндри­ ческая координата; Т - температура; |1Ээффективная вязкость, яв­

ляющаяся функцией скорости сдвига и температуры; |10 - начальная вязкость при температуре Г0; v r и v, - компоненты вектора скоро­ сти; i - индекс, определяющий номер слоя в потоке и соответствую­

щий ему материал; Р - температурный коэффициент вязкости; п -

коэффициент аномалии вязкости; 12 - второй инвариант тензора ско­ ростей деформации.

Граничные условия. На входных участках задавались пря­

моугольные эпюры скоростей, рассчитанные из заданного массового

расхода. На твердых стенках Г'5 задается температура 170 °С, вы­

полняются условия прилипания и непроникновения [3]. На выходной границе Г'2 ставятся условия установившегося потока. Температура стенки 110 °С, температура расплавов полимеров на выходе из экс­ трудеров 150 °С.

Математическая модель. Значения физических констант для

трех компонентов потока приведены в таблице [1].

Реологические и теплофизические свойства полимеров

		Начальная	Температур­	Показатель	Плотность,	Тепло­	Тепло­
	Мате­	вязкость при	ный коэффици­				провод­
				аномалии	кг/м3	емкость С,
	риал	температуре	ент вязкости (3,				ность X,
				вязкости п		Дж/кг/°С
		433 К, Па с	к-1				Дж/м/с/°С
	1	38523	0,0027	0,251	1080	2500	0,182
	2	14946	0,0168	0,542	779	2500	0,182
	3	38523	0,0027	0,251	1080	2500	0,182

Массовый расход для изоляции равен 0,1558 кг/с, массовый рас­ ход для экранов - 0,216 кг/с.

Результаты исследования. На рис. 2 и 3 представлены распре­ деления плотностей и скоростей течения полимерных расплавов, рас­ считанные в разных программах.

формируются две эпюры, верхняя эпюра - совместное течение мате­ риала экрана по изоляции и материала изоляции, нижняя эпюра фор­ мируется течением материала экрана по жиле.

Рис. 4. Распределение скорости в вертикальных сечениях канала для Q i = 0,216 кг/с, Q 2 = 0,1558 кг/с: а - рассчитанное в программе Fluent;

б - рассчитанное в программе CFX; 1 - сечение А ; 2 - сечение В

Для исследования влияния на толщину слоев массового расхода были проведены численные исследования, результаты которых приве­ дены на графике (рис. 5). Номинальные толщины слоев для рассматри­ ваемого кабеля должны соответствовать заданным параметрам: экран по жиле 0,6 мм, изоляция 3,2 мм и экран по изоляции 0,5 мм.

Толщина

изолхции

ми

Рис. 5. Изменение толщин слоев материала при изменении расхода материала изоляции: 1 - изоляция; 2 - экран по жиле; 3 - экран по изоляции

При увеличении расхода Q2 в 10 раз толщина изоляции возросла в 4,3 раза, толщина экрана по жиле уменьшилась почти на 45 %, а толщина экрана по изоляции уменьшилась в 8,3 раза. Значение рас­ ходов для экрана по жиле равно 0,12 кг/с, для экрана по изоляции - 0,25 кг/с. При значении расхода 0,997 кг/с толщины полимерных сло­ ев равны номинальным.

Заключение. В результате проведенных исследований была раз­ работана модель процесса совместного течения трех полимерных жидкостей. Произведена оценка влияния некоторых технологических параметров наложения полимерной изоляции на толщины изоли­ рующих слоев. Регулирование данных параметров оказывает влияние на стабильность границ раздела совместных участков течения и зна­ чения толщин экструдируемых слоев.

Библиографический список

1.Бачурина М.В., Казаков А.В., Труфанова Н.М. Математиче­ ское моделирование процесса стратифицированного течения распла­ вов полимеров в осесимметричной постановке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2014. - № 2. - С. 102-124.

2.Течение полимеров в отверстиях фильер. Теория, расчет, практика / В.И. Янков, И.О. Глот, Н.М. Труфанова, Н.В. Шакиров. - М.; Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2010. - 368 с.

3.Казаков А.В., Труфанова Н.М. Численные исследования ре­ жимов стратифицированного течения и методика управления процес­ сом экструзионного наложения многослойной изоляции // Известия Томск, политехи, ун-та. - 2012. - Т. 320, № 4. - С. 167-171.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ДЛЯ СЛУЧАЯ ПРОКЛАДКИ КАБЕЛЯ ЧЕРЕЗ СТЕНУ

ИЛИ ПЕРЕКРЫТИЕ

Студент гр. МЭ-11-16 В.А. Будаян

Научный руководитель-д-р техн. наук, профессор НМ Труфанова Пермский национальный исследовательский

политехнический университет

Целью моделирования процесса теплопроводности в кабельной линии и окружающей среде является проверка необходимых условий эксплуатации кабелей с пластмассовой изоляцией. При прокладке кабельных линий производится проходка через стены и перекрытия зданий как при вводе в здание, так и при внутренней прокладке. Рас­ смотрев требования к способам прокладки кабелей через стены и пе­ рекрытия, можно прийти к выводам, что проход через стены необхо­ димо выполнять в асбестовых или пластмассовых трубах, труба и зазоры должны быть заделаны несгораемыми материалами [2].

Кабель, проходящий через стену или перекрытие, может зани­ мать различные положения в трубе. Так, на рис. 1 приведены два наиболее распространенных положения, когда кабель лежит на стен­ ке трубы или протянут по ее центру.

4

/

1

Рис. 1. Проход кабеля АБВГ 4x120 через стены или перекрытия: У- стена или перекрытие; 2 - труба; 3 - заделка; 4 - оболочка кабеля;

5 - изоляция; 6 - токопроводящая жила; 7 - кордель

Заделка выполняется цементом с песком по объему 1:10; глиной с песком - 1:3; глиной с цементом и песком - 1,5:1:11; перлитом, вспученным со строительным гипсом, - 1:2 и т.п. по всей толщине стены, перегородки или перекрытия [2].

Зависимости максимальной температуры на поверхности токо­ проводящих жил от значения тока для различных материалов, в задел­ ке при асимметричной (рис. 6) и симметричной (рис. 7) прокладке.

Рис. 6. Зависимость максимальной температуры от тока (асимметричная прокладка)

Г,°С

Рис. 7. Зависимость максимальной температуры от тока (симметричная прокладка)

При использовании для заделки негорючих материалов, приме­ нение которых предусмотрено строительными нормами и правилами, температура поверхностей токопроводящих жил и их изоляции в за­ висимости от положения кабеля достигает значений от 54 до 68 °С. Применение смесей, оговоренных в нормативных документах, обес­ печивает соблюдение требуемого температурного режима эксплуата­ ции изоляции кабеля, что гарантирует долговечность и нормативный срок службы кабеля.

При использовании в качестве материала для заделки пенопо­ лиуретана, пенопласта или минеральной ваты температура токопро­ водящих жил превышает 100 °С и может достигать 116 °С. При мак­ симально допустимой температуре для поливинилхлоридной изоля­ ции 70 °С повышение температуры приводит к преждевременному старению, образованию дефектов, размягчению, потере механиче­ ских и электрических свойств. При длительном перегреве изоляции происходит ее ускоренное окисление, изменяется цвет, изоляция те­ ряет пластичность и становится хрупкой.

Кабели, проложенные с нарушениями нормативных условий про­ кладки, могут эксплуатировать только с пониженной токовой нагруз­ кой. В рассмотренных случаях необходимо снижать токовую нагрузку до 50 % от длительно допустимой (130-170 А вместо 244 А).

При симметричной прокладке кабеля происходит равномерное распределение температур, максимальная температура токопроводя­ щих жил и изоляции ниже, чем при асимметричной на 5-10 °С. По­ ложение кабеля в заделке влияет на максимальную температуру в допустимых пределах.

Библиографический список

1.ГОСТ Р 53769-2010. Кабели силовые с пластмассовой изоля­ цией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ // Доступ из справ.- правовой системы КонсультантПлюс.

2.СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства // Доступ

из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

3.Еремкин А.И., Королева Т.И. Тепловой режим зданий: учеб, пособие. - М.: АСВ, 2000. - 368 с.

4.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1975. - 488 с.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ПРЯМОУГОЛЬНОМ КАБЕЛЬНОМ КАНАЛЕ

Студент гр. КТЭИ-10 Т.В. Гатаулин

Научный руководитель-д-ртехн. наук, профессор Н.М. Труфанова

Пермский национальный исследовательский

политехнический университет

Актуальность проблемы. В настоящее время возрастает инте­ рес к использованию силовых кабелей с изоляцией из сшитого поли­ этилена. Эта тенденция обусловлена ужесточением требований к экс­ плуатационным характеристикам кабелей.

Прокладка таких кабелей на территории с плотной инфраструкту­ рой осуществляется в подземных каналах. Однако в большинстве случа­ ев внутреннее пространство подземных сетей используется неэффектив­ но [1]. Величина номинальной токовой нагрузки силовых кабелей зави­ сит от ряда факторов: геометрических параметров кабельных линий и подземного канала, теплофизических характеристик конструктивных элементов кабелей и окружающей среды, условий теплообмена, индуци­ рованных токов в металлических экранах кабелей.

Исследованиям тепловых и электродинамических процессов, про­ текающих в кабельных линиях и в кабельных каналах, посвящено множество работ, но существующие инженерные методики не позво­ ляют учесть в полной мере влияние вышеперечисленных факторов.

Таким образом, является весьма актуальным исследование про­ цессов сложного тепломассообмена, электро- и магнитодинамики в кабельном канале, проложенном под землей.

Постановка задачи. Геометрические размеры кабельного кана­ ла и расположение кабелей показаны на рис. 1. Вокруг кабельного канала - земля, внутри кабельного канала находится воздух. Кабель­ ная линия состоит из трех кабелей марки ПвП2г 1x150/35-20. Наруж­ ный диаметр составляет 36 мм, а диаметр ТПЖ 14 мм. Расстояние между кабелями - 70 мм.

При решении задач учитывались естественная конвекция возду­ ха, гравитационная составляющая для описания конвективного тепломассопереноса.