автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Моделирование и интегрированное проектирование систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов

,УУ46У

848

На правах рукописи

БАЗАРОВ Александр Александрович

Моделирование и интегрированное проектирование систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов

Специальность 05.09.10 Электротехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

3 МАЙ 2010

Самара 2010

004601848

Работа выполнена на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет».

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Рапопорт Эдгар Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кувалдин Александр Борисович

доктор технических наук, профессор Демидович Виктор Болеславович

доктор технических наук, профессор Лившиц Михаил Юрьевич

Ведущая организация: Саратовский государственный технический

университет (г. Саратов)

Защита диссертации состоится 25 мая 2010 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.217.04 при Самарском государственном техническом университете (СамГТУ) по адресу: г. Самара, ул. Первомайская, д. 18, корпус №1, ауд. 4А.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 443100, г.Самара, ул. Молодогвардейская 244, СамГТУ, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.04; тел.: (846) 278-44-96, факс (846) 278-44-00; e-mail: krotkov@samgtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СамГТУ.

Автореферат разослан «_»_2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.217.04 кандидат технических наук, доцент

Е.А.Кротков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применение электротермического оборудования дает возможность интенсифицировать технологические процессы с одновременным улучшением качества продукции и, во многих случаях, снижением материало- и энергоемкости. Среди различных видов электронагрева видное место занимает индукционный нагрев (ИН) материалов, который имеет ряд преимуществ перед другими видами нагрева.

Большой вклад в развитие теории и техники индукционного нагрева внесли (В.П. Вологдин, А.Е. Слухоцкий, A.B. Донской, A.C. Васильев, В.А. Бо-дажков, А.Н. Шамов, B.C. Немков, К.З. Шепеляковский, И.Н. Кидин, А.Б. Кувалдин, A.M. Вайнберг, B.C. Чередниченко, C.B. Дресвин, В.Б. Демидович, JI.C. Зимин и др.).

Методы проектирования конструкций индукционных нагревателей и синтез систем управления базируются на математических моделях электромагнитных и тепловых процессов с соответствующими методами решения, на теории управления и методах оптимизации. Разработке математических моделей посвящено множество работ. Аналитические модели, разработанные такими учеными как В.П. Вологдин, А.Е. Слухоцкий, А.В.Лыков, Беляев Н.М., позволили решить большой объем задач проектирования технологических установок. Вместе с тем, усложнение задач за счет учета нелинейности моделей, более сложной геометрической формы нагреваемых тел потребовало применения численных методов, таких как метод интегральных уравнений, метод конечных разностей и конечных элементов. Большой вклад в развитие этих методов внесли как зарубежные ученые (Норри Д., де Фриз Ж., Сегер-линд JL, Зенкевич О.), так и отечественные (Самарский A.A., Немков B.C., Демидович В.Б., Демирчян К.С.). На базе теоретических разработок создано немало профессиональных программ, позволяющих решать задачи моделирования в различных областях знания (Maxwell, Nastran, Ansys, Femlab, Cédrat Flux, Elcut). Указанные программы служат мощным инструментом при оптимальном проектировании систем нагрева с помощью встроенных или внешних алгоритмов оптимизации.

Сочетание численных методов расчета и поисковых процедур оптимизации дает возможность решать различные задачи проектирования.

В то же время существует целый класс объектов нетрадиционных для ИН (по физической структуре, форме и т.д.), для которых применение ИН весьма эффективно.

Современные задачи проектирования и управления требуют более точных моделей процессов на всех стадиях, начиная с этапа эскизного проектирования, заканчивая программированием модели в контуре управления. Повышение точности численных моделей за счет увеличения числа элементов приводит к росту объемов вычислений. Еще более остро стоит проблема при решении оптимизационных задач, использующих численные модели. Поэто-

му часто задачи проектирования- и синтеза управления разделяются именно из-за проблемы больших объемов вычислений. Для повышения эффективности процесса расчета необходимо совершенствование алгоритмов проектирования, сочетающих процедуры поиска оптимальной конструкции и оптимального режима функционирования системы управления. Объединение задач проектирования конструкции и синтеза системы управления должно производиться не за счет механического увеличения размерности, а за счет эффективного обмена результатами расчетов между подзадачами при использовании многошаговых процедур.

Совершенствование методик расчета индукционных нагревателей, а также синтеза систем управления и конструкций индукторов для специализированных установок позволяет повысить производительность установок ИН, качество управления процессом, экономию электроэнергии.

Для решения указанных задач требуется разработка алгоритмов решения комплексных задач проектирования и синтеза управления и создание для этого адаптированных математических моделей на базе современной вычислительной техники, на что и направлена настоящая работа.

Цель работы. Разработка математических моделей процессов и алгоритмов интегрированного проектирования систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов (СФНО) в специальных электротехнологиях с учетом требований и условий эксплуатации, а также конструкций оборудования, систем питания.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка комплекса математических моделей для расчета процессов нагрева многослойных тел с подвижной и неподвижной внутренней средой, для тел вращения сложной формы.

2. Разработка алгоритма интегрированного проектирования систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов.

3. Разработка методики интегрированного проектирования систем индукционного нагрева для специализированных электротехнологических установок.

4. Разработка и оптимизация по базовым технико-экономическим Критериям эффективности конструкций и режимов работы для специализированных индукционных установок для объектов, характеризующихся физически неоднородной структурой, сложной формой и.т.д.

Методы исследования. Исследования электромагнитных и тепловых процессов систем индукционного нагрева проводились с помощью компьютерного моделирования методами математической физики и вычислительной математики. Разработанные математические модели базируются на методах: конечных элементов, оптимизации, численного интегрирования и их комбинациях. Экспериментальные исследования проводились с использованием

разработанных методик на специальных установках и стендах.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным использованием применяемого математического аппарата, теории оптимального проектирования и оптимального управления и методов математического моделирования СРП. Справедливость выводов относительно адекватности используемых математических моделей, достоверности, работоспособности и эффективности предложенных алгоритмов интегрированного проектирования подтверждена результатами математического моделирования и промышленными экспериментами.

Научная новизна работы определяется тем, что она расширяет и углубляет теоретические представления об общих закономерностях проектирования оптимальных конструкций и режимов работы систем индукционного нагрева для сопряженных физически неоднородных объектов; предлагает новые алгоритмы совместного использования процедур оптимального проектирования и синтеза систем управления; устанавливает способы адаптации общих подходов интегрированного проектирования применительно к целому ряду прикладных задач с СФНО, представляющих самостоятельный интерес.

В работе получены следующие основные научные результаты в указанном направлении:

1. Выявлены качественные и количественные закономерности взаимосвязанных процессов внутреннего тепловыделения, тепло- и массопереноса в сопряженных физически неоднородных средах с относительным движением сред, отличающиеся от известных тем, что позволяют в ходе проектирования обоснованно корректировать постановку задачи для достижения заданного функционала качества.

2. Разработаны комплексные математические модели взаимосвязанных электромагнитных, тепловых, термогидравлических и термоупругих процессов при индукционном нагреве сопряженных физически неоднородных объектов,. учитывающие взаимное влияние различных процессов и отличающиеся возможностью оперативного взаимного обмена результатами расчетов при переходе от задач проектирования к задачам синтеза систем управления.

3. Разработаны алгоритмы и методики оптимального интегрированного проектирования конструктивных и режимных параметров систем индукционного нагрева объектов сложной структуры с неоднородными физическими свойствами, обеспечивающие достижение заданных показателей качества системы и отличающиеся от известных методов многокритериального оптимального проектирования снижением вычислительных затрат.

4. Выполнен системный анализ проблемы интегрированного проектирования нагревателей для косвенного индукционного нагрева неэлектропроводных материалов и разработан эффективный численный метод расчета параметров и режимов нагрева на основе итерационного решения комплексной

задачи оптимального управления и оптимизации конструктивных характеристик электротехнологических установок, отличающийся использованием процедур для перехода от конечно-элементных моделей к многомерным аппроксимациям систем с распределенными параметрами с последующим применением теории управления для систем с сосредоточенными параметрами, что существенно упрощает задачи синтеза.

Научная значимость работы. В диссертации разработан новый конструктивный метод оптимального интегрированного проектирования систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов, представляющий собой методологическую основу построения алгоритмов оптимизации по основным технико-экономическим критериям широкого круга специальных технологических процессов с гарантированными качественными показателями.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

На основе предложенного алгоритма интегрированного проектирования разработана инженерная методика решения комплекса задач по оптимальному проектированию индукционных нагревателей и режимов их работы.

Разработанные связанные математические модели позволяют решать комплексные задачи исследования электротепловых, термогидродинамических процессов для стационарных и нестационарных режимов с учетом нели-нейностей и сложных условий теплообмена.

Разработаны методики и модели для проектирования конструкций и режимов работы установок по расснаряжению боеприпасов, установок по подогреву вязких нефтепродуктов перед транспортировкой, систем индукционного нагрева на стендах для термоциклических испытаний дисков.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Комплексные математические модели взаимосвязанных электромагнитных, тепловых, термогидравлических и термомеханических процессов сопряженных объектов физически неоднородной структуры, позволяющие эффективно решать задачи исследования и оптимального проектирования; ■

- Закономерности взаимосвязанных процессов внутреннего тепловыделения, тепло- и массопереноса в сопряженных физически неоднородных средах с относительным движением сред, обеспечивающие ускорение поиска конструктивных параметров систем индукционного нагрева;

- Методика интегрированного проектирования конструктивных и режимных параметров индукционных нагревателей сопряженных объектов с неоднородными физическими свойствами на основе итерационного решения комплексной задачи.

- Конструкции индукционных систем и режимы их работы в технологических установках по расснаряжению боеприпасов, по подогреву вязких нефтепродуктов, на стендах для термоциклических испытаний дисков.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих основных международных конгрессах, конференциях, симпозиумах, коллоквиумах, семинарах и совещаниях:

XI Краевой конференции по автоматике (Польша, Белосток-Беловеж, 1991), международных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Бенардосовские чтения) (Иваново, 2003, 2005, 2006), V и VI Международных научных конференциях «Эффективность н качество электроснабжения промышленных предприятий» (Мариуполь, Украина, 2005, 2008), VIII Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» (Самара: Самарский научный центр РАН, 2006), 3-го международного форума (8-ой международной конференции) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, СамГТУ, 2007), XII Международной конференции «Электромеханика, электротехнология, электротехнические материалы и компоненты» МКЭЭЭ-2008, (Украина, Крым, Алушта, 2008), (9)

VII Всесоюзной конференции «Теплофизика технологических процессов» (Тольятти, 1988), Всесозной научно-технической конференции «Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения» (Куйбышев, 1989), Межотраслевой научно-технической конференции «Проблемы функциональной диагностики газотурбинных двигателей и их элементов» (Москва-Харьков-Рыбачье, 1990), XI Всесоюзной научно-технической конференции «Применение токов высокой частоты в электротехнологии» (Ленинград, 1991), десятой межвузовской конференции. «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2000), Всероссийских научных конференциях «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, СамГТУ, 2004, 2006, 2007, 2008), I и II Всероссийских научно-технических конференциях «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2004, 2007), Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий» (Екатеринбург, 2006), (13)

областной научно-технической конференции «Автоматизация и комплексная механизация технологических процессов» (Сызрань, 1987). Реализация результатов работы.

Полученные в работе теоретические закономерности и практические результаты использованы

-при выполнении фундаментальных НИР (2002-2009 г.г.) «Разработка теории векторной оптимизации процессов, описываемых уравнениями Максвелла и Фурье для определенного класса задач математической физики» (№ г.р. 01200802926), «Создание математических моделей взаимодействия электромагнитных и тепловых полей в пространственно распределенных объектах» (№ г.р. 01200951711); «Разработка теоретических основ системного анализа и методов нетрадиционной реализации взаимосвязанных процессов

энергообмена-в электромагнитных и температурных полях» (№ г.р. №01200602849), «Разработка научных основ и методологии проектирования нетрадиционных технологий индукционного нагрева» (№ г.р. №01200208264) и гранта РФФИ «Разработка методологии оптимального проектирования физически неоднородных объектов электротермических производств по системным критериям качества» (№ г.р. 01200602849);

в проектно-конструкторских организациях и промышленных предприятиях:

- при разработке и создании уникального автоматизированного стенда для прочностных и доводочных испытаний элементов газотурбинных двигателей (ОАО СНТК им. Н.Д. Кузнецова, г. Самара, ОАО «Самарский Гипроаавиа-пром», г. Самара);

- при разработке и создании ряда установок для утилизации боеприпасов (ВНИИ ПКВТ, г. Самара, ДВПО «Восход», г Эльбан);

- при проектировании систем автоматического управления индукционными нагревателями в технологических линиях обработки металла давлением (9ГПЗ);

- в учебном процессе при чтении лекций по курсу «Электротехнологические установки и системы», «Автоматическое управление системами с распределенными параметрами», в курсовом и дипломном проектировании.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 68 печатных работ, в том числе 14 статей в журналах, рекомендованных ВАК: «Электротехника», «Электромеханика», «Вестник СамГТУ», а также 10 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и содержит 296 страниц текста, 111 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 238 наименований и приложения на 19 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткая характеристика проблемы и современного состояния численных методов математического моделирования различных взаимосвязанных процессов в индукционных системах, теории оптимального проектирования и синтеза управления для систем индукционного нагрева, обосновывается актуальность исследований в диссертационной работе, формулируется цель и задачи работы, объясняется структура диссертационной работы, приводятся основные положения, выдвигаемые на защиту.

В первом разделе рассматриваются вопросы математического моделирования электромагнитных и тепловых процессов в задачах проектирования технологических установок и синтеза систем управления, которые имеют большое значение в связи с проблемами, возникающими при нагреве заготовок и деталей сложной геометрической формы.

Приводится обзор отечественных и зарубежных работ в области разра-

ботки математических моделей процессов индукционного нагрева изделий, ориентированных на задачи проектирования и синтеза систем управления. Выявлены нерешенные задачи. В большинстве работ, посвященных синтезу замкнутых систем управления индукционными установками, в качестве модели объекта используются одномерные аппроксимирующие выражения, построенные на базе аналитических решений тепловых задач, что не всегда позволяет добиться адекватного представления исходного распределенного объекта. В ряде работ использован подход с экспериментальным определением параметров аппроксимирующей многосвязной дискретной модели с сосредоточенными параметрами, который, хотя и повышает точность представления за счет повышения размерности, все же не решает всех проблем, связанных с отражением внутренней структуры объекта и оценки адекватности модели.

При проектировании индукционных установок для нагрева различных изделий перед пластической деформацией используются численные модели электромагнитных и тепловых процессов, в основном, реализованные методами конечных разностей и конечных элементов. Данные методы позволяют добиться требуемой точности расчетов за счет более точного учета нелинейности процессов и граничных условий, что, с другой стороны, сопровождается возрастанием требований к аппаратным и временным ресурсам. Требования к аппаратной части зависят от размерности задачи, (двух- или трехмерная), типа задачи (тепловая, гидравлическая, электромагнитная), вида анализа (стационарный, нестационарный) и типа решателя (прямой или итерационный). Разброс требований к памяти машины при одном и том же числе степеней свободы может отличаться на порядок, например для одного миллиона степеней свободы с применением прямого метода решения для двумерной задачи требуемая память может составлять 1 Гигабайт, а для трехмерной модели с итерационным решателем - до 30 Гигабайт. Столь же существенно отличается и время расчета. Еще более отягощает ситуацию наличие многосвязных задач. Поиск решения для одного в.арианта исходных данных может занимать многие часы. Снижение размерности задачи за счет уменьшения числа элементов чревато ухудшением сходимости и точности решения. Указанные проблемы серьезно затрудняют процедуры параметрической оптимизации, используемые в различных программах, из-за резкого увеличения потребных ресурсов. Немаловажной проблемой при многокритериальной оптимизации является сложность постпроцессорной обработки. Если определение интегральных величин затруднений не вызывает, то расчет какой-либо функции вдоль произвольной линии или поверхности требует дополнительных усилий.

При синтезе систем управления затруднительно использование математических моделей на базе МКЭ или МКР, хотя имеются некоторые возможности сопряжения процессов расчета полей с моделирующими программами

типа< БшшНпк. Тем не менее, возможности такого подхода сильно ограничены, так как позволяют только исследовать системы управления, а не синтезировать их.

Рассматриваемые в работе задачи, такие как моделирование термоциклических испытаний дисков турбоагрегатов или расснаряжение снарядов, требуют применения точных моделей, что обусловлено необходимостью воспроизведения реальных термонагружений и высокими требованиями к безопасности.

На основе проведенного анализа сформулированы основные задачи исследований, выполненных в диссертационной работе.

Во втором разделе рассматривается комплекс разработанных математических моделей, предназначенных для проектирования индукционных нагревателей сопряженных физически неоднородных объектов и расчета режимов их работы.

Задачи, моделирования, поставленные в диссертационной работе, опираются на ряд моделей, реализуемых как отдельно друг от друга, так и во взаимосвязи (рис.1). Выбор постановки определяется особенностями объекта. На первом этапе дается общая формулировка отдельных процессов.

Рис. 1 Задачи математического моделирования сложных систем индукционного нагрева

Определяющее значение при исследовании процессов нагрева в исследуемых установках имеют электромагнитные и тепловые явления. В связи с этим при их исследовании наиболее важно получение электротепловой модели, основанной на численном решении уравнений электромагнетизма и теплопроводности. Такие модели учитывают взаимное влияние электромагнитного и температурного полей в процессе индукционного нагрева и дают исчерпывающую характеристику индукционного устройства с точки зрения по-

требления энергии от внешнего источника питания и выделения ее в загрузке.

Связь электромагнитного поля в системе с температурным полем обусловлена зависимостью удельного сопротивления и магнитной проницаемости от температуры. Аналогичная связь имеет место в термогидравлических процессах, где вязкость зависит от температуры, а осевая скорость для тепловой задачи определяется из решения гидравлической задачи.

В общем случае процесс индукционного нагрева рассматриваемого класса объектов, представляющих собой систему физически неоднородных тел, охваченных цилиндрическим индуктором, описывается нелинейной взаимосвязанной системой уравнений Максвелла и Фурье соответственно для электромагнитного и температурного полей с соответствующими краевыми условиями:

т{н\=уЕ; (1)

ЛЧ-(я}= 0; (3)

0; (4)

Здесь{//},, {в},-векторы напряженности магнитного и электрического полей и магнитной индукции.

Система уравнений (1)-(4) дополняется граничными условиями для электромагнитной задачи: используются условия равенства функции нулю на бесконечно удаленной границе и условие симметрии на осевой линии т,

которое заключается в равенстве нулю производной от функции.

Решение задачи электромагнитного поля достигается использованием векторного магнитного потенциала {А} и скалярного электрического потенциала К которые выражаются следующим образом:

| =и*Н (5)

(6)

Решение краевой задачи расчета магнитного поля в изотропной среде (1) -(4) в терминах векторного магнитного потенциала эквивалентно минимизации энергетического функционала:

д 1

дх ¡л дх ду /л ду дг ц дг

V

|_/£Ц(тЫ с1х<1ус12+ ¿у ¿г.

йхйуйг +

+

После преобразований получаем систему алгебраических уравнений:

Здесь [/с]- матрица жесткости, [£>] - матрица вихревых токов и {й} -вектор внешних источников тока.

Решение данной задачи осуществляется методом конечных элементов с использованием итерационных процедур. Краевые условия вида Дирихле учитываются путем принудительного исключения столбцов и строк глобальных матриц, относящихся к узлам дискретной системы, лежащих на удаленных границах.

В более общем случае, для нестационарного анализа, векторная потенциальная формулировка применима к областям с нелинейной проводимостью. Основное расчетное уравнение приводится к виду:

Н^}+йи=й (9)

Здесь

«-Й-

где:

{Ае} - векторный магнитный потенциал;

{ус}- электрический скалярный потенциал (у = \Vclt), интегрируемый по

времени для учета симметрии матриц в случае задания потенциалов.

Мощность внутренних источников тепла, характеризующих нагрев проводящих тел индукционной системы, вычисляется для каждого элемента по закону Джоуля-Ленца:

2 уС

Е-Е

¿V, (11)

где ст - удельная электропроводность, Е - величина, сопряженная к Е . Для учета нелинейной зависимости //„(//) в ферромагнитных областях используется итерационный алгоритм решения результирующей системы уравнений. Определение магнитной проницаемости производится в разных программных средствах с помощью введения в программу расчета полинома, аппроксимирующего кривую намагничивания, или путем введения кривой намагничивания с последующей аппроксимацией. Конечно-элементная методика электромагнитного расчета реализуется в программах ЕкЩ, РЕМЬАВ, Апвуз и др.. На этой основе разработана методика расчета индукционных систем, используемых в качестве источников тепла в индукционных установках. Математическая модель теплопроводности для рассматриваемой задачи

индукционного нагрева сопряженной системы физически неоднородных тел цилиндрической формы с относительным перемещением может быть представлена системой двухмерных дифференциальных уравнений в частных производных вида

дТх(г,х,1) = _!_ _ д_ Г дТ^г.х,^ + д( дтх{г,х,()\ + щ(г.х) . д1 г дг\ г дг ] йг!, дх ) С]/1

dT2(r,x,t) ___ 1 д_ St г дг

+Ц лх2 ^Ы) + азкА. (12)

дг ) 8х\ дх J c2r2

dT3(r,xJ) __ 1 д_( ЙГз^.л:./)^ + д_(л ^ _ ) ^dT3{r,x,t)

dt г dry дг J дху дх J дх

и граничными условиями, характеризующими конвективный теплообмен внешней поверхности с окружающей средой:

Здесь: t-время, с\,с2,с3, Я,,Я2,/Ц,7\,7г>Уъ~ коэффициенты удельной теплоемкости, плотности и удельной теплопроводности материалов компонентов системы, ТиТ2,Т3 - температуры компонентов системы.

Сопряжение тепловых процессов на границе соприкосновения сред описывается граничными условиями 4-го рода, представляющими комбинацию двух уравнений

XxdTx(R3,x,t) = A3dT3(R3,x,t); ф )sT{R ). (13}

дг дг

Л2дТ2(Я2,х,0 = Л3дТ3(К2,х,0; ф2Х>()=ф2Х() (14)

дг дг

Тепловая задача дополняется начальными условиями

Г1(г,*,/) = Ге; T2(r,x,t) = Te; T3(r,x.t) = T0. (15)

Определение температурного поля в потоке движущейся среды невозможно без определения характера движения (ламинарное или турбулентное). Кроме того, прогрев отдельных слоев приводит к локальному изменению вяз,-кости, и, соответственно, к еще большему усложнению процессов движения.

Для полной физической определенности общая система уравнений дополняется эмпирическими зависимостями вязкости, плотности, удельной теплоемкости нефти, коэффициентов теплопроводности, теплопередачи и других величин от температуры.

Данный класс течений вязких несжимаемых жидкостей в случае отсутствия массовых сил в безразмерном виде в двумерном случае в декартовых координатах описывается следующими уравнениями неразрывности и импульса:

—+ — = 0, (16)

дх ду

—+и—+ V— +

ди ' ди ди др _ 1 д2и" д2и д1 дх ду дх~ Ие дх1 ду2

(18)

•Здесь: м,у- компоненты вектора скорости; р- давление. Плотность включена в число Рейнольдса. Решения схемы (16)—(18) при малых числах Рейнольдса Яе < 200 описывают ламинарные течения.

Для практических целей, как правило, достаточно знать осредненные характеристики движения, которые могут быть получены путем осреднения уравнений по некоторому малому интервалу времени т.

Применение метода конечных элементов к тепловой задаче базируется на упрощенной линейной постановке. Это позволяет осуществить преобразования с наименьшими затратами. Учет нелиненностей осуществляется путем использования итерационных процедур. Гладкая форма кривых, описывающих зависимости параметров от температуры, позволяет в пакетах А^УЗ, Е1с1й и др. добиться быстрой сходимости вычислительного процесса.

Следуя МКЭ, системе дифференциальных уравнений ставится в соответствие вариационная формулировка о минимизации энергетического функционала, характеризующего тепловое состояние объединенной области:

где 1А - граница с конвективным теплообменом, /г = а/Х .

На базе функционала (19) формируется система конечно-разностных уравнений, описывающая расчетную область. Особенностью конечно-элементной формулировки, как и других численных методов, является естественный учет различия свойств всех областей за счет придания каждому конечному элементу индивидуальных параметров, зависящих от различных переменных.

Полученные матрицы жесткости (теплопроводности) демпфирования (теплоемкости) [с] и вектор источников {(?} с учетом замены временной

производной конечно-разностным аналогом, объединяются в систему

уравнений.

где Д/- временной шаг, и - номер шага, у - коэффициент, принимающий значения от 0 до 1.

- + — +су-

) у & / &

V ГйгУ) ¿г

\¥Т (1г<1х + - //¡(г2 - 2ТСТ)И (19) 2£„

Последнее выражение переписывается в виде:

йГ1+1 = {<?}■ (21) Для различных сочетаний видов анализа компонент связанной электротепловой задачи общая формулировка может не содержать некоторые компоненты, но в общем виде она имеет вид

сг 0 т КТ 0

0 и • -Ь .0 1{Л.

(22)

где {и} - вектор, определяемый выражением (10). Аналогичным образом составляется конечно-элементная формулировка установившегося течения жидкости в трубопроводе:

СГ 0 КТ 0

0 0_ и 0

(23)

где:

[Ст ] - матрица удельных теплоемкостей (матрица демпфирования в классической конечно-элементной терминологии); {Т} - вектор узловых температур; {Т} - производная по времени вектора узловых температур; {Р}- вектор узловых давлений; [Кт ] - матрица теплопроводности с учетом конвекции и массопереноса; [Кр ] -матрица давлений; {(2} - вектор узловых тепловых потоков; - вектор узловых массовых потоков; {<3° } - век-

тор внутренних тепловых источников; {Н} - вектор сил тяжести и эффектов перекачивания (вектор гидравлического напора).

Расчет перемещений и концентрации напряжений в элементах конструкций сводится к определению компонентов векторов перемещений точек тела

{Д }=•{«, г, (24)

деформаций

и напряжении

п ( 1 1 1 Г

И = - 2 У*у> 2 ^ ■'2Г™1

(25)

(26)

2 л>'2 у"2

В статической задаче компоненты вектора напряжений должны удовле творять уравнениям равновесия

дх ду

дт

' я ' л 02

... Зст„ Зг,„

=0 (27)

дх ду дг ' -+-+--

дх ду дг £

где р1(, ру , - компоненты вектора массовых сил. Три других уравнения равновесия в виде сумм моментов внутренних сил относительно координатных осей приводят к известным условиям парности касательных напряжений тху = тух, т>2 = т2>„ = тХ2 .

Система разрешающих уравнений МКЭ для осесимметричной задачи имеет тот же вид, что и для объемной, то есть

}={/>}, (28)

Здесь: [А'] - матрица жесткости; ус | - сектор перемещений; {р} - вектор внешних сил.

Природа внешних сил может быть различной - от механических усилий до электродинамических сил. Кроме того, вектор деформаций связан через коэффициент линейного расширения с температурой

1 1 0}Г. (29)

Здесь: а - коэффициент линейного температурного расширения; ДТ - перепад температур.

Для различных индукционных нагревателей может быть значимой та или иная комбинация задач: при нагреве гофрированной вставки сопла турбины или при непрерывном нагреве взрывателей используется совместная постановка электромагнитной задачи и задачи упругой деформации; при нагреве дисков турбин при термоциклических испытаниях, а также при монтаже и демонтаже применяется тепловая модель и модель упругой деформации. В первом случае формулировка будет похожа на (22)

0

иЕ

Ке 0

0

КА

(30)

Для задачи термоупругой деформации постановка будет аналогична (23)

С

Г п

1° о

г

о

К'

(31)

и зависимости от вида анализа той или иной составляющей связанней

модели в формулировке может иметь место или отсутствовать динамическая составляющая, отражаемая наличием матрицы демпфирования [с].

Таким образом, рассмотренные комбинации связанных моделей (22), (23), (30), (31) имеют одинаковую структуру, хотя могут отличаться набором компонент для разного вида анализа. В общем виде формулировка двухсвязных задач имеет вид

0

_ о см

Исследования, представленные в работе дают возможность построить и модель с большим числом компонент, но, во-первых, необходимость этого редко встречается, а, во-вторых, размерность задачи возрастает настолько значительно, что даже для сравнительно небольших областей становятся несоизмеримыми важность задачи и требования к ресурсам.

В работе в качестве программного обеспечения использованы как готовые программные продукты АШУБ, РЕМЬАВ, ЕЬСиТ, так и различные модификации конечно-элементной тепловой модели для осесимметричной области ЗАЛСИЛЫ, РЯОССЦЛЫ. Последние особенно эффективны при моделировании совместного функционирования тепловой модели и систем управления с произвольной размерностью векторов управления.

В третьем разделе рассматриваются вопросы построения алгоритмов и методик интегрированного проектирования конструктивных и режимных параметров систем индукционного нагрева различных объектов с неоднородными физическими свойствами. Учитывая размерность моделей, одними из главных проблем являются значительные требования к вычислительным ресурсам и времени счета. На решение этих проблем при поиске оптимальных конструкций н режимов направлены усилия по созданию эффективных способов взаимодействия различных математических моделей и вычислительных процедур.

Для рассматриваемого класса объектов задачей индукционного нагрева является формирование заданного пространственного температурного распределения. К температурному распределению в указанных областях могут предъявляться различные требования и задаваться различные законы, но иногда заранее характер распределения неизвестен, и его предстоит определить в ходе поиска наилучшего варианта системы нагрева. Учитывая сказанное, можно следующим образом сформулировать комплексную задачу оптимального проектирования конструктивных и режимных параметров системы индукционного нагрева: Необходимо найти такие значения параметров основных проектных характеристик системы индукционного нагрева, которые при ее последующем функционировании в оптимальном режиме обеспечивают достижение экстремального значения выходных критериев эффективности в

и" пк

К" О

К

ил и

м

(32)

условиях заданных ограничений и требований к конечному температурному состоянию объекта нагрева. Данная формулировка приводит к необходимости многократного решения поисковых задач для электромагнитных и тепловых процессов. Таким образом, достижение оптимума решения обеспечивается применением интегрированного проектирования конструктивных и режимных параметров системы индукционного нагрева.

Задача проектирования индукционного нагревателя должна решаться с учетом множества факторов.

Векторный критерий оптимальности составляется из наиболее значимых компонент

j = {jvj2,..jn}^0pt (34)

Здесь в качестве критериев рассматриваются быстродействие, расход энергии, КПД, стоимость оборудования, расходы на эксплуатацию и др. Кроме критериев в постановке присутствуют функциональные ограничения, накладываемые источниками питания, технологией и безопасностью. В качестве одного из ограничений принято допустимое отклонение от заданного распределения внутренних источников тепла.

\tV3(r,x) - W(r,x)\ < ¿г; (35)

Для поиска оптимального варианта возможно использование процедур, таких как методы многомерного поиска без использования производных, методы многомерного поиска, использующие производные, и методы, использующие сопряженные направления и др.

Перечисленные методы имеют свои преимущества и недостатки. Выбор часто определяется предпочтениями разработчика, а также наличием встроенных алгоритмов оптимизации в программы расчета. Например, в программу Elcut встроен метод Нелдера-Мида.

Как отмечалось выше, перечисленные критерии качества не всегда удобно объединять в общей постановке оптимальной задачи. Гораздо удобнее разделить задачу на два этапа. На первом этапе производится оптимизация конструктивных параметров, обеспечивающих оптимум по таким критериям как КПД, коэффициент мощности, стоимость оборудования.

Fl(JhJ1,.Jm)^opt (36)

В качестве ограничения выступает условие (35) или аналогичное, например, отклонение распределения сил, деформаций от заданных функций распределения.

На втором этапе целью является достижение оптимума экономических показателей

F2(JvJ2,.Jm)->opt (37)

Использование раздельных процедур позволяет снизить размерности моделей и, что более важно, число точек поиска.

Достижение максимальной эффективности алгоритма интегрированного

проектирования обеспечивается применением процедур синтеза оптимального управления. Рассматриваемые в работе объекты отличаются видом моделей - стационарные и нестационарные. В зависимости от этого используются различные алгоритмы синтеза систем управления. Для объектов, описываемых стационарными моделями, поиск управления осуществлен в классе релейных функций. Задача поиска состоит в определении числа N, протяженности участков постоянства Li и уровня мощности Pi с учетом накладываемых ограничений на максимально допустимые значения температуры т(х,г)<тд0п . В качестве поисковых процедур используются перечисленные

выше методы многомерного поиска.

Для объектов, описываемых нестационарными моделями, осуществляется синтез систем автоматического регулирования.

Исходная система с распределенными параметрами (СРП), описываемая уравнениями (19) - (21), преобразуется в систему с сосредоточенными параметрами (ССП). С учетом замены конечной разности по времени на дифференцирование выражение (20) примет вид:

(38)

at

Здесь приняты следующие обозначения:

М=|]=[сШ [Ф^ЧсГ- (39)

Уравнение (38) дополняется начальными условиями

М'о)}=Ио- (40)

Дальнейшие действия направлены на применение теории оптимального управления для ССП для синтеза оптимальной замкнутой системы управления.

Тогда модель динамики управляемого процесса в пространстве состояний задается системой:

х = Ах+'Ви, x(tQ) = XQ (41)

где x = T3a^(t) — T¿оп, Тзад(0- заданное температурное распределение; ^доп ' допустимая температура нагрева, u-Q- управляющее воздействие Требуется обеспечить достижение заданного целевого состояния х^ - 0 с наименьшими возможными затратами ресурса управления. Качество управления определяется квадратичным критерием вида

l[u(t)]=\/2xTSfx\t +1/2 J (xTFx + uTEu)dt (42)

1 0

Матрицы динамики A(t),B(t) в общем случае зависят от времени, весовые

матрицы Sr,F(t) симметричны и положительно полуопределены, а весовая матрица E(t) симметрична и положительно определена.

С помощью преобразования Риккати получается так называемое уравнение Риккати

S=-SA-ATS + SBE~XBTS-F, s{tf)=sf. (43)

Граничное условие для S получается непосредственно из сравнения (41) и (43). На основе решения (44) определяется оптимальный закон управления с обратной связью по состояниям, или просто оптимальный регулятор

u{t) = -K(t)x(t) (44)

K{t)= E~XBTs(t) (45)

Этот регулятор минимизирует критерий (43) на траекториях системы (41).

Взаимодействие двух этапов осуществляется с помощью промежуточных процедур, позволяющих формализовать требования к задачам и отразить результаты с помощью графического интерфейса.

Рассмотренные задачи интегрированного проектирования конструкции индукционного нагревателя более эффективны при совместном использовании моделей электромагнитных, тепловых, гидравлических и других процессов. Для этого разработан алгоритм итерационного решения указанных задач с улучшением требуемых показателей на каждом шаге (рис.2).

Показано, что в частных случаях допустима декомпозиция общей математической модели, включающей связанные электромагнитные, тепловые и гидравлические модели.

В четвертом разделе рассматриваются вопросы математического моделирования процессов и интегрированного проектирования систем косвенного индукционного нагрева движущихся жидких сред.

Процесс нагрева исходного продукта в системе «индуктор-труба-жидкость» рассматривается как часть технологических процессов, таких как производство строительных мастик на основе • битума, или перекачивание нефти, мазута по трубопроводам. Технологическая схема производства строительных мастик включает подготовку исходных компонентов и смешение битума с наполнителем и добавками при непрерывном нагреве в теплообмен-ном аппарате до температуры 160-180°С. При этом на процесс нагрева накладываются ограничения по максимальной температуре, равной 180 градусов, для нагреваемой жидкости, так как перегрев битума выше предельно допустимого значения ведет к образованию кокса на стенках трубы. При подогреве нефти температурное ограничение находится на уровне 90 градусов. За основной технологический параметр рассматриваемой системы принимается температурное распределение в движущемся потоке жидкости, нагреваемой посредством теплопередачи от металлической стенки трубы.

|Т3<Х)-Т(*)|<*

< Тл

Рис.2. Алгоритм интегрированного проектирования конструктивных режимных параметров индукционных нагревателей

Передача тепла от стенки трубы в поток жидкости рассчитывается с помощью связанной термогидравлической модели, содержащей рассмотренную выше тепловую модель и гидравлическую модель Навье-Стокса по расчету скоростей движущегося потока жидкости.

Вязкость является функцией температуры.

Схема теплообмена для одной секции нагревателя, принятая при решении задачи теплопроводности в исследуемой системе тел, представлена на рис.3.

Согласно представленной схеме, за счет внутренних источников тепла ^виутр\^внутр2' создаваемых вихревыми токами, происходит нагрев труб, от

которых тепловые потоки направляются в движущуюся жидкость и

окружающую среду (</3).

Я . Е-Т=Т

1 1 БХ

О X X

Рис. 3. Схема теплообмена

Математическая модель для термогидраЕлических процессов рассматриваемой задачи может быть представлена системой уравнений вида

й- (0)

КV. М"

Общая система уравнений дополняется эмпирическими зависимостями вязкости, плотности, удельной теплоемкости жидкости, коэффициентов теплопроводности, теплопередачи и других величин от температуры.

Для решения задачи тепломассопереноса в указанной постановке разработаны вычислительный алгоритм и программа, которая содержит три расчетных блока - электрический, гидродинамический и тепловой. Приведен алгоритм решения комплексной задачи, включающей расчет электромагнитных источников тепла, расчет распределения скоростей по радиусу потока, расчет температурных полей с учетом всех нелинейных зависимостей.

Общий алгоритм электротеплового расчета основывается на сопряженном численном решении дифференциальных уравнений электромагнитных и

22

тепловых процессов.

Для практических целей, как правило, достаточно знать осредненные характеристики движения, которые могут быть получены путем осреднения уравнений но некоторому малому интервалу времени Т.

Задача совместной оптимизации конструкции индукционной системы и режима нагрева заключается в минимизации суммарных энергозатрат и габаритов системы. Последний критерий идентичен времени нагрева при фиксированной скорости движения.

Процедура поиска оптимальной системы нагрева строится с учетом некоторых специфических особенностей данного объекта. На рис.4 представлено распределение мощности для многосекционной системы нагрева, обеспечивающей использование релейного управления нагревом благодаря введению участков выравнивания температуры за счет перемешивания.

л

I-

о о г

о

Рис.4 Распределение мощности по длине нагревателя жидкости

Задача оптимизации системы индукционного нагрева движущихся жидкостей рассматривается для стационарного режима, поэтому используются стационарные модели тепловых и гидравлических процессов, а задачей поиска конструктивных и режимных параметров является определение на базе термогидравлической модели длины зон перемешивания, количества, длины и уровня мощности секций нагревателя, обеспечивающих минимум функционала (49).

Ограничениями в задаче оптимизации служат максимально допустимое значение температуры, максимальное значение суммарного перепада давления, технологичность изготовления и ремонтопригодность.

В результате поиска параметров индукционной системы был принят вариант с использованием немагнитной стали в качестве материала для внешней трубы, в то время как для внутренней использовалась обычная ферромагнитная сталь. Это позволило увеличить эффективную площадь теплообмена при минимальных габаритах.

В пятом разделе решаются проблемы математического моделирования и интегрированного проектирования для объектов, имеющих сложную составную структуру и неоднородные физические свойства.

В оборонной промышленности в рамках конверсии разработана новая

(47)

.1

длина нагревателя

технология утилизации различных видов боеприпасов, использующая индукционный нагрев, как наиболее эффективный и экологически чистый способ выплавки взрывчатого вещества из корпусов снарядов, обеспечивающий возможность его повторного использования в строительстве, горнодобывающей и других отраслях производства. В этой области применения индукционного нагрева преимущества последнего позволяют создать конкурентно способные установки стационарного или передвижного типа для утилизации артиллерийских снарядов. При индукционном нагреве передача электроэнергии непосредственно в нагреваемое изделие позволяет осуществить прямой глубинный нагрев корпуса, тем самым значительно увеличив производительность по сравнению с другими способами расснаряжения, например, вымывание паром или расплавленным парафином.

При решении проблемы создания универсальной конструкции индукционного нагревателя, способной удовлетворить требования технологии, сталкиваются с необходимостью решения задач оптимального проектирования и управления системами с распределенными параметрами. Задача оптимизации при этом сводится к минимизации выбранного функционала в условиях большого числа ограничений.

Среди ограничений особое значение имеет недопустимость перегрева корпуса снаряда и наполнителя выше определенной температуры, а также скорости нарастания температуры, так как это чревато возможностью взрыва.

т{х,г,()<ттах. (48)

Некоторые из описанных критериев могут быть удовлетворены в одной конструкции. Ряд других требований, как правило, противоречив и необходимо компромиссное решение.

Особенность технологического процесса выплавки является необходимость обеспечения свободного вытекания расплавленной массы из горловины. Для этого нужен постоянный градиент температур от донной части корпуса к горловине. Выбор приемлемого распределения объемной мощности (рис.5) обеспечивается в ходе задачи оптимизации конструктивных параметров.

Исследования температурных полей системы «корпус изделия - наполнитель» на цифровой модели показали, что при толщине корпуса 10 мм перепад температуры по толщине стенки корпуса к моменту выхода на предельно допустимое значение температуры поверхности (130 °С) не превышает 20 °С.

Моделирование замкнутой системы автоматического регулирования температуры в динамике для различных точек сечения корпуса позволило установить, что температуры на внешней и внутренней поверхностях корпуса снаряда колеблются с амплитудой, не превышающей 8 °С.

дщща дуга, мм

Рис. 5. Диаграммы распределения объемной мощности на боковой поверхности снаряда: 1 - для индуктора с четырьмя слоями по краям; 2 - для индуктора с четырьмя слоями на левом краю и тремя на правом; 3 - для индуктора с четырьмя слоями на левом краю

При решении задачи синтеза системы управления использован алгоритм построения оптимального регулятора. Для улучшения наблюдаемости системы решена проблема определения точек контроля температуры.

Общая задача интегрированного проектирования рассматриваемых ниже систем индукционного нагрева дисков для монтажа и демонтажа, взрывателей для уничтожения и сопел двигателей для разборки содержит частные задачи оптимизации конструкции и синтеза программного управления.

Общей целью оптимизации рассмотренных нагревателей является минимизация приведенных затрат, а частными критериями на первом этапе служат максимум КПД. Как отмечалось выше, в роли ограничений на первом этапе выступают отклонения от заданных распределений мощности или температуры (для задачи демонтажа дисков).

Очень эффективным применением электротехнологии с точки зрения производительности является индукционная система для утилизации взрывателей

Одним из распространенных вариантов конструкции индуктора для нагрева цилиндрических изделий является однослойный индуктор с равномерным шагом намотки. Основной недостаток подобного типа индукторов заключается в сложности достижения требуемой равномерности нагрева при переменном сечении изделия, что в конкретном случае не является важным.

Основным способом определения эффективности той или иной конструкции индуктора и выбора его параметров является математическое моделирование с последующей экспериментальной проверкой натурального образца. Это трудоемкий и дорогостоящий способ, однако, в ряде технологических ситуаций он является необходимым. К таким технологиям относится процесс утилизации специальных изделий.

В процессе исследования разных типов взрывателей было принято два варианта систем индукционного нагрева. Первый вариант, содержащий цилиндрический индуктор, позволяет обеспечить минимизацию энергозатрат процесса нагрева корпуса взрывателей до температуры детонации. Предварительные процедуры позволяют механическим способом снять часть корпуса вместе с взрывчатым веществом, что предотвращает повреждение индуктора несмотря на небольшие зазоры между индуктором и загрузкой.

Второй вариант представляет собой индуктор, состоящий из двух шин, вдоль которого движутся на конвейерной ленте установленные в специальные подставки взрыватели. Довольно значительная масса взрывчатого вещества создает взрывную волну, способную повредить конструкцию индуктора, если не обеспечить достаточные расстояния между шинами и корпусами взрывателей. Такой способ нагрева отличается меньшей энергетической эффективностью и большей стоимостью оборудования, но большей производительностью и надежностью конструкции, ровным режимом работы источника питания.

Сложная форма и небольшие размеры уничтожаемых взрывателей в сочетании со значительным изменением магнитной проницаемости на небольших расстояниях требуют применения связанных электротепловых математических моделей, что усложняет не только саму процедуру совместного решения, но и затрудняет применение алгоритма поиска оптимизации конструктивных и режимных параметров.

Формирование желаемых распределений мощности внутренних источников в качестве задания при поиске оптимальной конструкции зависит от расположения участков с взрывчатым наполнителем. Для некоторых конструкций необходим одновременный нагрев до температуры детонации всех участков с наполнителем, а в других конструкциях достаточно подогрева одного участка, чтобы уничтожить весь взрыватель.

Аналогичные исследования проведены для индукционной системы не-

прерывного нагрева. Особенностью разработанной конструкции является наличие на выходе участка, где нагрев корпусов осуществляется потоком излучения от специального защитного стального кожуха. Таким образом, имеет место комбинированная система нагрева.

Математической моделью для данного класса задач служит система

В работе решены задачи разработки и исследования устройств индукционного нагрева для процессов демонтажа и монтажа конструкций роторов газотурбинных двигателей при ремонтно-восстановительных работах.

Ряд технологических операций, такие, как, например, выпрессовывание втулки с диска, выпрессовывание диска, установка диска на вал после ремонта, установка втулки на диск и ряд других выполняется с предварительным подогревом до определенной температуры.

При нагреве деталей в процессе демонтажа и последующих монтажных работ необходимо выполнить ряд требований. К ним относятся технологические (температурное распределение, термонапряжения и деформации в заданных точках), энергетические (расход энергии) и требования, обусловленные минимизацией массогабаритных показателей нагревательных устройств. Скорость нагрева и конечная температура должны обеспечить достаточное смещение для съема деталей при демонтаже и свободную посадку при сборке узлов. Возникающие при этом термонапряжения не должны превышать допустимых значений, которые могут привести к деформации детали или появлению микротрещин. Затраты на нагрев деталей должны быть минимальными.

Разработан алгоритм поиска конструкции индукционной системы, обеспечивающей наилучшие энерготехнологические характеристики индукционной системы. Исследованы параметры и характеристики различных вариантов конструкций и режимов индукционных нагревателей, использующих различные частоты от 50 Гц до 8000 Гц.

Нагрев индукторами разных радиусов приводит к различному теплосодержанию диска. В работе получена зависимость теплосодержания диска от радиального размера индуктора и ширины нагреваемой зоны. Полученная зависимость позволяет определить радиальный размер индукторов, обеспечивающих минимальный расход энергии на неизбежный нагрев полотна и обода диска. По результатам исследований предложена конструкция индукционного нагревателя для нагрева ступицы диска перед напрессовкой на вал, обеспечивающая создание заданных смещений при минимальных энергозатратах.

Определение конструктивных и режимных параметров систем индукционного нагрева дисков производилось на базе нестационарных моделей теп-

(49)

ловых процессов. Для съема диска разработано • одноинтервальное управление, а для съема-двухинтервальное.

В рассмотренной задаче интегрированного проектирования конструктивных и режимных параметров система индукционного нагрева сопел для их разборки использованы трехмерные модели электромагнитных, тепловых и термоупругих процессов. Для повышения эффективности разборки предусмотрено комбинированное воздействие на спаянные компоненты: расплавление припоя, электродинамические силы и постоянное растягивающее усилие. Таким образом, в качестве искомых оптимальных параметров выступает целый набор заданных распределений помимо энергетических и конструктивных характеристик.

Для задачи разборки сопел двигателей модель содержит электромагнитную, тепловую и прочностную компоненты, для задачи монтажа и демонтажа дисков - тепловую и прочностную, для утилизации боеприпасов - электромагнитную и тепловую.

В шестом разделе рассматривается комплекс задач, связанных с построением математических моделей электротепловых процессов, поиском оптимальных конструкций и режимов работы систем индукционного нагрева дисков на стенде разгонно-циклических испытаний

Стенд разгонных и термоциклических испытаний (РЦИ) предназначен для определения различных характеристик изделий путем воспроизведения реальных механических и тепловых нагрузок дисков турбоагрегатов авиационных двигателей в различных режимах во время эксплуатации.

Стенд содержит бронекамеру, в которой на валу крепится испытуемый диск, а также системы нагрева, охлаждения, вакуумирования, привод вращения, систему управления.

По обе стороны диска на траверсах закреплены индукторы, питающее напряжение и охлаждение к которым подводится через несъемную верхнюю крышку.

Разнообразие форм дисков и нагреваемых поверхностей предопределяет множество конструкций индукционных нагревателей. Нагрев наружной поверхности обода и внутренней поверхности полой ступицы эффективно осуществляется соленоидальных индукторами без магнитопроводов. Для нагрева широкого полотна диска возможно применение индукторов с магнитопрово-дом, а также кольцевых индукторов. Анализ этих конструкций показал, что второй тип индуктора предпочтительнее, так как позволяет подвести большие значения мощности и обеспечивает более равномерные температурные поля, хотя и несколько уступает в значениях КПД и коэффициента мощности.

Таким образом, наиболее приемлемой конструкцией для нагрева полотна диска является плоский кольцевой индуктор. Для повышения равномерности нагрева и создания возможности регулировать величину температурного гра-

диента были проведены исследования на цифровых моделях, а также эксперименты на имитационном стенде.

Итогом исследований явилось создание нового способа индукционного нагрева, защищенного авторскими свидетельствами. В основу предложенного способа нагрева заложены две идеи. Для обеспечения равномерности нагрева необходимо поддерживать постоянство величины объемной плотности мощности при изменении радиальной координаты. Решение этой проблемы было найдено путем создания индуктора с переменным радиусом кривизны.

Кроме индуктора с переменной кривизной способ нагрева содержит и такое решение, как изменение наклона индуктора относительно плоскости диска, что обеспечивает создание регулируемого градиента температур вдоль радиальной координаты диска (рис.6).

Применение группы индукторов приводит к созданию неравномерного распределения мощности внутренних источников вдоль радиальной координаты диска, что затрудняет воспроизведение равномерных температурных градиентов. Решение этой проблемы достигается за счет учета двух факторов: влияние температуропроводности на локальные градиенты температур и регулирование мощности индукторов сепаратными каналами.

В постановке тепловой задачи имеют место граничные условия, отражающие несколько видов теплообмена, меняющихся на разных этапах термо-циклирования. На этапе нагрева в условиях низкого давления преобладает теплообмен излучением, а на этапе охлаждения более значимым становится конвективный теплообмен при регулируемых в широком диапазоне коэффициентах теплообмена на различных участках.

Целью задачи оптимизации конструкции и является снижение времени и энергозатрат при проведении испытаний:

В качестве ограничений здесь выступает допустимое отклонение температурного распределения от заданного.

На первом этапе, то есть при проектировании конструкции, дополнительным ограничением служит уменьшение магнитной связи между соседними индукторами, что, с одной стороны, препятствует снижению КПД за счет исключения переноса мощности, а с другой стороны, ускоряет процедуру поиска оптимального варианта путем отбрасывания заведомо проигрышных вариантов взаимного расположения индукторов.

На втором этапе задачи оптимизации, то есть при поиске режима нагрева, или уровня мощности и настроек системы управления, в качестве ограничения служит запрет на включение системы охлаждения на этапе нагрева диска. Аналогично, при проектировании системы воздушного принудительного охлаждения, на этапе охлаждения нежелательно включение системы нагрева

(50)

о

для выравнивания температурных распределений. Как уже отмечалось выше, решение этой проблемы достигается не только за счет оптимальных настроек системы управления, но и за счет согласования скорости нагрева и температуропроводности материала диска.

радиус, м

Рис. 6 Диаграммы распределения плотности для различных индукторов: 1 - круговой индуктор; 2 - круговой индуктор со смещением оси и наклоном 10 ; 3 - овальный индуктор; 4 - овальный индуктор, поднятый над ступицей с наклоном 10°.

Важной задачей является разработка системы индукционного нагрева для ремонтных технологий дисков турбокомпрессоров.

Рассмотрены варианты конструктивных решений систем индукционного нагрева диска или его части. Выполнены расчеты для трех вариантов конструкции индуктора: цилиндрического индуктора, охватывающего весь диск, щелевого индуктора, охватывающего сегмент зубцовой части диска, и плоского индуктора с магнитопроводом, расположенного над зубцовой зоной диска.

Выполнен расчет и анализ систем индукционного нагрева диска в процессе термоупрочнения для стандартного ряда частот в диапазоне 50-8000 Гц. Как следует из полученных результатов, выбор рабочей частоты зависит от многих факторов. Так, при одновременном нагреве всех выступов в цилиндрическом индукторе, охватывающем весь диск, решение должно быть принято в пользу промышленной частоты. При этом достигается максимальная производительность, но одновременно увеличивается мощность однофазной

нагрузки, что может привести к существенной несимметрии питающей сети. Кроме того, усложняется проблема одновременного охлаждения всей зубцо-вой зоны диска, так как в этом случае требуется спрейерное устройство большой мощности, целесообразность применения которого может быть экономически оправдана только при массовых заказах.

Рассмотрены вопросы проектирования системы нагрева кольцевых изделий перед раскаткой.

Технологический процесс производства колес и бандажей включает в себя комплекс операций по нагреву заготовок в газовой печи, осадке и обжатию на прессах, транспортировке, прошивке отверстий, и последующей горячей раскатке кольцевых заготовок. Температурное поле заготовки после всех рассмотренных операций становится неравномерным, на краях наблюдается недопустимое переохлаждение, что неминуемо ведет к браку в ходе завершающей операции - раскатки. Для устранения этого положения в технологическую линию дополнительно вводится система индукционного нагрева, основная задача которой состоит в том, чтобы обеспечить требуемое распределение температуры по всему объему изделия за заданное время в условиях ограниченной вариации начального температурного распределения перед подогревом и тепловых потерь.

Для проведения исследования и моделирования режимов теплообмена технологический процесс делится на отдельные этапы по операциям, на которых геометрические размеры заготовки неизменны. Для каждой поверхности определяются коэффициенты а и С„р на операциях технологического процесса.

Математическая модель тепловых процессов на разных этапах транспортировки, деформации и подогрева заготовки колеса имеет значительные вариации.

Максимальный эффект от оптимального управления достигается при совместной оптимизации конструктивных и режимных параметров.

Частными критериями являются минимизация энергозатрат и времени нагрева, чтобы не нарушить ритм технологической линии.

J = kxtj + к2 J Pdt - min. (51)

О

Решение достигается путем определения необходимого распределения мощности вдоль поверхности заготовки и выбора параметров управления во времени.

Поиск необходимого пространственного распределения мощности и соответствующей конструкции индуктора опирается на исходные распределения температуры вдоль радиальной координаты заготовки на поверхности и на глубине, соответствующей толщине выступа.

При оптимальном проектировании конструкции нагревателя в качестве

параметров рассматривались частота тока, плотность намотки и ширина ка--тушек индуктора, величина заглубления заготовки в индукторе и его тепловая изоляция.

Оптимальным вариантом является индуктор, питающийся током частотой 50 Гц, с дополнительными витками, наложенными на основную катушку по периферии кольцевой заготовки, что позволяет усилить поле в этой зоне т сформировать требуемое распределение мощности вдоль радиальной координаты колеса (рис.7).

Рис.7. Распределение мощности для оптимального варианта индуктора

Наличие существенного разброса в начальном распределении температур и параметрах заготовок перед индукционным подогревом обусловливает задачу попадания в интервал температур с минимумом энергозатрат. Учитывая этап транспортировки заготовки между индуктором и прессом, управляющее воздействие выбрано двухинтервальным. Результирующее распределение температуры после подогрева соответствует заданным требованиям

В седьмом разделе рассмотрены вопросы реализации индукционных систем для различных технологических установок

В результате исследований была спроектирована система индукционного нагрева для стенда разгонных и термоциклических испытаний дисков турбоагрегатов. Технические решения защищены множеством авторских свидетельств, в числе которых восемь с участием автора.

Для расснаряжения снарядов была разработана установка для одновре-

32

менной выплавки наполнителя из двенадцати снарядов, прошедшая опытно-промышленные испытания.

На основании полученной оптимальной конструкции индукционного нагревателя были спроектированы две установки периодического и непрерывного действия для уничтожения огневой цепи взрывателей.

Разработанные алгоритмы и система автоматического управления режимами нагрева битума были использованы при разработке конструкции индукционного нагревателя непрерывного действия для установок приготовления строительных мастик.

Для выполнения комплекса ремонтно-восстановительных работ дисков турбокомпрессоров были разработаны системы индукционного нагрева для термоупрочнения, а также для монтажа и демонтажа дисков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации поставлена и решена акгуальная научно-техническая проблема в области электротехнологии, имеющая важное народно-хозяйственное значение, заключающаяся в разработке методик, математических моделей, конструкций индукторов и устройств для определения и обеспечения эффективных режимов и параметров систем индукционного нагрева изделий при технологических процессах и прочностных испытаниях, позволяющих повысить производительность электротермических установок индукционного нагрева и качество продукции.

В работе получены следующие основные научные результаты:

1. Предложен алгоритм интегрированного проектирования систем индукционного нагрева для специализированных электротехнологических установок, позволяющий эффективно использовать математические модели различных процессов в процедурах поиска оптимальных конструктивных и режимных параметров. Разделение общей задачи оптимизации на два этапа позволяет за счет корректировки требований к заданному распределению источников тепла ускорить процедуру решения задачи.

2. Разработанные комплексы математических моделей для электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов обеспечивают высокую точность расчетов с учетом пелинейностей и взаимных связей. Приведены рекомендации по выбору видов моделей (стационарная, нестационарная, линейная, нелинейная) для различных комбинаций и размерности, обеспечивающим точность расчета, приемлемое время решения и сходимость вычислительного процесса.

3. Разработанная методика интегрированного проектирования систем индукционного нагрева позволяет использовать комплекс вычислительных программных средств для решения задач конструирования и поиска режимов работы путем взаимодействия отдельных пакетов и применения как встроенных функций параметрической оптимизации, так и создания собственных алгоритмов.

4. Получены с использованием пакета программ результаты расчета температурных распределений и тепловых потоков в системе «корпус снаряда -наполнитель», позволяющие обеспечить высокую производительность системы выплавки при исключении перегрева. Конструктивные параметры, уровень мощности, функция распределения источников тепла и точки контроля температуры для системы управления были найдены в ходе интегрированного проектирования.

5. Получены с использованием пакета программ результаты расчета температурных распределений и тепловых потоков в диске при моделировании термоциклических испытаний. В ходе проектирования были получены конструктивные параметры системы индукторов, уровни мощностей, функции распределения источников тепла и точки контроля температуры для системы управления.

6. Разработано и внедрено индукционное устройство и система управления для специализированных индукционных установок для расснаряжения боеприпасов.

7. Разработаны индукционное устройство и система управления подогрева вязких жидкостей перед транспортировкой

8. Разработано и внедрено индукционное устройство и система управления для термоциклических испытаний дисков турбоагрегатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ, РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК РОССИИ

1. Базаров A.A. Разработка системы индукционного нагрева колес перед раскаткой с минимальными энергозатратами// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. -2002. -№15. -С. 151-155.

2. Базаров A.A. Синтез замкнутой системы управления для объекта с распределенными параметрами// Вестник СамГТУ. Сер. Физико-математические науки. - 2002. - №16. - С. 212-215.

3. Bazarov A. The system of optimum control over induction heating bodies with a composite geometrical shape// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. - 2004. -Спец. вып.2. - С.30-34.

4. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зиннатуллин Д.А. Исследование электромагнитных и тепловых полей в установке технологического нагрева нефти// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. -2004. - № 24. - С.152-159

5. Базаров A.A. Система индукционного нагрева движущейся жидкости// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. - 2005. - №37. - С. 12-17.

6. Базаров A.A. Моделирование процесса теплопроводности для задач синтеза систем управления в среде MATLAB// Вестник СамГТУ. Сер. Техни-

ческие науки. - 2005.- № 33. - С. 7-11.

7. Базаров A.A., Головачев A.JI., Данилушкин А.И., Парамонов Ю.М. Индукционная установка для термопластического упрочнения дисков газовых турбин//Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки.-2005. -№37. - С.17-23.

8. Базаров A.A., Базир H.A. Разработка программы численного расчета температурных полей движущихся заготовок// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. -2005. -№37. - С. 23-26.

9. Базаров A.A., Лютахин Ю.И. Численное моделирование нестационарного теплообмена тороидальных неоднородных электромагнитных элементов// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. -2005. -№37. - С. 97-103

10. Базаров A.A., Базир H.A., Зимин Л.С. Построение численной модели нестационарного теплообмена цилиндрических заготовок при индукционном нагреве// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. -2007. -№2 (20). -С.181-183.

11. Базаров A.A., Базир Н.А, Зимин Л.С. Оптимизация систем индукционного нагрева по расходу электроэнергии// Известия ВУЗов «Электромеханика». -2007. -Спец. выпуск. - С.74.

12. Базаров A.A., Латыпов P.P. Особенности систем электроснабжения на специальных испытательных стендах// Известия ВУЗов «Электромеханика». -2007. -Спец. выпуск. - С.79-80.

13. Базаров A.A., Данилушкин А.И, Латыпов P.P. Расчет индукторов для систем индукционного нагрева дисков и формирования механических колебаний в процессе испытаний// Электротехника. -2008. -№8.-С.34-38

14. Базаров A.A., Данилушкин А.И, Никитина Е.А. Моделирование и расчет внутренних источников тепла в трехфазном индукторе с вращающимся магнитным полем// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. -2009 г., №2 (24).-С. 120-127.

АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА

15. Ас. № 1288523 Устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях/ Базаров A.A., Данилушкин АИ., Макаровский Л .Я. - 1987. -Опубл. в Бюл. №5.-4 с.

16. A.c. №1343566 Устройство для индукционного нагрева изделий/ Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С., Зубов В.И., Морозов А.П.. - 1987,-Опубл. в Бюл. №37. - 3 с.

17. A.c. №1365372 Установка для непрерывного индукционного нагрева/ Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С., Рапопорт Э.Я. - 1988. - Опубл. в Бюл. №1. - 3 с.

18. A.c. №1399896 Способ индукционного нагрева кольцевой зоны плоского изделия/ Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С., Рапопорт Э.Я., Сипухин И.Г. - 1988. - Опубл. в Бюл. №20. - 3 с.

19. A.c. №1422406 Индукционная нагревательная установка/ Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С., Морозов А.П., Осипов B.C. -1988. -

Опубл. в Бюл. №33.-4 е.-

20. A.c. №1456814 Стенд для термоциклических и разгонных испытаний дисков турбоагрегатов/Базаров A.A., Данилушкин А.И., Котенев В.И., Осипов B.C. -1989. - Опубл. в Бюл. №5.-5 с.

21. A.c. №1483313 Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин JI.C., Рапопорт Э.Я./ Устройство управления термоциклическими испытаниями дисков турбоагрегатов на разгонных стендах. -1989. - Опубл. в Бюл. №20. - 8 с.

22. A.c. №1502974 Устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях/ Базаров A.A., Данилушкин А.И., Рапопорт Э.Я., Кохановский В.Д.- 1989. - Опубл. в Бюл. №31.-4 с.

23. A.c. №1677879 Индукционная нагревательная установка/ Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин JI.C. - 1988. - Опубл. в Бюл. №20. - 3 с.

24. A.c. №; 1805295 Устройство для виброиспытаний вращающихся колес и дисков/ Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин JI.C. - 1993. - Опубл. в Бюл. №12.-5 с.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ В ДРУГИХ ЖУРНАЛАХ, СБОРНИКАХ НАУЧНЫХ ТРУДОВ, МАТЕРИАЛАХ МЕЖДУНАРОДНЫХ И ВСЕРОССИЙСКИХ НАУЧНЫХ КОНФЕРЕНЦИЙ

25. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Синдяков Л.В., Сутягин А.Ф. Автоматизация режимов методических индукционных нагревателей// Идентификация и автоматизация технологических процессов и промышленных установок: межвуз. сб. научн. тр. / КПТИ. -Куйбышев, 1982. - С. 114-119.

26. Базаров A.A., Гурьянов Е.В., Данилушкин А.И., Котенев В.И. Разработка систем нагрева и охлаждения дисков турбоагрегатов для моделирования термоциклических нагрузок// Управление и оптимизация процессов технологического нагрева: сб. науч. трудов./ КуАИ. - Куйбышев, 1986. - С. 53-60.

, 27. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Синдяков ,Л.В. Расчет и оптимизация конструкции подвижной индукционной системы для циклического на-гружения на испытательных стендах// Алгоритмы и системы управления технологическими процессами в машиностроении: сб. науч. трудов/ КПтИ. -Куйбышев, 1986.-С. 119-122.

28. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Гурьянов Е.В., Котенев В.И. Синтез многосвязной системы управления термоциклическими испытаниями элементов конструкций турбоагрегатов// Элементы и системы оптимальной идентификации и управления технологическими процессами: сб. науч. трудов/ Тул-ПИ.-Тула, 1988.-С. 141-147.

29. Базаров A.A. Математическое моделирование многосвязной системы управления нагревом дисков турбоагрегатов// Элементы и системы оптимальной идентификации и управления технологическими процессами: межвуз. сб.

научн. тр./ ТулПИ. - Тула, 1989. - С.37-40.

30. Базаров A.A., Данилушкин А.И. Многосвязная система автоматического управления термоциклическими испытаниями дисков турбоагрегатов// Идентификация и оптимизация управляемых технологических процессов: межвуз. сб. научн. тр./ КПТИ. - Куйбышев, 1989. - С.44-47.

31. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Синдяков JI.B. Совершенствование методики и средств многофакгорных испытаний дисков турбоагегатов на специализированных стендах// Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения: тез.докл. Всесозной научно-технич. конф./КПТИ. - Куйбышев, 1989.

32. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Ерохин И.В., Синдяков Л.В. Специализированная индукционная установка для моделирования и пространственно-распределенного управления термомеханическими нагрузками роторных узлов турбоагрегатов// Применение токов высокой частоты в электротехнологии: тез. докл. XI Всесоюзн. науч.-техн. конф./ ЛЭТИ. -Ленинград, 1991.-С. 44-45.

33. Bazarov A., Zimin L., Gurinov Е., Daniluszkin A., Koteniov V., Stochniol A. Uklad sterovania obciazenies cieplnym dyskow turbin gazowich// XI KRA-JOWA KONFERECIA AUTOMATYKI. REFERATI TOM II -Bialystok-Bialowega, 1991/ -p. 88-94/

34. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С Анализ задачи пространственно-распределенного управления индукционным нагревом колец на основе структурного метода для систем с распределенными параметрами// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. -1998. -№5. -С. 115-120.

35. Базаров A.A. Синтез системы автоматического регулирования для объектов с распределенными параметрами, содержащих звенья запаздывания// Вестник СамГТУ. Сер. Физико-математические науки. - 1998,- № 6. - С. 137139.

36. Базаров A.A., Бузуев А.Н., Купцов П.В. Проектирование индукционной системы для термоциклического нагружения дисков// Состояние и перспективы развития электротехнологии (XI Бенардосовские чтения): труды международной научно-технической конференции/ Ивановский гос. тех. ун-т. 2003.-С.8.

37. Базаров A.A., Данилушкин В.А., Крылов А.Н. Синтез оптимальных алгоритмов процессом управления непрерывного индукционного нагрева ферромагнитной загрузки// Труды академии электротехнических наук Чувашской республики. - Чебоксары, 2003. - №1. - С.4.

38. Базаров A.A., Бузуев А.Н., Купцов П.В. Оптимальное конструирование системы локального индукционного нагрева// Электро- и теплотехноло-гические процессы и установки: межвузовский научный сборник/ Саратовский гос. тех. ун-т. - 2003,- С.80-83.

39. Базаров A.A. Аналоговое моделирование процесса теплопроводности

для задач синтеза управления в среде MATLAB// Математическое моделирование и краевые задачи: труды Всероссийской научной конференции/ Сам-ГТУ/ - 2004/ -С. 3 .

40. Базаров A.A., Бузуев А.Н., Купцов П.В. Разработка системы индукционного нагрева тел сложной геометрической формы// Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сборник трудов Всероссийской научно-технической конференции/ Тольяттинский гос. ун-т. - 2004. -с.84 -85.

41. Базаров A.A., Зиннатуллин Д.А. Система индукционного подогрева колес перед раскаткой// Состояние и перспективы развития электротехнологии: Материалы международной научно-технической конференции/ Ивановский гос. энерг. ун-т,- 2005. - С.13.

42. Базаров A.A., Бузуев А.Н., Купцов П.В. Решение задачи нагрева тела конической формы с использованием лучистого теплообмена// Электро- и теплотехнологические процессы и установки: сб.науч.трудов Саратовского гос. тех. ун-та. - 2005. - №2 - С.83-85

43. Базаров A.A., Данилушкин А.И. Энергосбережение при индукционном нагреве// «ЕФФЕКТИВН1СТБ ТА ЯРК1СТБ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПРОМИСЛОВИХ П1Д-ПРИЕМСТВ»: V М1Ж-НАРОДНА НАУКОВА КОНФЕРЕНЦ1Я. - Мар1уполь, Украша,2005 р. - С.315-317.

44. Базаров A.A., Данилушкин А.И, Головачев А.Л. Расчет и анализ устройств электронагрева для термопластического упрочнения дисков турбин// Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий: Труды Всероссийской науч. техн. конференции/ Уральский гос.тех. ун-т. -Екатеринбург, 2006. - С.52-56.

45. Базаров A.A., Базир H.A., Зимин Л.С. Программа численного расчета температурных полей движущихся заготовок// Математическое моделирование и краевые задачи: сб. науч. тр. III Всерос. науч. конф./ СамГГУ. -2006. -С.34-36.

46. Базаров A.A., А.Н. Бузуев. Индукционный нагрев многослойных тел// Вестник Саратовского государственного технического университета/ -2006. - №4 (19) -С.151-154.

47. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С. Математическое моделирование и оптимизация процессов индукционного нагрева многослойных тел// Проблемы управления и моделирования в сложных системах: труды VIII Международной конференции / Самарский научный центр РАН. - 2006. -С.200-205.

48. Базаров A.A., Зиннатуллин Д.А., Тершукова Е.С. Электротепловые процессы в индукционном трубчатом нагревателе жидкости// Состояние и перспективы развития электротехнологии: материалы Международной науч. техн. конференции (XIII Бенардосовские чтения)/ Ивановский гос. энергетический университет. - 2006. - С. 175-177

49. Базаров A.A. Термогидравлическая задача в системах индукционного нагрева вязких жидкостей// Математическое моделирование и краевые задачи: труды четвертой Всероссийской научной конференции с международным участием/ СамГТУ. - 2007. - 42. - С. 14-16

50. Базаров A.A., Базир H.A., Зимин J1.C. Упрощенный расчет нестационарной теплопроводности применительно к индукционному нагреву цилиндрических заготовок// Актуальные проблемы современной науки: сб. науч. тр. 3-го международного форума (8-ой международной конф.)./ СамГТУ. - 2007. -С. 125-126

51. Базаров A.A., Купцов П.В. Индукционная система для технологий разборки составных изделий//Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии:, труды II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием/ Тольяттинский гос. ун-т./ 2007/- Ч. 2,-С.165-166.

52. Базаров A.A., Базир H.A., Зимин Л.С. Минимизация времени расчетов на базе численной модели нестационарного теплообмена// Математическое моделирование и краевые задачи: труды V Всерос. науч. конф./ СамГТУ. -2008.-С. 11-16.

53. Базаров A.A., Латыпов P.P. Индукционная система для вибрационных испытаний дисков турбомашин// Ефектившсть та яюсть електропостачання промислових тдприемств: VI мижнародна науково-техшчна конф.: зб. прац. 21-23 травня 2008 р./ Мар4уполь: Вид-во ПДТУ/ - 2008. -С.374-376

54. Базаров A.A., Головачев А.Л., Данилушкин А.И. Применение индукционного нагрева для термообработки элементов и узлов турбоагрегатов. Ефектившсть та яюсть електропостачання промислових тдприемств. VI мижнародна науково-техшчна конф.: зб. прац. 21-23 травня 2008 р./ Мар1'уполь: Вид-во ПДТУ. - 2008. - С.364-367.

55. Базаров A.A., Базир H.A., Зимин Л.С. Разработка моделей процессов непрерывного индукционного нагрева для задач синтеза управления/ Ефектившсть та яюсть електропостачання промислових тдприемств: VI мижнародна науково-техшчна конф.: зб. прац. 21-23 травня 2008 р./ Mapiym^b: Вид-во ПДТУ. - 2008. - С.368-369.

56. Базаров A.A., Латыпов P.P., Семенов С.И. Индукторы для формирования колебаний дисков в процессе испытаний// Электромеханика, электротехнология, электротехнические материалы и компоненты: Труды XII Международной конференции МКЭЭЭ-2008. - Крым, Алушта, 2008. -С.236.

57. Базаров A.A., Базир H.A.. Зимин Л.С. Построение модели нестационарного теплообмена цилиндрических заготовок для задач оптимизации/. Электромеханика, электротехнология, электротехнические материалы и компоненты: Труды XII Международной конференции МКЭЭЭ-2008. -Крым, Алушта, 2008. - С.332.

58. Базаров A.A., Головачев А.Л., Данилушкин А.И., Данилушкин В.А.

Расчет и анализ щелевого индуктора для термообработки замковой зоны диска турбины// Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. - 2008. - №1(21).- С. 144-148.

59. Базаров A.A., Латыпов P.P. Автоматизация системы индукционного нагрева дисков турбоагрегатов на испытательных стендах// Электротехнология, электропривод и электрооборудование предприятий: Труды II Всероссийской научно-технической конференции/ Уфимский гос. тех. ун-т. - 2009. -С.208-211.

60. БазаровА.А., Латыпов P.P. Идентификация процессов индукционного нагрева как объектов с распределенными параметрами//Математическое моделирование и краевые задачи: Труды VI Всерос. науч. конф. 4.2: Моделирование и оптимизация динам. Систем и систем с распр. парам./ СамГТУ. -2009. -С.13-15.

Личный вклад автора. Основные научные результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в работах [1, 2, 3, 5, 6, 29], написанных лично автором. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: постановка задачи, математические модели, методические подходы, выводы [4, 7, 10, 11, 12, 13, 28, 29, 30, 38, 56]; методические подходы, выводы [8, 14, 34, 41, 42, 48]; математические модели [9, 25, 26, 27, 31, 36]. Кроме того, во всех публикациях выполнены редактирование работ при представлении их в печать и их коррекция по замечаниям рецензентов.

Разрешено к печати диссертационным советом Д 212.217.04 Протокол № 26 от 29.12.2009 Заказ № 346 . Формат 60x84 1/16. Бумага тип. №1. Отпечатано на ризографе, уч.-изд. л. 2,0. Тираж 120 экз. Самарский государственный технический университет Типография СамГТУ 443100, ['. Самара, Молодогвардейская ул. 244. Главный корпус

Введение

1 Моделирование электромагнитных и тепловых процессов в задачах 26 разработки систем индукционного нагрева

1.1 Индукционная система термомеханических и вибрационных 35 испытаний дисков и колес турбоагрегатов

1.2 Индукционный нагрев в установках утилизации боеприпасов

1.2.1 Установки периодического действия для выплавки тротила 38 из корпусов артиллерийских снарядов

1.2.2 Установки индукционного нагрева для утилизации 41 взрывателей

1.3 Индукционный нагрев кольцевых изделий перед раскаткой

1.4 Нагрев жидких неэлектропроводных материалов в 53 индукционных установках непрерывного действия

Выводы

2 Комплексные математические модели процессов в индукционных 58 системах в задачах проектирования и расчета режимов работы

2.1 Математическая модель электромагнитных процессов в 63 индукционных системах

2.2 Математическая модель тепловых процессов в индукционных 76 системах

2.3 Математическая модель гидравлических процессов движущихся 85 жидких сред

2.3.1 Вязкие несжимаемые течения

2.3.2 Турбулентные течения

2.4 Математическая модель процессов упругой деформации ( 94 Выводы

3 Оптимальное проектирование и синтез оптимальных систем 103 управления индукционным нагревом физически неоднородных сред

3.1 Методы оптимального проектирования систем индукционного 103 нагрева

3.2 Методы синтеза оптимальных систем управления 110 индукционными установками

Выводы

4 Поиск оптимальных конструктивных параметров и режима работы индукционной системы нагрева жидких неэлектропроводных материалов в индукционных установках непрерывного действия

4.1 Математическая модель электромагнитных процессов 122 индукционной системы нагрева многослойных сред

4.2 Математическая модель тепловых процессов системы 124 косвенного индукционного нагрева движущихся жидких сред

4.3 Математическая модель гидравлических процессов движущихся 130 жидких сред

4.4 Оптимальное проектирование конструкции системы косвенного индукционного нагрева движущихся жидких сред Выводы

5 Интегрированное проектирование систем индукционного нагрева в 146 задачах утилизации сложных изделий

5.1 Интегрированное проектирование системы индукционного нагрева установки по расснаряжению снарядов

5.1.1 Математическая модель электромагнитных процессов индукционной системы установки по расснаряжению снарядов

5.1.2 Математическая модель тепловых процессов установки по 152 расснаряжению снарядов

5.1.3 Оптимальное проектирование конструкции индукционного 154 нагревателя установки по расснаряжению снарядов

5.1.4 Алгоритм поиска пространственно-временных параметров 160 индукционной системы по расснаряжению снарядов

5.2 Интегрированное проектирование систем индукционного нагрева установки для утилизации взрывателей

5.2.1 Установка периодического действия

5.2.1.1 Математическая модель электромагнитных процессов 164 индукционной системы нагрева установки для утилизации взрывателей

5.2.1.2 Математическая модель тепловых процессов 167 индукционной системы нагрева установки для утилизации взрывателей

5.2.1.3 Оптимальное проектирование конструкции 169 индукционного нагревателя для утилизации взрывателей

5.2.2 Установка непрерывного действия

5.2.2.1 Математическая модель электромагнитных процессов 177 индукционной системы нагрева установки для утилизации взрывателей

5.2.2.2 Математическая модель тепловых процессов 178 индукционной системы установки нагрева для утилизации взрывателей

5.2.2.3 Нагрев изделий в зоне термостатирования

5.3 Интегрированное проектирование систем индукционного 190 нагрева установки по демонтажу дисков с роторов турбин

5.3.1 Математическая модель электромагнитных процессов 192 индукционной системы установки по демонтажу дисков с роторов турбин

5.3.2 Математическая модель тепловых процессов 193 индукционной системы установки по демонтажу дисков с роторов турбин

5.3.3 Интегрированное проектирование конструкции 194 индукционной системы установки по демонтажу дисков с роторов турбин

5.4 Интегрированное проектирование системы индукционного нагрева установки по разборке сопел реактивных двигателей

5.4.1 Математическая модель электромагнитных процессов 204 индукционной системы установки по разборке сопел реактивных двигателей

5.4.2 Математическая модель тепловых процессов 205 индукционной системы установки по разборке сопел реактивных двигателей

5.4.3. Оптимальное проектирование конструкции

- индукционного нагревателя установки по разборке сопел реактивных двигателей

5.4.3.1 Интегрированное проектирование конструкции 209 индукционной системы установки по разборке сопел реактивных двигателей для нагрева

5.4.3.2 Интегрированное проектирование конструкции 214 индукционной системы установки по разборке сопел реактивных двигателей для создания динамических усилий и колебаний

Выводы

Поиск оптимальных конструктивных параметров и режима работы 218 индукционной системы нагрева объектов с регулируемым градиентом температуры

6.1 Интегрированное проектирование системы индукционного нагрева стенда разгонных и термоциклических испытаний дисков турбоагрегатов

6.1.1 Математическая модель электромагнитных процессов 220 индукционной системы стенда разгонных и термоциклических испытаний дисков и колес турбоагрегатов

6.1.2 Математическая модель тепловых процессов 221 индукционной системы стенда разгонных и термоциклических испытаний дисков

6.1.3. Интегрированное проектирование индукционного нагревателя системы стенда разгонных и термоциклических испытаний диск

6.1.4 . Синтез системы управления индукционной системой 227 стенда РЦИ

6.2 Интегрированное проектирование системы индукционного 231 нагрева дисков для термоупрочнения

6.2.1 Математическая модель электромагнитных процессов 232 индукционной системы для нагрева дисков при термоупрочнении

6.2.2 Математическая модель тепловых процессов 233 индукционной системы для нагрева дисков при термоупрочнении

6.2.3. Интегрированное проектирование индукционной системы 235 для нагрева дисков при термоупрочнении

6.3 Поиск оптимальных конструктивных параметров и режима работы индукционной системы нагрева кольцевых изделий перед раскаткой

6.3.1 Расчет температурного распределения в кольцевых изделиях перед операцией раскатки

6.3.2 Математическая модель электромагнитных процессов индукционной установки для подогрева кольцевых изделий перед раскаткой

6.3.3 Математическая модель тепловых процессов индукционной установки для подогрева кольцевых изделий перед раскаткой

6.3.4 Оптимальное проектирование конструкции индукционного 263 нагревателя кольцевых изделий перед раскаткой.

Выводы

Реализация оптимальных конструкций и режимов работы индукционных нагревателей

7.1 Индукционная система термоциклических испытаний дисков и 273 колес турбоагрегатов

7.2 Система индукционного нагрева дисков для термического 276 упрочнения

7.3 Установка периодического действия для выплавки тротила из 278 корпусов артиллерийских снарядов

7.4 Установка индукционного нагрева для утилизации взрывателей

7.5 Установка индукционного подогрева кольцевых заготовок 289 перед раскаткой

7.6 Установка нагрева жидких неэлектропроводных материалов в 292 индукционных установках непрерывного действия

Выводы

В диссертации рассматривается проблема численного моделирования электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов в классе многокомпонентных объектов индукционного нагрева с целью разработки научно-обоснованного подхода к оптимальному проектированию и синтезу управления, обеспечивающих их эффективное функционирование.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Применение электротермического оборудования дает возможность интенсифицировать технологические процессы с одновременным улучшением качества продукции и, во многих случаях, снижением материало- и энергоемкости. Среди различных видов электронагрева видное место занимает индукционный нагрев (ИН) материалов, который имеет ряд преимуществ перед другими видами нагрева.

Большой вклад в развитие теории и техники индукционного нагрева внесли (В.П. Вологдин, А.Е. Слухоцкий, A.B. Донской, A.C. Васильев, В.А. Бо-дажков, А.Н. Шамов, B.C. Немков, К.З. Шепеляковский, И.Н. Кидин, А.Б. Кувалдин, A.M. Вайнберг, B.C. Чередниченко, C.B. Дресвин, В.Б. Демидо-вич, Л.С. Зимин и др.).

Методы проектирования конструкций индукционных нагревателей и синтез систем управления базируются на математических моделях электромагнитных и тепловых процессов с соответствующими методами решения, на теории управления и методах оптимизации. Разработке математических моделей посвящено множество работ. Аналитические модели, разработанные такими учеными как В.П. Вологдин, А.Е. Слухоцкий, А.В.Лыков, Беляев Н.М., позволили решить большой объем задач проектирования технологических установок. Вместе с тем, усложнение задач за счет учета нелинейности моделей, более сложной геометрической формы нагреваемых тел потребовало применения численных методов, таких как метод интегральных уравнений, метод конечных разностей и конечных элементов. Большой вклад в развитие этих методов внесли как зарубежные ученые (Норри Д., де Фриз Ж.,

Сегерлинд JT., Зенкевич О.), так и отечественные (Самарский A.A., Немков B.C., Демидович В.Б., Демирчян К.С.). На базе теоретических разработок создано немало профессиональных программ, позволяющих решать задачи моделирования в различных областях знания (Maxwell, Nastran, Ansys, Femlab, Cédrat Flux, Elcut). Указанные программы служат мощным инструментом при оптимальном проектировании систем нагрева с помощью встроенных или внешних алгоритмов оптимизации.

Сочетание численных методов расчета и поисковых процедур оптимизации дает возможность решать различные задачи проектирования.

В то же время существует целый класс объектов нетрадиционных для ИН (по физической структуре, форме и т.д.), для которых применение ИН весьма эффективно.

Современные задачи проектирования и управления требуют более точных моделей процессов на всех стадиях, начиная с этапа эскизного проектирования, заканчивая программированием модели в контуре управления. Повышение точности численных моделей за счет увеличения числа элементов приводит к росту объемов вычислений. Еще более остро стоит проблема при решении оптимизационных задач, использующих численные модели. Поэтому часто задачи проектирования и синтеза управления разделяются именно из-за проблемы больших объемов вычислений. Для повышения эффективности процесса расчета необходимо совершенствование алгоритмов проектирования, сочетающих процедуры поиска оптимальной конструкции и оптимального режима функционирования системы управления. Объединение задач проектирования конструкции и синтеза системы управления должно производиться не за счет механического увеличения размерности, а за счет эффективного обмена результатами расчетов между подзадачами при использовании многошаговых процедур.

Совершенствование методик расчета индукционных нагревателей, а также синтеза систем управления и конструкций индукторов для специализированных установок позволяет повысить производительность установок ИН, качество управления процессом, экономию электроэнергии.

Для решения указанных задач требуется разработка алгоритмов решения комплексных задач проектирования и синтеза управления и создание для этого адаптированных математических моделей на базе современной вычислительной техники, на что и направлена настоящая работа.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка математических моделей процессов и алгоритмов интегрированного проектирования систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов в специальных электротехнологиях с учетом требований и условий эксплуатации, а также конструкций оборудования, систем питания.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Разработка комплекса математических моделей для расчета процессов нагрева многослойных тел с подвижной и неподвижной внутренней средой, для тел вращения сложной формы.

2. Разработка алгоритма интегрированного проектирования систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов.

3. Разработка методики интегрированного проектирования систем индукционного нагрева для специализированных электротехнологических установок.

4. Разработка и оптимизация по базовым технико-экономическим Критериям эффективности конструкций и режимов работы для специализированных индукционных установок для объектов, характеризующихся физически неоднородной структурой, сложной формой и.т.д.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования электромагнитных и тепловых процессов систем индукционного нагрева проводились с помощью компьютерного моделирования методами математической физики и вычислительной математики. Разработанные математические модели базируются на методах: конечных элементов, оптимизации, численного интегрирования и их комбинациях. Экспериментальные исследования проводились с использованием разработанных методик на специальных установках и стендах.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных в диссертационной работе научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным использованием применяемого математического аппарата, теории оптимального проектирования и оптимального управления и методов математического моделирования систем с распределенными параметрами (СРП). Справедливость выводов относительно адекватности используемых математических моделей, достоверности, работоспособности и эффективности предложенных алгоритмов интегрированного проектирования подтверждена результатами математического моделирования и промышленными экспериментами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ определяется тем, что она расширяет и углубляет теоретические представления об общих закономерностях проектирования оптимальных конструкций и режимов работы систем индукционного нагрева для сопряженных физически неоднородных объектов (СФНО); предлагает новые алгоритмы совместного использования процедур оптимального проектирования и синтеза систем управления; устанавливает способы адаптации общих подходов интегрированного проектирования применительно к целому ряду прикладных задач с СФНО, представляющих самостоятельный интерес.

В работе получены следующие основные научные результаты в указанном направлении:

1. Выявлены качественные и количественные закономерности взаимосвязанных процессов внутреннего тепловыделения, тепло- и массопереноса в сопряженных физически неоднородных средах с относительным движением сред, отличающиеся от известных тем, что позволяют в ходе проектирования I обоснованно корректировать постановку задачи для достижения заданного функционала качества.

2. Разработаны комплексные математические модели взаимосвязанных электромагнитных, тепловых, термогидравлических и термоупругих процессов при индукционном нагреве сопряженных физически неоднородных объектов, учитывающие взаимное влияние различных процессов и отличающиеся возможностью оперативного взаимного обмена результатами расчетов при переходе от задач проектирования к задачам синтеза систем управления.

3. Разработаны алгоритмы и методики оптимального интегрированного проектирования конструктивных и режимных параметров систем индукционного нагрева объектов сложной структуры с неоднородными физическими свойствами, обеспечивающие достижение заданных показателей качества системы и отличающиеся от известных методов многокритериального оптимального проектирования снижением вычислительных затрат.

4. Выполнен системный анализ проблемы интегрированного проектирования нагревателей для косвенного индукционного нагрева неэлектропроводных материалов и разработан эффективный численный метод расчета параметров и режимов нагрева на основе итерационного решения комплексной задачи оптимального управления и оптимизации конструктивных характеристик электротехнологических установок, отличающийся использованием процедур для перехода от конечно-элементных моделей к многомерным аппроксимациям систем с распределенными параметрами с последующим применением теории управления для систем с сосредоточенными параметрами, что существенно упрощает задачи синтеза.

НАУЧНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. В диссертации разработан новый конструктивный метод оптимального интегрированного проектирования систем индукционного нагрева сопряженных физически неоднородных объектов, представляющий собой методологическую основу построения алгоритмов оптимизации по основным технико-экономическим критериям широкого круга специальных технологических процессов с гарантированными качественными показателями.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в следующем: На основе предложенного алгоритма интегрированного проектирования разработана инженерная методика решения комплекса задач по оптимальному проектированию индукционных нагревателей и режимов их работы.

Разработанные связанные математические модели позволяют решать комплексные задачи исследования электротепловых, термогидродинамических процессов для стационарных и нестационарных режимов с учетом не-линейностей и сложных условий теплообмена.

Разработаны методики и модели для проектирования конструкций и режимов работы установок по расснаряжению боеприпасов, установок по подогреву вязких нефтепродуктов перед транспортировкой, систем индукционного нагрева на стендах для термоциклических испытаний дисков. 9

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы были доложены и обсуждены на следующих основных международных конгрессах, конференциях, симпозиумах, коллоквиумах, семинарах и совещаниях:

XI Краевой конференции по автоматике (Польша, Белосток-Беловеж, 1991), международных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Бенардосовские чтения) (Иваново, 2003, 2005, 2006), V и VI Международных научных конференциях «Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий» (Мариуполь, Украина, 2005, 2008), VIII Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» (Самара: Самарский научный центр РАН, 2006), 3-го международного форума (8-ой международной конференции) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, СамГТУ, 2007), XII Международной конференции «Электромеханика, электротехнология, электротехнические материалы и компоненты» МКЭЭЭ-2008, (Украина, Крым, Алушта, 2008),

VII Всесоюзной конференции «Теплофизика технологических процессов» (Тольятти, 1988), Всесозной научно-технической конференции «Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения» (Куйбышев, 1989), Межотраслевой научно-технической конференции «Проблемы функциональной диагностики газотурбинных двигателей и их элементов» (Москва-Харьков-Рыбачье, 1990), XI Всесоюзной научно-технической конференции «Применение токов высокой частоты в электротехнологии» (Ленинград, 1991), десятой межвузовской конференции. «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2000), Всероссийских научных конференциях «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, СамГТУ, 2004, 2006, 2007, 2008), I и II Всероссийских научно-технических конференциях «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2004, 2007), Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий» (Екатеринбург, 2006), областной научно-технической конференции «Автоматизация и комплексная механизация технологических процессов» (Сызрань, 1987). РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Полученные в работе теоретические закономерности и практические результаты использованы

-при выполнении фундаментальных НИР (2002-2009 г.г.) «Разработка теории векторной оптимизации процессов, описываемых уравнениями Максвелла и Фурье для определенного класса задач математической физики» (№ г.р. 01200802926), «Создание математических моделей взаимодействия электромагнитных и тепловых полей в пространственно распределенных объектах» (№ г.р. 01200951711); «Разработка теоретических основ системного анализа и методов нетрадиционной реализации взаимосвязанных процессов энергообмена в электромагнитных и температурных полях» (№ г.р. №01200602849), «Разработка научных основ и методологии проектирования нетрадиционных технологий индукционного нагрева» (№ г.р. №01200208264) и гранта РФФИ «Разработка методологии оптимального проектирования физически неоднородных объектов электротермических производств по системным критериям качества» (№ г.р. 01200602849); в проектно-конструкторских организациях и промышленных предприятиях:

- при разработке и создании уникального автоматизированного стенда для прочностных и доводочных испытаний элементов газотурбинных двигателей (ОАО СНТК им. Н.Д. Кузнецова, г. Самара, ОАО «Самарский Гипроа-авиапром», г. Самара);

- при разработке и создании ряда установок для утилизации боеприпасов (ВНИИ ПКВТ, г. Самара, ДВПО «Восход», г Эльбан);

- при проектировании систем автоматического управления индукционными нагревателями в технологических линиях обработки металла давлением (9ГПЗ);

- в учебном процессе при чтении лекций по курсу «Электротехнологические установки и системы», «Автоматическое управление системами с распределенными параметрами», в курсовом и дипломном проектировании.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 68 печатных работ, в том числе 14 статей в журналах, рекомендованных ВАК: «Электротехника», «Электромеханика», «Вестник СамГТУ», а также 14 авторских свидетельств на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и содержит 296 страниц текста, 111 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 238 наименований и приложения на 19 страницах.

Выводы по главе.

1. Создана опытно-промышленная система управления индукционной выплавкой тротила.

2. Спроектирована установка периодического действия для выплавки тротила из корпуса снаряда.

3. Спроектирована система индукционного нагрева для стенда термоциклических испытаний дисков турбоагрегатов.

4. Спроектированы и прошли опытно испытания установки по утилизации взрывателей периодического и непрерывного действия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации поставлена и решена актуальная научно-техническая проблема в области электротехнологии, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в разработке методик, математических моделей, конструкций индукторов и устройств для определения и обеспечения эффективных режимов и параметров систем индукционного нагрева изделий при технологических процессах и прочностных испытаниях, позволяющих повысить производительность электротермических установок индукционного нагрева и качество продукции.

В работе получены следующие основные научные результаты:

1. Предложен алгоритм интегрированного проектирования систем индукционного нагрева для специализированных электротехнологических установок, позволяющий эффективно использовать математические модели различных процессов в процедурах поиска оптимальных конструктивных и режимных параметров. Разделение общей задачи оптимизации на два этапа позволяет за счет корректировки требований к заданному распределению источников тепла ускорить процедуру решения задачи.

2. Разработанные комплексы математических моделей для электромагнитных, тепловых и гидродинамических процессов обеспечивают высокую точность расчетов с учетом нелинейностей и взаимных связей. Приведены рекомендации по выбору видов моделей (стационарная, нестационарная, линейная, нелинейная) для различных комбинаций и размерности, обеспечивающим точность расчета, приемлемое время решения и сходимость вычислительного процесса.

3. Разработанная методика интегрированного проектирования систем индукционного нагрева позволяет использовать комплекс вычислительных программных средств для решения задач конструирования и поиска режимов работы путем взаимодействия отдельных пакетов и применения как встроенных функций параметрической оптимизации, так и создания собственных алгоритмов.

4. Получены с использованием пакета программ результаты расчета температурных распределений и тепловых потоков в системе «корпус снаряда — наполнитель», позволяющие обеспечить высокую производительность системы выплавки при исключении перегрева. Конструктивные параметры, уровень мощности, функция распределения источников тепла и точки контроля температуры для системы управления были найдены в ходе интегрированного проектирования.

5. Получены с использованием пакета программ результаты расчета температурных распределений и тепловых потоков в диске при моделировании термоциклических испытаний. В ходе проектирования были получены конструктивные параметры системы индукторов, уровни мощностей, функции распределения источников тепла и точки контроля температуры для системы управления.

6. Разработано и внедрено индукционное устройство и система управления для специализированных индукционных установок для расснаряже-ния боеприпасов.

7. Разработаны индукционное устройство и система управления подогрева вязких жидкостей перед транспортировкой

8. Разработано и внедрено индукционное устройство и система управления для термоциклических испытаний дисков турбоагрегатов.

1. Агапкин В.М., Кривошеин Б.Л. Применение тепловой изоляции при транспорте и хранении нефти и нефтепродуктов. М., изд. ВНИИОЭНГ, 1978.

2. Агапкин В.М., Кривошеин Б.Л., Юфин В.А. Тепловой и гидравлический расчеты трубопроводов для нефти и нефтепродуктов. М., Недра, 1981,256 с.

3. Андреев Ю.Н. Оптимальное проектирование тепловых агрегатов. М.: Машиностроение, 1983.-231 с.

4. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными объектами. М.: Наука, 1976.-424с.

5. Анищенко Л.М., Лавренюк C.B. Математические основы проектирования высокотемпературных технологических процессов. М.: Наука, 1986.

6. Батищев Д. И. Генетические алгоритмы решения экстремальных задач / Под ред. Львовича Я.Е.: Учеб. пособие. Воронеж, 1995.

7. Батэ К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М.: Стройиздат, 1982. - 448с.

8. Бахвалов Н.С. Численные методы // М.: Наука, 1975

9. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы // М.: наука, 1987

10. Безручко И.И. Индукционный нагрев для объемной штамповки. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.- 126с.

11. Бородулин Ю.Б., Кузнецов С.Ю., Попов Г.В. Многокритериальная оптимизация проектных решений при проектировании трансформаторов на базе САПР. //Изв. вузов. Электромеханика, 1986, №9. с.21 - 26.

12. Брахман Т.Р. Многокритериальное^ и выбор альтернативы в технике. М.: Радио и связь, 1984. - 288 с.

13. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел А. Методы граничных элементов. -М.: Мир, 1987.-481с.

14. Бреббия К., Уокер С. Применение граничных элементов в технике. -М.: Мир, 1982.-248с.

15. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределенными параметрами. -М.:Наука, 1975 588с.

16. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем. «Наука», М., 1977, 320 с.

17. Бутковский А.Г. Теория оптимального управления системами с распределенными параметрами. М.: Наука, 1965. - 476с.

18. Бутковский А.Г., Пустыльников Л.М. Теория подвижного управления системами с распределенными параметрами. М.: Наука, 1980. — 384с.

19. Вайнберг A.M. Индукционные плавильные печи. М.: Энергия, 1967.-415с.

20. Вигак В.М. Оптимальное управление нестационарными температурными режимами. Киев: Наукова думка, 1979. - 361 с.

21. Влияние конструкции и режимов работы индукционных нагревателей на их энергетические показатели / B.C. Немков, В.Б. Демидович, В.И. Руднев и др. // Электротехника. 1986. - №3. - с. 23-27.

22. Габасов Р., Кириллов Ф.М. Особые оптимальные управления. М.: Наука, 1973.-256 с.

23. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984. 428 с.

24. Геминтерн В.И., Каган Б.М. Методы оптимального проектированияМ.: Энергия, 1980,- 160с.

25. Гитгарц Д.А. Динамические характеристики и принципы построения систем регулирования температуры индукционных нагревательных установок // Исследования в области промышленного электронагрева: Труды ВНИИЭТО. М.: Энергия, 1970. - Вып. 4. - с. 206 - 213.

26. Годунов С.К. Решение систем линейных уравнений // Новосибирск: Наука, 1980

27. Голубь H.H. Оптимальное управление процессом нагрева массивных тел с внутренними источниками тепла// Автоматика и телемеханика.— 1967—№12 — с.76-87.

28. Гоменюк С.И., Толок В.А. Инструментальная система анализа задач механики деформируемого твердого тела // Придншровський науковий вюник- 1997. №4.

29. Горынин Л.Г., Радзивиловский В.И., Холмяцкий И.А. Исследование нестационарных температурных полей тел вращения МКЭ. //Проблемы прочности, 1983, №9.

30. Губип В.Е. Губпн В.В. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. М., Недра, 1982, 296 с.

31. Данилушкин А.И. Аналитическая идентификация и управление процессами индукционного нагрева в конверсионных производствах.// Труды восьмой межвуз. конф. «Математическое моделирование и краевые задачи». 1998 г. ч.2, с. 36-38

32. Данилушкин А.И. Зимин Л.С. Идентификация процесса низкотемпературного индукционного нагрева при обработке полимерных материалов.// Ж-л «Вестник Самарского технического университета.» Серия «Технические науки.» №1, 1994, с. 171-177.

33. Данилушкин А.И. Структурное моделирование процессов и систем управления одного класса объектов индукционного нагрева. // Ж-л

34. Вестник Самарского государственного технического университета» Серия «Технические науки», Вып.5 1998, с. 120-129.

35. Данилушкин А.И., Довбыш В.Н. Проблемы экологии при утилизации взрывателей. Труды седьмой Международной конф. "Окружающая среда для нас и будущих поколений". Самара, СамГТУ, 2002, с. 58-59

36. Данилушкин В.А. Калашников С.Н. Индукционный подогрев высоковязких нефтей при транспортировке по трубопроводам // Разработка, эксплуатация и обустройство нефтяных месторождений: Тр. ОАО Ги-провостокнефти, Самара, 2002, с. 195-200.

37. Данилушкин В.А., Зиннатуллин Д.А. Расчет и анализ индукционных нагревателей для транспортировки нефти // Разработка, эксплуатация и обустройство нефтяных месторождений: Тр. ОАО Гипровостокнефти, Вып. 62, Самара, 2003, стр. 115-122.

38. Данилушкин В.А. Оптимизация переходных режимов непрерывного индукционного нагревателя с ферромагнитной загрузкой // Электро -теплотехнические процессы и установки // Межвузовский научный сборник Саратов 2003. стр. 84 - 88.

39. Дегтярев В.Н. Смешение парафинисгых нефтей. М., ВНИИО-ЭНГД972.

40. Демидович В.Б. Теория, исследование и разработка индукционных нагревателей для металлургической промышленности: Автореферат дис. . докт. техн. наук. Спб.,2002. - 32 с.

41. Демидович В.Б. Цифровое моделирование и оптимизация индукционных нагревателей слитков из алюминиевых сплавов: Автореферат диссертации кандидата технических наук. Л., 1978. - 15с.

42. Демидович В.Б., Немков B.C. Расчет цилиндрического индуктора с немагнитной загрузкой на ЭВМ // Промышленное применение ТВЧ. -Л., 1975. Вып. 15. - с. 38-45.

43. Демидович В.Б., Немков B.C., Полеводов Б.С. Электротепловая модель периодического индукционного нагревателя немагнитных цилиндрических слитков. //Изв. ЛЭТИ. Сб. научных трудов. Л., 1976. Вып. 203. -- с.7- 14.

44. Демирчян К.С., Солнышкин Н.И. Расчет трехмерных магнитных полей методом конечных элементов // Изв. АН СССР: Энергетика и транспорт. 1975. - № 5. - с. 39-49.

45. Демирчян К.С., Чегурин В.Л. Машинные расчёты электромагнитных полей. М.: Высшая школа. 1986. - 240 с.

46. Дехтяренко В.А., Своятыцкий Д.А. Методы многокритериальной оптимизации сложных систем при проектировании. Киев: Изд. АН УССР, 1976.-41с.

47. Джордж А, Лиу Дж., Численное решение больших разреженных систем уравнений // Москва, Мир, 1984

48. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: Системный подход — М.: Мир, 1981.-456с.

49. Довбыш В.Н. Идентификация процесса непрерывного индукционного нагрева изделий при утилизации взрывателей. //Труды двенадцатой межвуз. конф. "Математическое моделирование и краевые задачи" ч.2. Самара: СамГТУ, 2002, с.31-34

50. Довбыш В.Н. Моделирование и расчет электромагнитных источников тепла при индукционном нагреве осесимметричных тел сложной формы. // «Вестник Самарского государственного технического университета» Серия «Технические науки», Вып. 14 2002, с. 181 -184.

51. Довбыш В.Н., Абакумов A.M., Зимин Л.С. Энергосбережение и экология в электротехнологии. Труды седьмой Международной конф. "Окружающая среда для нас и будущих поколений". Самара, СамГТУ, 2002, с. 13-14.

52. Егоров А.И. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными параметрами. М.: Наука, 1978. - 464с.

53. Заливин H.H. Новый метод индукционного нагрева вулканизационных форм.// Химическое и нефтяное машиностроение. 1967. № 3, с. 33-34.

54. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.:Мир, 1975. 541с.

55. Зенкевич О., Морган К. Конечные методы и аппроксимация // М.: Мир, 1980

56. Зимин Л.С. Методы оптимального проектирования систем индукционного нагрева. //Алгоритмизация и автоматизация технологических процессов и промышленных установок: Межвузовский сборник научных трудов, 1977.-Вып. 8.-с. 142- 146.

57. Зимин Л.С. Об оптимальном выборе конструктивных характеристик систем индукционного нагрева. // Алгоритмизация и автоматизация технологических процессов и промышленных установок: Межвузовский сборник научных трудов, 1978. Вып. 9. — с. 123 - 126.

58. Зимин JT.C. Оптимальное проектирование систем индукционного нагрева в технологических комплексах обработки металла давлением. Автореф. дисс. докт. техн. наук,—Л., 1987. 30 с.

59. Исследование теплообмена и сопротивления при ламинарном течении вязкопластичных нефтей в трубопроводах/ Н.М. Андреенко, В.Е. Губин, Н.М. Гостев и др. В кн. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов (ВНИИСПТнефть, 1981 г.

60. Карпенкова О.И., Махмудов K.M., Слухоцкий А.Е. Электрические параметры индукторов с неоднородной загрузкой Электротехническая промышленность. Серия «Электротермия», 1973, вып. 7 (131), с. 19-21.

61. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел: М.: Высшая школа, 1985 - 480 с.

62. Коган М.Г. Расчет индукторов для нагрева тел вращения. М.: ВНИИЭМ, 1966.-58с.

63. Коздоба Л.А. Решение нелинейных задач теплопроводности. Киев: Наукова думка, 1976.

64. Коломейцева М.Б. Методология и опыт применения цифрового моделирования для оптимизации процессов промышленного нагрева металла: Автореферат диссертации доктора технических наук. М., 1986. -37с.

65. Коломейцева М.Б. Решение задачи оптимального управления индукционным нагревом подвижных объектов. //Управление распределенными системами с подвижным воздействием. М.: Наука, 1979. - с.99 - 106.

66. Корнеев В.Г. Схемы метода конечных элементов высоких порядков точности: Л: Изд.Лен.ун-та,1977.

67. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Уравнения в частных производных математической физики. — М.: Высшая школа, 1970. — 710 с.

68. Кравченко A.A., Тубин З.М. Применение МКЭ к решению нестационарной задачи теплопроводности. //Прикладные проблемы прочности и пластичности, 1977, №6. с.64 - 69.

69. Красовский H.H. Математическая теория процессов управления. М.: Наука, 1981.-475с.

70. Кувалдин А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитных сталей. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 200с.

71. Куртенер Д.А., Чудновский А.Ф. Расчет и регулирование теплового режима в открытом и защищенном грунте. Л., Гидрометеоиздат, 1969.

72. Ларичев О.И. Наука и искусство принятия решений. М.: Наука, 1979. - 200с.

73. Лившиц М. Ю. Теория и алгоритмы оптимального управления термодиффузионными процессами технологической теплофизики по системным критериям качества: Автореф. дис.докт. техн. наук.-Самара, 2001.-46 с.

74. Лионе Ж.Л. Оптимальное управление системами, описываемыми уравнениями в частных производных. М.: Мир. 1972. - 414 с.

75. Лоран П.-Ж. Аппроксимация и оптимизация: Пер. с франц. М.: Мир, 1975.

76. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967 - 599 с.

77. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория теплопроводности и массопере-носа. М.-Л., Госэнергопздат, 1963, 535 с.

78. Мавлютов Р.Р. Концентрация напряжений в элементах конструкций. -М.: Наука, 1996.-240 е.

79. Маликов Ю.К., Лисиенко В.Г. Численный метод решения задач теплопроводности для двумерных тел сложной формы. //Инженерно-физический журнал, 1981, №3. с.503 - 509.

80. Математическая теория оптимальных процессов. /JT.C. Понтрягин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе, Е.Ф. Мищенко. М.: Наука, 1969. -389с.

81. Математические модели индукционных нагревателей слитков из алюминиевых сплавов. /В.Б. Демидович, B.C. Немков, Б.С. Полеводов, А.Е. Слухоцкий. //Сб. статей: Электронное моделирование. Киев, 1977. -с.72 -81.

82. Махмудов К.М., Немков B.C., Слухоцкий А.Е. Методы электрического расчета индукторов//Изв. ЛЭТИ.-1973-Вып. 114.-е.3-27.

83. Мееров М.В. Системы многосвязного регулирования. М.: Наука, 1965. -- 426с.

84. Методы граничных элементов: Пер. с англ./ Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. М.:Мир, 1987. - 524 е., ил.

85. Митчелл Э., Уэйт. Р.Метод конечных элементов для уравнений с частными производными. -М.: Мир, 1981. -216с

86. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. М.: Наука, 1965. - 426с.

87. Мосаковский В.И., Гудрамович B.C., Макеев Е.М., Контактные задачи теории оболочек и стержней // М. ^'Машиностроение", 1978

88. Немков B.C. Расчет плоскопараллельных систем индукционного нагрева по обобщенному методу связанных контуров // Электричество. -1985. — №4. с.36-48.

89. Немков B.C. Теория и расчет цилиндрических электромагнитных систем индукционного нагрева: Автореферат диссертации доктора технических наук. — Л., 1980. 30с.

90. Немков B.C., Демидович В.Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. Л.: Энергоатомиздат, 1988.-280с.

91. Немков B.C., Демидович В.Б., Руднев В.И. и др. Влияние конструкции и режимов работы индукционных нагревателей на их энергетические показатели // Электротехника. 1986. -№3. - с.23-27.

92. Немков B.C., Полеводов П.С. Математическое моделирование на ЭВМ установок высокочастотного нагрева. Л.: Машиностроение, 1980. -64с.

93. Нетушил A.B. Объект индукционного или радиационного нагрева как звено системы автоматического регулирования. //Известия АН СССР: Энергетика и автоматика. 1962. -- №2. - с. 130 - 136.

94. Никитенко Н.И., Кольчик Ю.Н., Сороковая H.H. Метод канонических элементов для моделирования гидродинамики и тепломассообмена в областях произвольной формы. // Инженерно-физический журнал, 2002, №6. с.74-80.

95. Олейников В.А., Зотов Н.С. Автоматическое регулирование технологических процессов в нефтяной и нефтехимической промышленности. Л.: Гостехиздат. Ленинградское отделение, 1962. - 324 с.

96. Острейко В.Н. Расчет электромагнитных полей в многослойных средах. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1981. 152с.

97. Павлов H.A. Инженерные тепловые расчеты индукционных нагревателей. М.-Л.: Энергия, 1978-120с.

98. Павлов H.A. Методика выбора оптимального режима при ускоренном индукционном нагреве цилиндрических заготовок//Электротехн. про-сть. Сер. Электротермия.-М.: Информэлектро, 1964. Вып. 38. - с. 25-27

99. Панасенко С.А., Митрофанов В.Е. Сравнительный анализ описаний объектов регулирования с распределенными параметрами с внутренними источниками // Устройства и системы контроля и управления промышленными объектами. МЭИ, 1974. - Вып. 214. - с. 74-80.

100. Подиновский B.B. Коэффициенты важности критериев в задачах принятия решений. Порядковые и ординальные коэффициенты важности. // Автоматика и телемеханика, 1978, №10. с. 130 - 141.

101. Попов П.Г., Шумилов Ю.А. Анализ электромагнитных устройств с индуктивными связями методом конечных элементов// Электричество 1978. -№ 11 -с.43-48.

102. Постнов В. А., Хархурим И .Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. JL: Судостроение, 1974. 344 с.

103. Прагер В. Основы теории оптимального проектирования конструкций. -М.: Мир, 1977. 112с.

104. Простяков A.A. Индукционные нагревательные установки. М.: Энергия, 1970. - 120с.

105. Пустовалов В.Н., Матвеев Ю.Я. К расчету температурных полей тел вращения неправильной формы. //Известия вузов. Энергетика, 1981, №5. — с.57 62.

106. Рапопорт Э.Я. Альтернансный метод в прикладных задачах оптимизации. М.: Наука. 2000 - 336 с.

107. Рапопорт Э.Я. Метод расчета оптимальных режимов нагрева массивных тел внутренними источниками тепла. //Изв. вузов. Энергетика, 1978, №6. с.89 - 96.

108. Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. М.: Металлургия, 1995. - 279с.

109. Рапопорт Э.Я. Теория и алгоритм оптимального управления индукционным нагревом металла перед обработкой давлением: Автореф. дисс. доктора техн. наук. — М., 1983. — 42с.

110. Рей У. Методы управления технологическими процессами: Пер с англ.-М.: Мир, 1983.-368 с.

111. Рейтман М.И., Шапиро Г.С. Методы оптимального проектирования деформируемых тел. М.: Наука, 1976. - 258с.

112. Реклейтис Г., Рейвиндран Д., Рэчсдел К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. Кн. 2.-М.: Мир, 1986.-320 е.

113. Ризкин И.Х. Машинный анализ и проектирование технических систем. -М.: Наука, 1985. 160с.

114. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1985, 365с.

115. Сакович А.И., Холмянский H.A. Минимизация ширины ленты системы уравнений В МКЭ. //Проблемы прочности, 1981, №1. с. 120 -121.

116. Самарский A.A. Вычислительный эксперимент в задачах технологии. //Вестник АН СССР, 1984, №3. с.77 - 88.

117. Самарский A.A. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент. //Вестник АН СССР, 1979, №5. с.38 - 49.

118. Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы: Пер. с англ. М.: Мир, 1987. - 592с.

119. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392с

120. Сидоренко В.Д. Применение индукционного нагрева в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1980. - 231 с.

121. Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. М.: Мир, 1986.

122. Сиразетдинов Т.К. Оптимизация систем с распределенными параметрами. Наука, М., 1977, 480 с.

123. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. — М.: Недра, 2000-378 с.

124. Соболь И.М. Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 112с.

125. Справочник по теплообменным аппаратам / П.И. Бажан, Г.Е. Кана-вец, В.М. Селиверстов., М.: Машиностроение, 1989. -368 с.

126. Стренг Г.,Фикс Дж. Теория метода конечных элементов: Пер. с англ. М.: Мир, 1977.

127. Сьярле Ф. Метод конечных элементов для эллиптических задач: Пер. с англ. М.: Мир, 1980.

128. Табак Д., Куо B.C. Оптимальное управление и математическое программирование. М.: Наука, 1975. - 279с.

129. Теория прогнозирования и принятия решений. /Под ред. С.А. Саркисяна. М.: Высшая школа, 1977. - 351 с.

130. Теплотехнический справочник: В 2-х т. Под общей редакцией В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева 2-е изд., перераб. М., "Энергия'", 1975. -436с.

131. Теплофизические свойства жидкостей и газов Сб. статей Махачкала: Б.и., 1979.- 127с.

132. Тимошенко С.П. , Гудьер Дж. Теория упругости. М.:Физматгиз, 1975.

133. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М., Гостехиздат, 1954, 659 с.

134. Тозони О.В. Математические модели для расчета электрических и магнитных полей. Киев: Наукова думка, 1964. — 304с.

135. Тозони О.В. Метод вторичных источников в электротехнике. — М.: Энергия, 1975.-295 с.

136. Тозони О.В. Расчет электромагнитных полей на вычислительных машинах. Киев: Техника, 1967. - 252с.

137. Тозони О.В., Майергойз И.Д. Расчёт трехмерных электромагнитных полей. — К.: Техника, 1974. — 352 с.

138. Троицкий В.А., Петухов Л.В. Оптимизация формы упругих тел-М.:Наука, 1982.-43 2с.

139. Трубопроводный транспорт вязких нефтей /Н.К. Надиров, П.И. Тугунов/, Алма-Ага, Наука, 1985. 146с.

140. Трубопроводный транспорт нефти и газа / В.Д. Белоусов, Э.М. Блейхер, А.Г. Немудров и др. М., Недра, 1978. . — 132с.

141. Трубопроводный транспорт нефти: Сб. науч. трудов/Уфа, ВНИИС-ПТнефть, 1987,- 136с.

142. Трубопроводный транспорт нефти: Сб. науч. трудов/Уфа, ВНИИС-ПТнефть, 1981 г. .- 148с.

143. Тугунов П.И. Нестационарные режимы перекачки нефтей и нефтепродуктов. М.: Недра, 1984, - 224 с.

144. Тугунов П.И., Новоселов В.И. Транспортирование вязких нефтей и нефтепродуктов по трубопроводам. М., Недра, 1972. . 158 с.

145. Уайлд Д. Оптимальное проектирование .—М.:Мир, 1981 -272с

146. Фарамазов С.А. Оборудование нефтеперерабатывающих заводов и его эксплуатация. — М.:Химия, 1984. 328с.

147. Федоренко Р.П. Приближенное решение задач оптимального управления- М.: Наука, 1978. 486с.

148. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной оптимизации. М.: Мир, 1970. - 240с.

149. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. В 2-х т.: Т.1. Пер. с англ.-М.Мир, 1991. 504с.

150. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. В 2-х т.: Т.2. Пер. с англ.-М.:Мир, 1991. 552с.

151. Фонарев 3. И. Электроподогрев трубопроводов, резервуаров и технологического оборудования в нефтяной промышленности. Л.; Недра, 1984.- 148 с.

152. Фонарев З.И., Иванов Г.И., Еремин И.И. Электроподогрев трубопроводов на нефтебазах. Обзорная информация. Серия "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов". М., ВНИИОЭНГ, 1982.

153. Химические аппараты с индукционным обогревом/ С.А. Горбатков, А.Б. Кувалдин, В.Е. Минеев, В.Е.Жуковский. М.: Химия, 1985, 65с

154. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975.-536с.

155. Хог Э., Арора Я. Прикладное оптимальное проектирование: Механические системы и конструкции М. :Мир, 1983.- 478с.

156. Хофер Э. Лундерштетд Р. Численные методы оптимизации. М.: Машиностроение, 1981.

157. Численные методы условной оптимизации. /Под ред. Ф. Гилл, У. Мюррей. М.: Мир, 1977. - 290с.

158. Шабров Н.Н. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. Л.: Машиностроение, 1983.

159. Шкадов В.Я., Запрянов З.Д. Течение вязкой жидкости. М.: Издательство Московского университета, 1984. - 200 с.

160. Яицков С.А. Ускоренный изотермический индукционный нагрев кузнечных заготовок.-М.: Машгиз, 1962.-96 с.

161. Chari М. Finite element solution of the eddy current problem in magnetic structures. IEEE Trans. Power Appar. Syst., vol. 93, № 1, p.62 - 72.

162. Chari M. Finite element solution of the eddy current problem in magnetic structures. IEEE Trans. Power Appar. Syst., vol. 93, №1, p.62 -72.

163. Costache Gh. Calculation eddy current and skin effect in nonmagnetic conductors by the finite element method. Rev. roum. sei. techn. Ser. elec-trotechn. et energy., 1976, vol. 21, № 3, p.357 - 363.

164. Donea J., Giulaini S., Philippe A. Finite element in the solution of electromagnetic induction problems. Int. J. Numer. Meth. Eng., 1974, vol.8, №2, p.359 367.

165. Donea J., Giuliani S., Philippe A. Finite element in the solution of electromagnetic inductioon problems.-Int. J. Numer. Meth. Eng., 1974, vol. 8, №2, p. 359-367.

166. Foggla A., Sabonnadiere J., Silvester P. Finite element solution of saturated traveling magnetic field problems. IEEE. Trans. Power Appar. Syst., 1975, vol. 94, №3, p.866 - 871.

167. Gustavson F.G., "Some basic techniques for solving sparse matrix algorithms", // editer by D.J. Rose and R.A.Willoughby, Plenum Press, New York, 1972

168. Hannalla A., Macdonald D. Numerical analysis of transient field problems in electrical machines. Proc. Inst. Elec. Eng., 1976, vol 123, №9, p. 893 -898.

169. Rose D.J., "A graph theoretic study of the numerical solution of sparse positive definite system of linear equations" // New York, Academic Press, 1972

170. Silvester P., Chari M. Finite element solution of saturable magnetic field problems. IEEE Trans. Power Appar. Syst., 1970, vol. 89, №7, p. 1642- 1651.

171. Zimin L. S., Daniluchkin A.I. Control system of induction heating. Workshop «Automatisierung in der Elektrotechnologie», Technische Universitatllmenau «Fachgebiet Elektrowärme» 21-22 Sept. 1995

172. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Синдяков JT.B., Сутягин А.Ф. Автоматизация режимов методических индукционных нагревателей. Межвуз. сб. научн. тр «Идентификация и автоматизация технологических процессов и промышленных установок». Куйбышев, 1982, 114119

173. Базаров A.A., Данилушкин А.И. Многосвязная система автоматического управления термоциклическими испытаниями дисков турбоагрегатов. Межвуз. сб. научн. тр «Идентификация и оптимизация управляемых технологических процессов». Куйбышев, 1989, с.44-47

174. Bazarov A., Zimin L., Gurinov Е., Daniluszkin A., Koteniov V., Stoch-niol A. Uklad sterovania obciazenies cieplnym dyskow turbin gazowich. XI KRAJOWA KONFERECIA AUTOMATYK1. REFERATI TOM II- Bialy-stok- Bialowega, 1991,p.88-94

175. Базаров A.A., Данилушкин В.А., Крылов А.Н. Синтез оптимальных алгоритмов процессом управления непрерывного индукционного нагрева ферромагнитной загрузки. Труды академии электротехнических наук Чувашской республики №1 Чебоксары 2003, с. 88-92

176. Базаров A.A. Разработка системы индукционного нагрева колес перед раскаткой с минимальными энергозатратами Вестник Самарского Государственного Технического университета Серия Технические науки №15 2002, с.151-155

177. Базаров A.A. Синтез замкнутой системы управления для объекта с распределенными параметрами Вестник Самарского Государственного Технического университета. Серия Физико-математические науки. №16. 2002, с.212-215.

178. Базаров A.A. Аналоговое моделирование процесса теплопроводности для задач синтеза управления в среде MATLAB. Математическое моделирование и краевые задачи Труды Всероссийской научной конференции Самара, СамГТУ 2004, 3 с

179. Bazarov A. The system of optimum control over induction heating bodies with a composite geometrical shape Ж-л «Вестник Самарского государственного технического университета» Серия «Технические науки» Спец. вып.2 2004, с.30-34.

180. Базаров A.A., Зиннатуллин Д.А. Система индукционного подогрева колес перед раскаткой. Материалы международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» Иваново, 2005, с. 13

181. Базаров A.A. Система индукционного нагрева движущейся жидкости. Ж-л «Вестник Самарского государственного технического университета» Серия «Технические науки» вып.37 2005, с. 12-17

182. Базаров A.A. Моделирование процесса теплопроводности для задач синтеза систем управления в среде MATLAB. Ж-л «Вестник Самарского государственного технического университета» Серия «Технические науки», вып.33 2005 с. 7-11

183. Базаров A.A., Базир H.A. Разработка программы численного расчета температурных полей движущихся заготовок, Ж-л «Вестник Самарского государственного технического университета» Серия «Технические науки» вып.37 2005 с. 23-26

184. Базаров A.A., Лютахин Ю.И. Численное моделирование нестационарного теплообмена тороидальных неоднородных электромагнитных элементов. Ж-л «Вестник Самарского государственного технического университета» Серия «Технические науки» вып.37 2005 с. 97-103

185. Базаров A.A., Бузуев А.Н., Купцов П.В. Решение задачи нагрева тела конической формы с использованием лучистого теплообмена.

186. Сб.науч.трудов Электро- и теплотехпологическпе процессы и установки 2 Саратовский гос. Техн. Университет Саратов 2005. с.83-85

187. Базаров A.A., Данилушкин А.И. Энергосбережение при индукционном нагреве. «ЕФФЕКТИВН1СТБ ТА ЯРК1СТБ ЕЛЕКТРОПОСТА-ЧАННЯ ПРОМИСЛОВИХ П1ДПРИЕМСТВ»: V М1Ж- НАРОДНА НАУКОВА КОНФЕРЕНЦ1Я 18-20 травня 2005 р., Мар1уноль, Укршна, с.315-317

188. Базаров A.A., Базир H.A., Зимин Л.С. Программа численного расчета температурных полей движущихся заготовок. Сб. науч. тр. Ill Все-рос. науч. конф. «Математическое моделирование и краевые задачи», Самара СамГТУ 2006. с. 34-36

189. Базаров A.A., А.Н. Бузуев. Индукционный нагрев многослойных тел. Вестник Саратовского государственного технического университета №4 (19) г.Саратов 2006., с. 151-154

190. Базаров A.A., Базир Н.А, Зимин Л.С. Оптимизация систем индукционного нагрева по расходу электроэнергии«Известия ВУЗов Электромеханика», Спец. выпуск, 2007, с.74

191. Базаров A.A., Данилушкин А.И, Латыпов P.P. Расчет индукторов для систем индукционного нагрева дисков и формирования механических колебаний в процессе испытаний Научно-технический журнал «Электротехника» №8 2008 М, С.34-38

192. Ас. № 1288523. Б.И. 1987, № 5 Устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях. Базаров A.A., Данилушкин АИ., Макаров-ский Л.Я.

193. A.c. №1343566. Б.И. 1987, №37 Устройство для индукционного нагрева изделий. Базаров А.А.,Данилушкин А.И., Зимин Л.С.,Зубов В.И.,Морозов А.П.

194. A.c. №1365372 Б.И. 1988, №1 Установка для непрерывного индукционного нагрева. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С.,Рапопорт Э.Я.

195. A.c. №1399896 Б.И. 1988, №20 Способ индукционного нагрева кольцевой зоны плоского изделия. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин Л.С., Рапопорт Э.Я., Сипухин И.Г.

196. A.c. №1422406 Б.И. 1988, №33 Индукционная нагревательная установка. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин JI.C., Морозов А.П., Осипов B.C.

197. A.c. №1456814 Б.И. 1989, №5 Стенд для термоциклических и разгонных испытаний дисков турбоагрегатов. Базаров A.A., Данилушкин

198. A.И., Котенев В.И., Осипов B.C.

199. A.c. №1483313 Б.И. 1989, №20 Устройство управления термоциклическими испытаниями дисков турбоагрегатов на разгонных стендах. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин J1.C., Рапопорт Э.Я.

200. A.c. №1502974 Б.И. 1989, №31 Устройство программного управления нагревом роторов турбоагрегатов при разгонно-циклических испытаниях. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Рапопорт Э.Я., Кохановский1. B.Д.

201. A.c. №1677879 Б.И. 1988, №20 Индукционная нагревательная установка. Базаров A.A., Данилушкин А.И., Зимин JI.C.

202. А. с. № 1339819. Б.И. 1987, №35. Регулируемый преобразователь переменного напряжения в переменное. Данилушкин А.И., Синдяков Л.В.