Advances in Mechanical and Power Engineering II

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. Fluid Mechanics and Heat Transfer in Power Engineering

   1. Frontmatter

   2. Parametric Effects on Advanced Exergy and Exergoeconomics of a Gas-Fired Steam Power Plant Boiler

      Uchenna Azubuike, Howard Njoku, Onyemaechi Ekechukwu

      Das Kapitel vertieft sich in die fortgeschrittene Exergie- und exergoökonomische Analyse eines gasbefeuerten Dampfkraftwerkskessels und adressiert die Grenzen konventioneller Methoden. Sie konzentriert sich darauf, Exergiezerstörungsraten, Kosten und Investitionen in unvermeidliche und vermeidbare Teile aufzuteilen, um Verbesserungspotenziale zu ermitteln. Darüber hinaus enthüllt es endogene und exogene Anteile der Exergiezerstörungsraten, um den Einfluss miteinander verbundener Komponenten-Ineffizienzen zu beurteilen. Die Studie zielt darauf ab, ein umfassendes Verständnis der Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Kessels zu vermitteln und wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung und Verbesserung des Systems zu liefern.

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   3. Aeroelastic State of Turbine Rotor During Harmonic Blade Oscillations

      Lyubov Kolodyazhnaya, Yuriy Bykov, Romuald Rza̧dkowski

      Das Kapitel befasst sich mit dem aeroelastischen Zustand von Turbinenrotorblättern bei harmonischen Schwingungen und beleuchtet die entscheidende Rolle aerodynamischer Kräfte bei der Schwingung der Flügel. Er diskutiert das Potenzial für Blattschäden und die Bedeutung des Verständnisses dieser Dynamik für die Verbesserung der Zuverlässigkeit von Turbomaschinen. Die Studie konzentriert sich auf eine leistungsstarke 370-MW-Dampfturbine, bei der Wurzelschäden an den Flügeln festgestellt wurden. Die Autoren verwenden numerische Methoden, um die aeroelastischen Eigenschaften der Turbinenschaufelreihe unter harmonischen Oszillationen unter Berücksichtigung sowohl idealer als auch viskoser Gasströme zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen die Abhängigkeit der Aerodamping-Koeffizienten von den Phasenwinkeln der Zwischenklingen, was potenziell instabile Modi und das Flatterrisiko aufzeigt. Das Kapitel bietet einen detaillierten Vergleich mit anderen Studien, der die Gültigkeit der vorgeschlagenen Methode bestätigt und Einblicke in die komplexe Wechselwirkung zwischen Gasfluss und Flügelschwingungen bietet.

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   4. Experimental Studies of Diffuser Fins Effect in Pump-Turbine Draft Tube on Pressure Pulsations in Turbine Mode

      Andrii Rusanov, Oleg Khoryev, Yevgen Ahibalov, Pavlo Korotaіev, Yuriy Bykov

      Das Kapitel vertieft sich in die experimentellen Untersuchungen von Diffusorrippen in Pumpturbinenzugrohren, wobei der Schwerpunkt auf deren Wirkung auf Druckpulsationen im Turbinenbetrieb liegt. Er diskutiert die globale Landschaft der erneuerbaren Energien, die Herausforderungen, vor denen Hydroturbinen aufgrund der Integration erneuerbarer Energiequellen stehen, und die Notwendigkeit verbesserter Manövrierbarkeit und Stabilität. Die Studie verwendet ein Modell der ORO5217-Pumpturbine mit RK5217- und RK5217M2-Laufrädern, um den Einfluss von Rippen unterschiedlicher Länge auf Druckpulsationen zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass Rippen niederfrequente Druckpulsationen bei Teillasten signifikant verringern können, obwohl ihre Wirkung je nach Ausführung des Läufers und Betriebsbedingungen variiert. Das Kapitel vergleicht die Ergebnisse auch mit früheren numerischen und experimentellen Studien und betont die Bedeutung der experimentellen Validierung für das Verständnis der Hydroturbinendynamik.

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   5. Liquid Vibrations Analysis of Baffled Reservoirs with Fuzzy Concepts Implementation

      Neelam Choudhary, Kyryl Degtyariov, Vasyl Gnitko, Denis Kriutchenko, Elena Strelnikova

      Das Kapitel geht dem kritischen Thema flüssiger Vibrationen in verwirrten Behältern nach, die in verschiedenen Branchen weit verbreitet sind. Darin werden die Herausforderungen erörtert, die von schwappenden Phänomenen unter intensiven Belastungen ausgehen, und die Notwendigkeit präziser Vorstudien. Die Forschungsmethode beinhaltet die Implementierung von verschwommenen Konzepten, um Unsicherheiten bei Lastschwankungen zu beheben und eine robustere Analyse zu liefern. Die Studie verwendet Methoden der Grenzelemente und unscharfe Mathematik, um dynamische Eigenschaften abzuschätzen, und bietet einen neuartigen Ansatz zur Simulation flüssiger Schwingungen. Die Ergebnisse zeigen die Effektivität von Schallwänden bei der Abmilderung von Flüssigkeitsschwingungen, wobei die Schwallamplituden deutlich reduziert werden. Das Kapitel beleuchtet auch die Grenzen aktueller Methoden und schlägt zukünftige Forschungsrichtungen vor, was es zu einer wertvollen Ressource für Spezialisten auf diesem Gebiet macht.

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   6. Influence of Cylinder Diameter and Position on Thermal and Hydrodynamic Interaction of Shedding Vortices with the Heat Exchanger Wall

      Basile Perly, Izabela Wardach-Święcicka, Dariusz Kardaś

      Das Kapitel untersucht die Optimierung eines Gegenstromwärmetauschers, der zylindrische Hindernisse nutzt, um von Kármán-Wirbel zu erzeugen, wodurch die Durchmischung von Flüssigkeiten und der Wärmetransfer verbessert werden. Sie konzentriert sich auf den Einfluss von Zylinderdurchmesser und -position auf thermische und hydrodynamische Wechselwirkungen und zeigt, dass die strategische Platzierung von Zylindern die Wärmedurchgangskoeffizienten signifikant erhöhen und gleichzeitig den Druckabfall minimieren kann. Die Studie verwendet detaillierte numerische Simulationen, um die Auswirkungen von Ein- und Zweizylinderkonfigurationen zu analysieren und bietet praktische Erkenntnisse für die Konstruktion und Optimierung von Wärmetauschern.

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3. Energy Saving Technologies and Environmental Safety

   1. Frontmatter

   2. Assessment of the Second-Order Phase Transition Effect on the Thermal Efficiency of a Theoretical Rankine Cycle

      Anatolii Tarelin, Iryna Annopolska, Yevhen Lukianov, Andriy Tarelin

      Das Kapitel geht der Bewertung von Phasenübergängen zweiter Ordnung auf die thermische Effizienz eines Rankine-Zyklus nach und beleuchtet die Grenzen traditioneller Methoden und das Potenzial neuer Ansätze wie etwa der Nutzung von Kraftfeldern zur Veränderung der thermodynamischen Eigenschaften von Wasser. Es überprüft bestehende Literatur über die Wirkung von Magnetfeldern auf Wasser und präsentiert originale experimentelle Studien zum Einfluss eines transversalen Magnetfelds auf die Wärmekapazität von Wasser. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass signifikante Verbesserungen der Zykluseffizienz ohne größere Konstruktionsänderungen erreicht werden können, was dieses Gebiet zu einem spannenden Bereich für weitere Forschung und Anwendung in der Stromerzeugung macht.

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   3. Experimental Adjustment of a Double-Circuit Closed Loop System of Active Silencing of the Magnetic Field Generated by a Double-Circuit Power Line

      Borys Kuznetsov, Ihor Bovdui, Olena Voloshko, Tetiana Nikitina, Valerii Kolomiiets

      Das Kapitel geht dem kritischen Thema der Magnetfeld-Exposition durch Freileitungen in der Nähe von Wohngebäuden nach und beleuchtet die Gesundheitsrisiken, die mit einer längeren Exposition einhergehen. Es wird eine Methode eingeführt, um das Magnetfeld, das durch Doppelkreis-Stromleitungen erzeugt wird, aktiv zum Schweigen zu bringen, wobei der Schwerpunkt auf der in der Ukraine üblichen "Barrel" -Anordnung liegt. Die Forschung befasst sich mit der Notwendigkeit eines robusten Systemdesigns, wobei Unsicherheiten in das anfängliche Magnetfeldmodell einbezogen werden und ein stochastischer Multiagenten-Optimierungsalgorithmus für die multikriterielle Optimierung vorgeschlagen wird. Das Kapitel präsentiert experimentelle Ergebnisse, die eine erhebliche Verringerung des Magnetfeldniveaus belegen, was es zu einer wertvollen Ressource für Fachleute macht, die innovative Lösungen für die Sicherheit von Energiesystemen suchen.

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   4. Magnetic Field Active Silencing in One-Storey Old Buildings Closed to Power Line

      Ihor Bovdui, Borys Kuznetsov, Olena Voloshko, Tetiana Nikitina, Borys Kobylianskyi

      Dieses Kapitel geht dem kritischen Problem der Magnetfeld-Exposition in einstöckigen Altbauten in der Nähe von Hochspannungsleitungen nach, die das Sicherheitsniveau überschreiten können. Es führt aktive Schalldämpfungsmethoden als praktikable Lösung ein, die sich auf die Konzeption und experimentelle Validierung eines robusten Systems konzentrieren. Die Forschung hebt die Herausforderungen der Modellierung von Unsicherheiten und die Notwendigkeit eines hohen Schalldämpfungsfaktors hervor, der durch einen Minimax-Optimierungsansatz erreicht wird. Das Kapitel schließt mit experimentellen Ergebnissen, die eine erhebliche Verringerung der Magnetfeldstärke zeigen, was es zu einer wertvollen Ressource für Fachleute macht, die nach wirksamen Lösungen für dieses Problem suchen.

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   5. Modeling of Temperature Distributions in Axisymmetric Elements of Complex Metallurgical Systems on the Basis of Nonlocal Problems

      Viktor Lyashenko, Michail D. Todorov, Elena Kobilskaya, Olga Demyanchenko, Dimitrios Statharas

      Das Kapitel befasst sich mit der Modellierung von Temperaturverteilungen in axisymmetrischen Elementen komplexer metallurgischer Systeme unter Verwendung nichtlokaler Probleme. Sie befasst sich mit den Grenzen von Grenzwertproblemen bei der genauen Reflexion von Temperaturverteilungen, insbesondere an Grenzen. Die Autoren schlagen ein mathematisches Modell vor, das auf nichtlokalen integralen Bedingungen beruht und sich auf die Energiebilanz konzentriert, um die Regelparameter des Temperaturfeldes zu bestimmen. Die Methodik beinhaltet die Lösung eines nichtlokalen inversen Problems, das durch vergleichende Analyse mit experimentellen Daten aus 3D-Druck- und Glühprozessen validiert wird. Die Ergebnisse zeigen die Überlegenheit des nichtlokalen Problemansatzes gegenüber herkömmlichen Grenzwertproblemen und machen ihn zu einem praktischen Werkzeug für die Temperaturregelung in komplexen Systemen.

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   6. Experimental Study of the Porosity of Ni + Zn + Al2O3 Coatings Deposited by Low-Pressure Cold Spraying

      Oleksandr Shorinov, Kostyantyn Balushok

      Das Kapitel befasst sich mit der experimentellen Untersuchung der Porosität von Ni + Zn + Al2O3-Beschichtungen, die durch Kaltsprühen mit niedrigem Druck abgeschieden werden, eine Methode, die für ihre hochwertigen Eigenschaften und niedrigen Betriebstemperaturen bekannt ist. Die Forschung konzentriert sich auf die wichtigsten physikalischen Mechanismen des Kaltsprühens, wie Teilchenbeschleunigung und Klebstoff-Kohäsions-Bindung. Es unterstreicht die Bedeutung der Optimierung von Prozessparametern wie Temperatur, Druck und Sprühabstand, um die gewünschten Beschichtungseigenschaften zu erreichen. Die Studie untersucht den Einfluss dieser Parameter auf die Porosität von Beschichtungen mithilfe eines vollständigen faktoriellen Experiments und liefert wertvolle Einblicke in die Beziehungen zwischen Prozessvariablen und Beschichtungsqualität. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung technologischer Empfehlungen zur Bildung von Schutz- und Restaurationsschichten auf Titanlegierungsteilen und tragen zu Fortschritten auf dem Gebiet der Werkstoffwissenschaft und des Maschinenbaus bei.

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   7. System of Automatic Notification of Personnel About Damage to Power Supply Facilities

      Sergiy Panchenko, Valentyn Moiseienko, Olha Аnanіevа, Mykhailo Babaiev, Vasyl Sotnyk

      Das Kapitel stellt ein umfassendes System zur automatischen Benachrichtigung des Bahnpersonals über Schäden an Stromversorgungseinrichtungen vor. Es unterstreicht die Relevanz dieses Systems im Kontext der jüngsten technologischen Fortschritte und der dringenden Notwendigkeit, die Reaktionszeiten aufgrund kriegsbedingter Infrastrukturschäden zu verbessern. Die Autoren diskutieren den aktuellen Stand automatisierter Kontrollsysteme und identifizieren Lücken, die durch die Integration moderner Informationstechnologien geschlossen werden können. Das vorgeschlagene System zielt darauf ab, unproduktive Zeit und menschliche Fehler zu verringern, indem es den Benachrichtigungsprozess automatisiert, persönliche mobile Geräte zur Kommunikation nutzt und ein Punktesystem zur Motivation des Personals implementiert. Das Kapitel berührt auch das Potenzial für die Auslagerung von Wartungs- und Reparaturprozessen und die Notwendigkeit weiterer regulatorischer und methodischer Entwicklungen im Energieversorgungssektor.

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   8. Effective Management of Water Resources Cooling System Discharges at Nuclear Power Plants

      Pavlo Kuznietsov, Olesya Yaroschuk, Olha Biedunkova, Alla Pryshchepa, Oleksandr Antonyuk

      Das Kapitel geht auf die entscheidende Rolle eines effektiven Wassermanagements in Kernkraftwerken ein und konzentriert sich auf das Kernkraftwerk Rivne als Fallstudie. Sie unterstreicht den erheblichen Wasserverbrauch bei der Stromerzeugung aus Kernkraft und die Notwendigkeit innovativer Wassernutzungspraktiken, um einen nachhaltigen Betrieb zu gewährleisten. Die Forschungsarbeiten umfassen eine eingehende Analyse von Kühlsystemkonzepten, Wasseraufbereitungsmethoden und Umweltverträglichkeitsprüfungen. Schlüsselergebnisse zeigen, dass die Optimierung des Wasserverbrauchs durch Recycling und Wiederverwendung den Wasserverbrauch und die Umweltauswirkungen deutlich verringern kann. Das Kapitel betont auch die Bedeutung robuster Überwachungsprogramme, um die Wasserqualität aufrechtzuerhalten und die Einhaltung regulatorischer Standards sicherzustellen. Insgesamt bietet die Studie wertvolle Einblicke in die Herausforderungen und Lösungen des Wassermanagements für Kernkraftwerke und ist daher ein Pflichtlektüre für Fachleute auf diesem Gebiet.

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   9. Modelling Safety System of Waveguides Made of Regenerated Hard Alloy

      Oleksandr Shapoval, Iurii Savchenko, Yurii Parshyn, Oksana Khrebtova, Viktoriia Kulynych

      Das Kapitel befasst sich mit der innovativen industriellen Technologie zur Herstellung von Wellenleitern und Werkzeugen aus Wolfram-Kobalt- und Wolfram-Nickel-Legierungen durch direkte Regeneration von Sekundärrohstoffen ohne traditionelle thermochemische und metallurgische Methoden. Sie hebt den Einsatz von Stoßwellenbehandlung hervor, um die strukturellen und mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen zu verbessern, wodurch sie sich für verschiedene Anwendungen eignen, darunter Präzisionsmessgeräte und korrosionsbeständige Werkzeuge. Die Studie diskutiert auch die Wirtschaftlichkeit und den ökologischen Nutzen dieser Technologie und positioniert sie als nachhaltige Lösung für das Recycling harter Legierungen aus veralteter Munition. Das Kapitel ist reich an technischen Details und präsentiert eine umfassende Analyse der chemischen Zusammensetzung, der Schleifmethoden, der Sinterprozesse und der physikalischen und mechanischen Eigenschaften der regenerierten Legierungen.

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   10. Increasing the Life of Lance Tips with Extended Laval Nozzles

       Iurii Savchenko, Oleksandr Shapoval, Sergei Panteikov, Inna Zhulkovska, Oleg Zhulkovskyi

       Das Kapitel konzentriert sich auf die entscheidende Rolle der obersten Sauerstofflanzenspitzen im Stahlherstellungsprozess und die Herausforderungen, die ihre begrenzte Haltbarkeit mit sich bringt. Sie befasst sich mit der Entwicklung eines neuen Designs mit verlängerten Laval-Düsen und einem verbesserten Kühlsystem, das die Lebensdauer dieser Komponenten nachweislich drastisch verlängert. Die Forschung umfasst Hochtemperaturmodellierung, experimentelle Validierung und eine detaillierte Analyse der Kühldynamik innerhalb der Lanzenspitzen. Das neue Design verbessert nicht nur die Effizienz des Kühlprozesses, sondern geht auch das häufige Problem stagnierender Wasserzonen an, was zu einer deutlichen Verbesserung der Gesamtleistung und Langlebigkeit der Lanzenspitzen führt. Die Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Stahlindustrie und bieten eine praktische Lösung für ein hartnäckiges Problem, das die Produktivität und die Betriebskosten beeinflusst.

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   11. Development of the Slag-Splashing Lance for Slag Skull Coating the Converter Lining

       Elena Panteikova, Sergei Panteikov, Oleg Zhulkovskyi, Inna Zhulkovska, Iryna Pieieva

       Das Kapitel behandelt die Entwicklung der Schlackenspritzlanze, eines revolutionären Werkzeugs zur Anwendung flüssiger Schlacke auf Konverterauskleidungen, um deren Lebensdauer zu verlängern. Es beginnt mit einer Einführung in die Eisenmetallurgie und die Bedeutung des Basic Oxygen Furnace (BOF) -Verfahrens. Das Kapitel vertieft sich dann in die historische Entwicklung der Schlackenspritztechnologien, von ihren Anfängen in Japan bis zu ihrer weltweiten Verbreitung. Sie hebt die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile dieser Technologien hervor, wie etwa geringere Kosten für den Ersatz der Auskleidung und die Abfallproduktion. Der Kern des Kapitels konzentriert sich auf die Entwicklung eines neuen Schädellanzendesigns, das gruppierte Lanzendüsen unterschiedlicher Querschnitte umfasst, um Schlacke effektiver auf verschlissene Bereiche aufzutragen. Das Kapitel enthält detaillierte Beschreibungen des Designs, der Tests und der Ergebnisse der neuen Lanze, die ihre Wirksamkeit bei der Erhöhung der Haltbarkeit der Auskleidung und der Verringerung des Feuerfestverbrauchs demonstrieren. Darüber hinaus werden laufende Forschungsarbeiten und zukünftige Entwicklungen diskutiert, die darauf abzielen, die Haltbarkeit dieser Lanzen weiter zu verbessern. Das Kapitel schließt mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und ihrer Auswirkungen auf die Stahlindustrie.

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   12. Techno-Economic Method for the Rational Choice of Air Source Heat Pumps for Bivalent Heating Systems

       Mikhail Kuznetsov, Victoria Tarasova, Andrii Kostikov

       Das Kapitel stellt eine techno-ökonomische Methode zur Auswahl von Luft-Wärmepumpen in bivalenten Heizsystemen vor, die sich der Herausforderung des Übergangs zu energieeffizienten Technologien stellt. Sie unterstreicht, wie wichtig es ist, die Wärmepumpeneigenschaften an die örtlichen klimatischen und wirtschaftlichen Bedingungen anzupassen, um die Kosten zu minimieren und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Die Methode wird anhand einer Fallstudie an einem typischen Wohnhaus in Charkiw demonstriert, in der gezeigt wird, wie der vorgeschlagene Ansatz zu erheblichen Kosteneinsparungen und höherer Effizienz bei Heizsystemen führen kann.

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