Челябинские ученые придумали цифрового двойника для энергоустановок
19 июля 2019
Фото: официальный сайт ЮУрГУ
Виртуальная модель энергоустановки позволит снизить вредные выхлопы, повысить ее мощность и КПД без ущерба для экологии.
Челябинские ученые запатентовали компьютерную программу для создания цифровых двойников энергоустановок. Уникальная разработка, выполненная в рамках нацпроекта «Цифровая экономика», может найти применение при модернизации гибридных ветроэнергетических установок, создании насосов, автомашин и другой техники. Как сообщили разработчики, цифровой двойник энергоустановки, созданный на базе программы ученых ЮУрГУ, по прогнозам, в десятки раз снизит затраты на ее проектирование и испытания, повысит надежность и эффективность.
Двигатели для малой энергетики широко применяются в промышленности, нефтегазовой отрасли, сельском хозяйстве, для отопления и снабжения электроэнергией отдаленных сел.
— Мы разработали виртуальную имитационную модель энергоустановки с поршневым двигателем внутреннего сгорания, собираемую мышкой на дисплее компьютера по заданным свойствам и параметрам, — сообщил профессор кафедры колесных и гусеничных машин ЮУрГУ Андрей Малоземов. — С ее помощью можно проводить сложнейшие расчетные эксперименты на виртуальном стенде. При этом происходит компьютерная имитация реальной работы мотора. Наша программа может создавать проверочные модели даже для так называемых когенерационных установок, вырабатывающих и тепло, и электроэнергию.
По словам Андрея Малоземова, двигатели внутреннего сгорания должны исправно работать в широком диапазоне условий, в том числе экстремальных. Создать их в лабораторных условиях крайне сложно, для этого нужно дорогостоящее климатическое оборудование. А применение разработанного учеными программного обеспечения позволит снизить затраты на эксперименты и вносить в конструкцию коррективы.
Пример моделирования медленного процесса предпускового разогрева двигателя
Внося изменения в цифровую модель, ученые получают оптимальные конструктивные характеристики двигателя, а имитируя разные условия работы, отслеживают, как изменилась электрическая и тепловая мощность энергоустановки, уменьшились ли выбросы вредных веществ в атмосферу. Реальный же эксперимент проводится на конечной стадии разработки двигателя, когда оптимальные характеристики уже найдены. Причем в отличие от зарубежных аналогов челябинская виртуальная модель более гибкая: в нее можно внести коррективы на всех этапах создания цифрового двойника.
— Одновременно мы решаем проблему утилизации выделяемой двигателем тепловой энергии, — резюмирует Андрей Малоземов. — Более того, планируем использовать ее «дармовой» ресурс. Значит, нужно научиться с пользой применять тепло, вместе с выбросами улетающее в выхлопную трубу. Коэффициент полезного действия стандартного поршневого двигателя не превышает 40-45 %, а большая часть энергии безвозвратно теряется. Но можно ее заставить приносить пользу, оптимизируя с помощью имитационной модели конструкцию и параметры работы двигателя. Я уверен, в скором будущем мы будем утилизировать большую часть вырабатываемой теплоэнергии, чтобы затем использовать, к примеру, для отопления зданий или салона автомобиля.
Двигатели для малой энергетики широко применяются в промышленности, нефтегазовой отрасли, сельском хозяйстве, для отопления и снабжения электроэнергией отдаленных сел.
— Мы разработали виртуальную имитационную модель энергоустановки с поршневым двигателем внутреннего сгорания, собираемую мышкой на дисплее компьютера по заданным свойствам и параметрам, — сообщил профессор кафедры колесных и гусеничных машин ЮУрГУ Андрей Малоземов. — С ее помощью можно проводить сложнейшие расчетные эксперименты на виртуальном стенде. При этом происходит компьютерная имитация реальной работы мотора. Наша программа может создавать проверочные модели даже для так называемых когенерационных установок, вырабатывающих и тепло, и электроэнергию.
По словам Андрея Малоземова, двигатели внутреннего сгорания должны исправно работать в широком диапазоне условий, в том числе экстремальных. Создать их в лабораторных условиях крайне сложно, для этого нужно дорогостоящее климатическое оборудование. А применение разработанного учеными программного обеспечения позволит снизить затраты на эксперименты и вносить в конструкцию коррективы.
Пример моделирования медленного процесса предпускового разогрева двигателя
Внося изменения в цифровую модель, ученые получают оптимальные конструктивные характеристики двигателя, а имитируя разные условия работы, отслеживают, как изменилась электрическая и тепловая мощность энергоустановки, уменьшились ли выбросы вредных веществ в атмосферу. Реальный же эксперимент проводится на конечной стадии разработки двигателя, когда оптимальные характеристики уже найдены. Причем в отличие от зарубежных аналогов челябинская виртуальная модель более гибкая: в нее можно внести коррективы на всех этапах создания цифрового двойника.
— Одновременно мы решаем проблему утилизации выделяемой двигателем тепловой энергии, — резюмирует Андрей Малоземов. — Более того, планируем использовать ее «дармовой» ресурс. Значит, нужно научиться с пользой применять тепло, вместе с выбросами улетающее в выхлопную трубу. Коэффициент полезного действия стандартного поршневого двигателя не превышает 40-45 %, а большая часть энергии безвозвратно теряется. Но можно ее заставить приносить пользу, оптимизируя с помощью имитационной модели конструкцию и параметры работы двигателя. Я уверен, в скором будущем мы будем утилизировать большую часть вырабатываемой теплоэнергии, чтобы затем использовать, к примеру, для отопления зданий или салона автомобиля.
Поделиться
