К.т.н. В.Ф. Очков (МЭИ-ТУ) http://twt.mpei.ac.ru/ochkov
(Статья в журнале Новое в
российской электроэнергетике, № 5,
В начале
На рис. 1 показано ведение расчетов по теплофизическим свойствам воды и водяного пара с визуализацией исходной точки (давление и температура) на термодинамической поверхности. Расчеты ведутся с использованием пакета программ WaterSteamPro (www.wsp.ru), который можно скачать из Сети, если необходимо интегрировать подобного рода расчеты в другие программные среды (Mathcad, Excel, языки программирования высокого уровня и т.д.). Но если требуется выполнить единичный расчет (справку) по параметрам воды и водяного пара, то достаточно обратиться к сайту, адрес которого прописан в верхней части рис. 1. На сайте http://www.wsp.ru/en/test в режиме on-line-расчетов выложены все функции пакета WaterSteamPro.
На рис. 2 отображен Интернет-расчет процесса адиабатного (изоэнтропного) расширения водяного пара с визуализацией на h,s-диаграмме, что позволяет видеть не только число (например, влажность пара в конце процесса его адиабатного расширения), но и саму линию расширения в окружении «реперных» точек и линий: линии насыщения, изотерм, изобар и т.д. Это дает возможность считывать с сайта не только некую «статику» расчета (число – влажность пара), но и его «динамику» – прогнозирование результата при изменении исходных данных. Кроме расчетов простейших процессов расширения (рис. 2) на сайте www.vpu.ru/mas выложены и более сложные расчеты процессов: расширение пара и других рабочих сред в реальных паротурбинных, газотурбинных и парогазовых энергетических циклах.
На рис. 3 отображен сайт в Интернете, по которому можно рассчитать теплопроводность металлов и сплавов, в том числе применяемых в энергетике, в зависимости от температуры. На сайте, как и в случае, отображенном на рис. 2, показана не только «статика» – значения теплопроводности выбранного из списка металла или сплава при заданном значении температуры, но и «динамика» – график изменения данного параметра от температуры с фиксацией рабочей точки, выбранной посетителем сайта. Представлены два графика: сплайн-интерполяция и полиноминальное сглаживание по точкам, взятым из «бумажного» справочника [5]. Коэффициенты сплайна (его степень задается пользователем и ограничена числом точек и требованиями к точности расчета – в некоторых случаях можно ограничиться только линейной интерполяцией при n = 1) также выводятся на сайт. Это позволяет легко запрограммировать требуемую зависимость в любой программной среде, где необходимы такие расчеты: в математических пакетах, табличном процессоре, языках высокого уровня.
На сайте www.vpu.ru/mas посетитель найдет справочные данные, подобные тем, какие показаны на рис. 3, и по другим параметрам (теплоемкость, вязкость, термическое расширение, прочностные характеристики, электрическое сопротивление и т.д.) теплоносителей и материалов, используемых в энергетике (конструкционные, теплоизоляционные и строительные материалы, турбинные и трансформаторные масла, мазуты и т.д.).
К справочным данным относят и разного рода формулы, используемые в теплоэнергетических расчетах. На рис. 4 показан один из таких сайтов, где приведены формулы для расчета одного из случаев стационарного теплообмена. Формулы на сайте «живые» (on-line-calculation): посетитель сайта может изменить значение переменных, фигурирующих в формулах, и просмотреть рассчитанные данные (число), но опять же, как в случаях, показанных на предыдущих рисунках, проследить некую «динамику» процесса на графике.
Все расчеты на сайте www.vpu.ru/mas ведутся с использованием и контролем физических величин. Посетители сайта имеют возможность выбрать единицы измерения исходных величин (рис. 1) и считать ответ в тех единицах, которые ему более подходят (рис. 4). Это общая мировая тенденция ведения научно-технических расчетов, связанная с более гибким подходом к единицам физических величин и отказом от одной системы измерений, которая так и не стала и не может стать единственной и доминирующей.
Подводя некий «итог» по рис. 1-4, отметим, что в настоящее время Издательство МЭИ (http://www.mpei-publishers.ru) готовит Интернет-версию справочника-четырехтомника «Теплоэнергетика и теплотехника» (см. http://twt.mpei.ac.ru/TTHB). Другие аналогичные проекты: http://twt.mpei.ac.ru/GDHB, http://twt.mpei.ac.ru/PVHB, http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/EM и http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Rotach/index.html.
На сайте www.vpu.ru/mas кроме графиков выложены и номограммы, которые полностью повторяют свои «бумажные» аналоги. Так на рис. 5 в качестве примера показана одна из номограмм Интернет-приложения теплового расчета парового котла нормативным методом [6]. Данная номограмма является по своей сути функцией трех аргументов и обрабатывает некие эмпирические данные. В on-line-расчете номограмма опять же может показаться лишней, но она, как и в других вышеописанных случаях «визуализирует» расчет, позволяет вести дополнительный контроль исходных данных. Кроме того, инженеры к номограммам привыкли, а «привычка – это вторая натура».
На сайте www.vpu.ru/mas помимо справочных и нормативных данных размещены и практические расчеты, связанные как с эксплуатацией теплоэнергетического оборудования, так и с его возможной модернизацией[1].
На рис. 6 показана одна из страниц набора сайтов с типовыми энергетическими характеристиками (ТЭХ), по которым оценивается работа конденсатора турбины [7]. В расчетном сайте фигурируют не только функция трех аргументов, возвращающая значение температурного напора конденсатора, но и расчет степени сухости пара, поступающего из турбины в конденсатор. Данный расчет сделан с опорой на пакет WaterSteamPro, упомянутый выше.
На рис. 7 показано начало и окончание Интернет-оценки технико-экономических показателей возможной реконструкции схемы установки по подготовке добавочной воды на тепловой электростанции с учетом двух современных технологий, использующих высокоскоростные противоточные ионообменные фильтры и мембранные установки. Инженерно-технический и руководящий персонал электростанции, планирующий ее реконструкцию, может с помощью данного сайта оценить размер капитальных вложений в реконструкцию и будущие эксплуатационные расходы, а также другие технико-экономические параметры. Полученные результаты могут служить отправной точкой для дальнейшего более детального проектирования.
Кроме того, в вышеотмеченном сайте есть ссылки на on-line расчеты, содержащиеся учебных пособиях и учебниках для студентов-энергетиков. Примеры: «Водоподготовка в энергетике» – www.vpu.ru, «Теория автоматического управления» – http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Rotach/index.html и др.
Технология ведения расчетов в Интернете позволяет решить следующие проблемы.
Инженерно-техническому персоналу электростанций и энергообъединений для рутинных (и не только) расчетов не понадобится ставить на компьютеры специальные программы – достаточно иметь доступ в Сеть[2]. Новые расчетные методики становятся моментально доступны тем, кто в них нуждается.
Перенос справочной информации из бумажных носителей в Интернет, во-первых, резко повышает оперативность ее поиска и удобство работы с нею. Поиск можно осуществить, обращаясь к разного рода поисковым системам Интернет (например, www.yandex.ru). Найденный нужный сайт инженер фиксирует в разделе «Избранное» браузера Интернет и после этого расчет всегда будет «под рукой» у инженера или исследователя. Во-вторых, перенос табличной информации с бумаги в Интернет с ее обработкой позволяет легко выявить ошибки, вернее, опечатки, часто встречающиеся в таблицах.
В «бумажных» таблицах и формулах к сожалению «сидят» ошибки и опечатки, которые практически невозможно выявить авторами, редакторами и корректорами и которые переходят из справочника в справочник. Но сплайн-интерполяция, отображенная на рис. 3 при опечатке (например, в таблице стоит число 3737 вместо 3537), переносимой из «бумажной» таблицы в ее электронный аналог, сразу выдает возмущающую «волну», заставляющую искать и исправлять ошибку или опечатку.
Ошибки и опечатки могут быть и на сайте. Но при их обнаружении они быстро и незаметно для посетителей сайта исправляются.
Расчетный сайт www.vpu.ru/mas является результатом коллективного творчества. Расчетные документы для сайта готовятся в среде математической программы Mathcad, которая в настоящее время хорошо известна инженерно-техническим и научным работникам, студентам технических вузов. Созданные в Mathcad расчеты переносятся в Интернет с минимальными доработками.
Коллектив разработчиков сайта готов к разработки расчетных Интернет-методик по индивидуальным заказам энергопредприятий и энергообъединений. Не исключена передача расчетных файлов для запуска их на компьютерах, не имеющих пока выхода в интернет.
1. Очков В.Ф. Mathcad 12 для студентов и инженеров. С-Пб.: БХВ-Петербург, 2005 (сайт книги http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/Mathcad_12).
2. Очков В.Ф. Математические пакеты: От натурального хозяйства к товарному производству через Интернет. «КомпьютерПресс», 2004, № 5.
3. Очков В.Ф. Решение инженерно-технических задач в
среде Mathcad. Справочник «Теплоэнергетика и теплотехника». Кн.
4. Очков В.Ф., Утенков В.Ф., Орлов К.А. Теплотехнические расчеты в среде Mathcad. «Теплоэнергетика», 2000, № 2.
5. Анализ изотерм ионного обмена с использованием пакета Mathcad / В.Ф. Очков, А.П. Пильщиков, А.П. Солодов и др. «Теплоэнергетика», 2003, № 7.
6. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). СПб.: НПО ЦКТИ, 1998.
7. Грибин В.Г., Очков В.Ф., Буринов М.А. Типовые энергетические характеристики и расчеты в Интернет. «Энергетик», 2004, № 11
Дополнительная:
Кобзев Г.А., Ягов В.В, Еркимбаев А.О. и др. Интернет портал
отечественных теплофизиков. Ресурсы для преподавания и профессиональной
деятельности. Вестник МЭИ, №5,
Рис. 1. Термодинамические параметры и термодинамическая поверхность воды и водяного пара в Интернете (http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/VTP_wsp.mcd)
Рис. 2. Пример расчета в Интернет процесса расширения водяного пара (http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/h_s_Exp.mcd)
Рис. 3. Интернет-расчет и
графическое отображение одного из параметров сплава, применяемого в энергетике (http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Therm/Heat_Cond_alloy.mcd)
Рис. 4. Пример «живых» расчетных формул в Интернете (http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Therm/Heat_Flow_6.mcd)
Рис. 5. Пример «живой» номограммы в Интернете (http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Boiler/Th_C_B_Nom_2.mcd)
Рис. 6. Пример в Интернет работы с типовой энергетической характеристикой турбоагрегата (http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/Turbine/80_KCS/80_KCS_LMZ_1_3_5.mcd)
Рис. 7. Пример оценки в Интернете технико-экономических параметров реконструкции химцеха электростанции (http://twt.mpei.ac.ru/MAS/Worksheets/New_VPU/Anketa.mcd)
www.thermophysics.ru – портал по теплофизике для студентов, преподавателей и научных сотрудников
www.edata-center.com – американский платный портал в том числе и по теплофизике
[1] Пример расчета по нормативным документам: расчет теплоизоляции труб теплосети в соответствии со строительными нормами и правилами (http://twt.mpei.ac.ru/mas/worksheets/Izol_Trub_Teploset.mcd).
[2] Расчеты могут вестись не только в глобальной сети Интернет, но и в корпоративных сетях (Интранет) крупных электростанций и энергообъединений. В настоящее время ведется работа по созданию подобного расчетного сайта в Главном вычислительном центре энергетики (www.gvc.elektra.ru). В частности, планируется создать и аттестовать расчетные документы по методикам, содержащимся в различных РД (отраслевых стандартах энергетики).
