Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде философия докторы (PhD) дәрежесін алу үшін Байдалина Айнура Кажиакпаровна «8D07117 – Жылуэнергетика» білім беру бағдарламасы бойынша «Отын жағатын құрылғының өрт кеңістігіндегі отын-ауа қоспасының аэродинамикасын ескере отырып, зиянды шығарындылары аз микрофакельді жанарғыны жасақтау және зерттеу» тақырыбында диссертациясы қорғалады.
Диссертация Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Жылуэнергетикасы» кафедрасында орындалды.
Қорғау тілі - орыс тілінде
Ресми рецензенттер:
Болегенова Салтанат Алихановна – физика-математика ғылымдарының докторы, профессор, Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің «Жылу физикасы және техникалық физика» кафедрасының меңгерушісі, мамандығы: «01.04.14 Жылуфизика және теориялық жылутехника» (Алматы қ., Қазақстан Республикасы);
Сарбасов Ербол Кудайбергенович – PhD (энергетика бойынша), Назарбаев Университетінің Инженерия және цифрлық ғылымдар мектебінің ассистент-профессоры (Астана қ., Қазақстан Республикасы).
Диссертациялық кеңестің уақытша мүшелері:
Оспанов Байтас Санитасұлы - техника ғылымдарының кандидаты, «Самұрық - Энерго» АҚ «Генерация және отын» бөлімінің бас менеджері, мамандығы: «05.14.04: Өнеркәсіптік жылу энергетика» (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
Приходько Евгений Валентинович - техника ғылымдарының кандидаты, профессор, Торайғыров университетінің «Жылуэнергетика» кафедрасының профессоры, мамандығы: «05.14.04: Өнеркәсіптік жылу энергетика» (Павлодар қ., Қазақстан Республикасы);
Бальзамов Денис Сергеевич - техника ғылымдарының кандидаты, Қазан мемлекеттік энергетикалық университетінің «Кәсіпорындарды энергиямен қамтамасыз ету, ғимараттар мен құрылыстарды салу» кафедрасының доценті, мамандығы: «05.14.04: Өнеркәсіптік жылу энергетика» (Қазан қ., Ресей Федерациясы).
Ғылыми кеңесшілері:
Достияров Абай Мухамедиярұлы – техника ғылымдарының докторы, профессор, Ғұмарбек Дәукеев атындағы Алматы энергетика және байланыс университетінің «Жылу энергетика» кафедрасының профессоры, мамандығы: «05.14.04: Өнеркәсіптік жылу энергетика» (Алматы қ., Қазақстан Республикасы);
Жумагулов Михаил Григорьевич – PhD, қауымдастырылған профессор, Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Жылуэнергетика» кафедрасының доценті, мамандығы: «6D071700 – Жылу энергетикасы» (Астана қ., Қазақстан Республикасы);
Илиев Илия Кръстев – техника ғылымдарының докторы, профессор, Ангел Кынчев атындағы Русе университетінің профессоры, мамандығы: «Өнеркәсіптік жылу техникасы» (Русе қ., Болгария).
Қорғау 2025 жылғы 17 мамыр, сағат 11:00 Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «8D07117 – Жылуэнергетика» білім беру бағдарламасы бойынша «8D071 – Инженерия және инженерлік іс» кадрларды даярлау бағыты бойынша диссертациялық кеңесте өтеді. Диссертациялық кеңес мәжілісі аралас форматта (оффлайн және онлайн) өткізіледі деп жоспарлануда.
Мекен-жайы: Астана қ., Қажымұкан көшесі, 13, №133 ауд.
Аңдатпа (қаз.): Диссертациялық зерттеу тақырыбының өзектілігі. Газ энергетикасы әлемдік экономиканың тұрақты дамуын қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады. Жаңартылатын энергия көздерінің (ЖЭК) қарқынды енгізілуіне және атом энергетикасының дамуына қарамастан, табиғи газ ғаламдық энергетикалық жүйенің маңызды элементі болып қала береді. Бұл оның жоғары икемділігімен, салыстырмалы түрде көміртек шығарындыларының аздығымен, сондай-ақ газ инфрақұрылымын жедел орналастыру мүмкіндігімен түсіндіріледі. Атом электр станцияларынан айырмашылығы, олардың құрылысы айтарлықтай уақыт пен қаржы ресурстарын талап етеді, ал газ қондырғыларын әлдеқайда жылдам іске қосуға болады, бұл көптеген елдер үшін тартымды шешімге айналады. Сонымен қатар, табиғи газ көмір мен мұнайға қарағанда шығарындыларының аздығымен ерекшеленетіндіктен, көміртегі бейтарап энергетикасына көшу жолында маңызды рөл атқарады. Күн және жел генерациясы сынды энергия жүйесндегі ЖЭК үлесінің артуы, олардың ауа райы жағдайларна байлланысты өндірісінің тұрақсыздығына байланысты. Мұндай жағдайларда газ электр станциялары энергетикалық жүйенің теңгерімін сақтау үшін өте маңызды болып табылады. Олар резервтік қуат көзі ретінде пайдаланылады, ЖЭК өндірісінің төмендеуін жедел өтеуге және жүктеменің шарықтау кезеңінде қажетті энергияны қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Газ турбиналарының жоғары маневрлік қабілеті олардың жылдам іске қосылып, тоқтатылуына мүмкіндік береді, бұл оларды заманауи энергетикада таптырмас элемент етеді. Көмір және атом станцияларынан айырмашылығы, оларды жұмыс режиміне келтіру үшін ұзақ уақыт қажет, ал газ қондырғылары қажетті қуатты қысқа мерзімде қамтамасыз ете алады, бұл айнымалы жүктеме жағдайында өте маңызды. Табиғи газдың көмір және мұнай сияқты басқа қазба отын түрлерімен салыстырғанда маңызды артықшылықтарының бірі – оның экологиялық қауіпсіздігі. Газды жағу кезінде көмірқышқыл газы (CO₂) мен күкірт оксидтері және қатты бөлшектер сияқты басқа зиянды заттардың шығарылуы айтарлықтай азаяды. Бұл оны төмен көміртекті энергетикаға көшудегі оңтайлы шешімге айналдырады. Климаттың өзгеруімен күресу аясында бұл фактордың маңыздылығы арта түсуде, жоғары шығарындылығымен ерекшеленетін технологиялардан экологиялық таза энергия өндіру әдістеріне біртіндеп көшуге ықпал етеді. Сонымен қатар, табиғи газды көміртекті ұстау және сақтау технологияларымен біріктіруге болады, бұл оны парниктік газдардың шығарындыларын одан әрі азайту тұрғысында одан да тартымды етеді. Жаңартылатын энергия көздері болашағы зор бағыт болып саналса да, олардың кеңінен енгізілуі белгілі бір технологиялық және экономикалық шектеулерге тап болады. Ең үлкен мәселе – энергия өндірудің ауытқуын реттейтін энергия жинақтаудың қуатты жүйелерін құру қажеттілігі. Алайда заманауи электр энергиясын сақтау технологиялары, мысалы, аккумуляторлық батареялар әлі де кең көлемде қолдануға жеткілікті сыйымдылық пен экономикалық тиімділікті қамтамасыз ете алмайды. Осындай жағдайларда газ электр станциялары сенімді шешім болып қала береді, энергетикалық жүйелердің өзгермелі жағдайларға бейімделуіне мүмкіндік береді және тұрақты электрмен жабдықтауды қамтамасыз етеді. Атом энергетикасы да болашағы зор бағыт ретінде қарастырылады, өйткені ол көмірқышқыл газының шығарындыларынсыз электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, оның дамуы қауіпсіздікті қамтамасыз етудің күрделілігі, жоғары капиталдық және пайдалану шығындары, сондай-ақ радиоактивті қалдықтарды ұзақ мерзімді сақтау қажеттілігі сияқты факторлармен шектеледі. Атом станцияларынан айырмашылығы, газ генерациясы аз инвестицияны қажет етеді және жаңа объектілерді қысқа мерзімде салуға болады, бұл көптеген елдер үшін қолжетімді болады. Сонымен қатар, газ энергетикасы ауқымдылығы бойынша әлдеқайда икемді және әртүрлі ұлттық энергетикалық жүйелердің қажеттіліктеріне бейімделуі мүмкін. Табиғи газдың танымалдылығының тағы бір маңызды факторы – оны өндіру, тасымалдау және бөлу инфрақұрылымының дамығандығында. Газ құбырлары отынды ұзақ қашықтықтарға тиімді тасымалдауға мүмкіндік береді, бұл оның қолданылуын экономикалық тұрғыдан орынды етеді. Газ электр станцияларын жылдам іске қосуға және қолданыстағы энергетикалық жүйеге біріктіруге болады, осылайша оны өзгермелі қажеттіліктерге бейімдеуге мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы технологиялар зиянды шығарындылар деңгейін төмендетуге мүмкіндік береді, бұл газ генерациясын экологиялық тұрғыдан одан сайын қауіпсіз етеді. Зиянды шығарындыларды азайту саласындағы инновациялық шешімдердің бірі – отынды толығымен және тиімді жағуды қамтамасыз ететін микрофакельді жанарғыларды қолдану. Бұл технология азот оксидтерінің (NOx) және көмірқышқыл газының шығарындыларын азайтуға ықпал етеді, бұл экологиялық стандарттардың күшейтілуі жағдайында өте маңызды. Жанармай-ауа қоспасының аэродинамикасын жетілдіру жану процесінің тиімділігін арттырады, жылу шығындарын азайтады және зиянды қосылыстардың пайда болуын төмендетеді. Сонымен қатар, микрофакельдік технологиялар жану өнімдеріндегі улы компоненттердің концентрациясын азайтуға мүмкіндік береді, бұл оларды газ турбиналы энергетика саласында перспективалы бағытқа айналдырады. Бұл диссертация экологиялық таза және тиімді отын жағуды қамтамасыз ететін төмен уытты микрофакельді жанарғыны әзірлеу мен зерттеуге арналған. Жану аймағындағы аэродинамикалық процестерді талдауға ерекше назар аударылды, өйткені газдың ауамен араласу сапасы жанудың толықтығына және зиянды заттардың шығарындыларына тікелей әсер етеді. Жанарғының әртүрлі жұмыс режимдерін зерттеу оның тиімділігі мен экологиялық қауіпсіздігін арттыру үшін оңтайлы параметрлерді анықтауға мүмкіндік береді. Мұндай технологияларды дамыту газ турбиналы қондырғылардың экологиялық тазалығын және тиімділігін арттырудың жаңа перспективаларын ашады, оларды заманауи энергия өндіру талаптарына сай бәсекеге қабілетті етеді. Мұндай шешімдерді енгізу тек қоршаған ортаға теріс әсерді азайтып қана қоймай, газ энергетикасының экономикалық тиімділігін арттырып, оның ұзақ мерзімді тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Зерттеудің мақсаты мен міндеттері. Жұмыстың мақсаты – төмен уытты микрошамды жаңа жанарғы әзірлеу және газ турбиналы қондырғының жану камерасындағы отты кеңістіктегі отын-ауа қоспасының ағу аэродинамикасын ескере отырып, техникалық-экономикалық сипаттамаларын зерттеу. Қойылған мақсатқа сәйкес және жану, жылу алмасу және термодинамикалық процестерді қамтитын зерттеу бағытының кең ауқымын ескере отырып, келесі міндеттер қойылды: газ тәрізді отынмен жанатын газ турбиналы қондырғының жану камерасына арналған жанарғы құрылғысының конструкциясын әзірлеу және зерттеу; микрошамды құрылғылардағы жану, масса алмасу және зиянды заттар, әсіресе, көміртегі тотығы ең аз шығарылатын азот оксидтері түзілу процестерін сандық модельдеу; жаңа жанарғы құрылғысын эксперименттік зерттеу және әртүрлі тұрақтандырғыш формаларының зиянды заттардың түзілуіне, тұрақтандыруға және жану тиімділігіне әсерін анықтау; микрошамды құрылғылардың артындағы жану процесін тұрақтандыруға конструктивтік және аэродинамикалық параметрлердің әсерін зерттеу. Зерттеу нысаны. Бұл зерттеу газ турбиналы қондырғының жану камерасында газ тәріздес отынды жағуға арналған патенттелген екі деңгейлі микрошамды жанарғы (ЕДМЖ) құрылғысын зерттеуге арналған. Зерттеу әдістері. Қойылған міндеттерді жүзеге асыру үшін аэродинамика мен жану процестерін сандық модельдеу қолданылды, әзірленген екі деңгейлі микрошамды жанарғы құрылғысында пропан-бутан қоспасының жану процестерін зерттеудің тәжірибелік әдістері қолданылды. Ғылыми жаңалығы. Сандық модельдеу және эксперименттік зерттеулер негізінде микрофакельді жану принципіне негізделген газ турбиналық қондырғының жану камерасы мен отынды жағатын тиімді құрылғыларды жасау қағидалары әзірленді. Осыған байланысты: Шығарылатын түтін газдарының салыстырмалы түрдегі төмен температурасында (T≤ 765 K) отынның жануының толық жоғары көрсеткішінде (ηг ≈ 99%) ең төменгі азот оксиді шығарындыларын (<19,2 ppm) қамтамасыз ететін бұрыштық тұрақтандырғыштардың оңтайлы түрі анықталды; Жаңа микрошамды жанарғы құрылғылардың конструкциялық схемалары әзірленіп, патенттелді: ГТҚ ЖК жанарғы құрылғысы және екі деңгейлі микрофакельді жанарғы құрылғысы, олар улы заттардың аз шығаралуын қамтамасыз етеді; Отын-ауа қоспасы ағынының аэродинамикасы үш бағдарламалық кешеннің (Comsol Multiphysics, Flow Simulation, Ansys Fluent) көмегімен сандық модельдеу арқылы зерттелді; Түтін газдарындағы CO және NOх концентрацияларының артық ауа коэффициентіне тәуелділігі графиктерінің негізінде екінші дәрежелі полиномдық аналитикалық теңдеулер алынды. Практикалық маңыздылығы. Зерттеу нәтижесінде келесі маңызды жетістіктерге қол жеткізілді: жоғары экологиялық және техникалық сипаттамаларға ие жанарғы құрылғыларды жасау қағидалары әзірленді; микрофакельді жану принципін қолданатын және авторлық куәліктермен қорғалған жаңа жандырғыш құрылғылар жасалды; «Аз уытты жану камералары және микрофакельді құрылғылар» атты монография дайындалды, онда әдеби шолу және сандық модельдеу бойынша практикалық дағдылар қамтылған. Бұл монография ЖОО-да инженер мамандарын даярлау үшін оқу процесінде, сондай-ақ өзін-өзі оқыту мақсатында қолданылуы мүмкін. Қорғауға ұсынылатын негізгі тұжырымдар. жаңа микрофакельді жанарғы құрылғысын қолдану кезінде жану процестері мен улы заттардың түзілуін сандық модельдеу және эксперименттік зерттеулер нәтижелері; бұрыштық тұрақтандырғыштардан кейінгі ауа ағынының аэродинамикасын кенеттен кеңею жағдайында сандық модельдеу арқылы зерттеу нәтижелері; жоғары экологиялық және техникалық көрсеткіштерге ие микрофакельді жану принципімен жұмыс істейтін жаңа жанарғы құрылғылардың әзірленген конструкциялары. Автордың жеке үлесі: әдеби деректерді талдау және жалпылау; үш бағдарламалық кешенді пайдалана отырып, сандық модельдеу жүргізу; эксперименттік зерттеулерді жоспарлау, ұйымдастыру және жүргізу, алынған нәтижелерді өңдеу және талдау; жаңа техникалық шешімдерді әзірлеу. Негізгі ғылыми жұмыстардың жоспарымен байланысы. Диссертациялық жұмыс «Қазақстан Республикасында газ турбиналық қондырғылардың экологиялық қауіпсіздігі мен тиімділігін арттыру үшін ГТҚ жаңа жану камерасы фронттық құрылғыларын әзірлеу және зерттеу» тақырыбындағы ГҚ №АР14872041 ғылыми жобасы аясында орындалды. Зерттеу нәтижелерінің жариялануы. Зерттеу нәтижелері 11 ғылыми жұмыста: Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігінің білім беру және ғылым сапасын қамтамасыз ету комитеті ұсынған 2 басылымда; Web of Science базасына кіретін Thermal Science журналында; Scopus базасына кіретін Energies, «InnoEE 2023 IOP Conf. Ser.: Earth Environ» журналдарында; 5 халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференция мен форумда; Қазақстан Республикасының 2 өнертабыс патентінде; бірлескен авторлықпен жазылған 1 монографияда жарияланған. Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертация 131 беттен тұрады және кіріспеден, төрт бөлімнен (әдеби шолу, теориялық зерттеу, эксперименттік стенд және зерттеу әдістері, авторлық зерттеулер, зерттеу нәтижелерін талдау және қорытындылар), қорытынды, пайдаланылған әдебиеттер тізімі және қосымшалардан тұрады. Жұмыста 88 сурет және 14 кесте келтірілген. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 105 атаудан тұрады. Зерттеудің негізгі нәтижелерінің сипаттамасы Дереккөздерге толық әдеби және патенттік талдау жүргізілді. Азот оксидтерінің зиянды шығарындылары пайда болуының негізгі себептері талданды, жану камералары мен ГТҚ-ның жанарғы құрылғылары түрлерінің вариациялары зерттелді, сонымен қатар отын-ауа қоспасы аэродинамикасының жану процесіне әсері туралы мәселе зерттелді; Теориялық және эксперименттік зерттеулер уытты азот оксидтерінің шығарындылары төмен болатын ұсынылған жобаның тиімділігін растады. Сандық модельдеу мынадай бағдарламалық жасақтама арқылы орындалды: Comsol Multiphysics, SolidWorks Flow Simulation және Ansys Fluent, атап айтқанда: Comsol Multiphysics сандық модельдеу негізінде бұрыштық тұрақтандырғыштың пішіні (жартылай шеңбер) таңдалды; SolidWorks Flow Simulation бағдарламасында модельдеу кезінде кері ағын аймақтары, ГТҚ ЖК-ның жанарғы құрылғысынан шығысындағы жылдамдық пен қысым контурлары анықталды; Ansys Fluent жүйесінде модельдеу кезінде отын құрастыру жану процесі туралы деректер алынды; ГТҚ-ның жану камерасына арналған жаңа аз уытты микрофакельді жанарғы әзірленіп, құрылғыға енгізілді және жан-жақты зерттелді, Қазақстан Республикасының № 36479 өнертабыс патентімен (екі деңгейлі микрофакельді жанарғы құрылғысы) расталды. Сондай-ақ, зерттеу барысында Қазақстан Республикасының № 36226 өнертабысы (ГТҚ-ның жану камерасының жанарғы құрылғысы) әзірленіп, патент алынды; Қолданыстағы құрылғыларды пайдалана отырып жүргізілген тәжірибелік зерттеулер кезінде ауа мен газдың бастапқы параметрлеріне қол жеткізілді, бұл зерттелген жанарғы құрылғысының мынадай қуаттарын өндіруге қабілетті: екі деңгейдің жұмыс істеуі үшін: 277 кВт, сыртқысы үшін: 121 кВт, ішкі: 63 кВт. Бұл нәтижелер осы өнертабысты шағын ауқымды және тиімділігі жоғары энергия жүйелерінде пайдалану үшін маңызды болып табылатын төмен қуатты ГТҚ санатына жатқызуға мүмкіндік береді. Эксперименттік және теориялық зерттеулер жылу-ауа қоспасын (пропан-бутан қоспасы және ауа) αа =3,5÷8,2 кең диапозанда, шығатын газдағы 18,4% дейінгі 02 құраммен, басқа сипаттамаларды ɳ_г ≥ 99 % жоғары деңгейде сақтай отырып, микрофакельді жаққан кезде жану өнімдерінің зиянды шығарындылары (19,2 ppm NOx дейін) бойынша нормаларды қанағаттандыратын уыты аз екі деңгейлі микрофакельді жанарғы құрылғысын қолдану мүмкіндігін көрсетті.
Зерттеулерді этикалық бағалау жөніндегі комиссияның қорытындысы
Диссертациялық кеңестің шешімі
Диссертация қорғауының бейнежазбасы: https://youtu.be/CXPMzvyvTlw
