Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2006 номер 2

Представлены результаты измерений аэродинамических коэффициентов эталонной модели AGARD HB–2, проведенных в новой гиперзвуковой аэродинамической трубе адиабатического сжатия АТ–303. Эксперименты выполнены в диапазонах чисел М = 9.7 – 15.6 (Re_d = 0.14^.10⁶ – 1.32^.10⁶) и углов атаки α = –4^o–12^o с использованием внутримодельных шестикомпонентных тензометрических весов. Подробно описана методика обработки и коррекции результатов измерений, учитывающих динамические свойства модели и особенности конструкции сопла трубы. Представлено сравнение аэродинамических коэффициентов модели с аналогичными данными, полученными в аэродинамических трубах Германии, Франции и США.

Работа посвящена изучению возможностей управления аэродинамическими характеристиками крыловых профилей с помощью внешнего локального импульсно-периодического подвода энергии на трансзвуковых режимах полета. На основе численного решения двумерных нестационарных уравнений газовой динамики изучено изменение структуры течения около симметричного профиля и его волнового сопротивления в зависимости от периода подвода энергии, от локализации и формы зоны ее подвода. Установлено, что подвод энергии перед замыкающим скачком уплотнения непосредственно вблизи контура в вытянутых вдоль него зонах приводит к значительному уменьшению волнового сопротивления профиля. Выяснена природа такого уменьшения сопротивления. Установлено существование предельной частоты подвода энергии.

Исследуется задача распределённого (по продольной координате) возбуждения двумерных волн Толлмина?Шлихтинга (ТШ) слабыми нестационарными вихрями внешнего потока, распространяющимися вдоль границы ламинарного пограничного слоя, нарастающего над поверхностью, с двумерными неоднородностями малой амплитуды. Вихри внешнего потока имеют ориентацию вектора завихренности по размаху модели, т. е. не зависят от поперечной координаты. Теоретический анализ соответствующего механизма возбуждения, приведенный и использованный в [1], уточнен в рамках настоящей работы, и на его основе разработан метод экспериментального определения коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости течения и восприимчивости вихрь-неровность, основанный на аппроксимации экспериментальных распределений аналитическими решениями. В условиях возбуждения контролируемых возмущений проведены подробные термоанемометрические исследования возмущений, возбуждаемых как в свободном потоке, так и в пограничном слое для нескольких частот вихрей и периодов неровности; измерена форма контролируемых неровностей поверхности. С помощью метода точечного источника экспериментально изучены характеристики линейной трехмерной устойчивости исследуемого течения к волнам ТШ, необходимые для получения коэффициентов распределенной восприимчивости. Найдено, что вихри внешнего потока с трансверсальной ориентацией вектора завихренности возбуждают в пограничном слое волны ТШ посредством двух механизмов восприимчивости: (а) на гладкой поверхности (за счет естественной неоднородности течения) и (б) при взаимодействии вихрей с неровностями поверхности. На основе разработанного подхода экспериментально определены величины амплитуд и фаз коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости обоих указанных типов в зависимости от параметров задачи. Обнаружено, что абсолютные величины обоих коэффициентов восприимчивости быстро растут с частотой вихрей. Показано, что наиболее эффективное распределенное возбуждение волн ТШ наблюдается в условиях выполнения резонанса продольных волновых чисел вихрей, неровности и волны ТШ, приводящего к сильному отличию инкрементов последних от инкрементов линейной устойчивости. В отсутствии резонанса наблюдаются лишь биения амплитуды возмущений пограничного слоя.

Выполнены расчеты нелинейного развития пар косых волн Толлмина?Шлихтинга в пограничном слое на пластине при М = 2 с использованием нелокальных (параболизованных) уравнений устойчивости. Кроме таких волн во взаимодействии участвует порождаемая ими гармоника.

Нелинейная стадия развития возмущений и турбулизация течения представляют собой сугубо трехмерный процесс и являются трудной задачей для экспериментальных исследований. Исследование ламинарно-турбулентного перехода в аэрокосмических приложениях дополнительно включает сложное основное течение с градиентами давления и компонентами вторичных течений, что ведет к увеличению необходимого массива измерений и его интерпретации. Развитие техники термоанемометрической визуализации течений дает возможность получения более детальной и панорамной информации об изучаемых явлениях в таких сложных потоках по сравнению с традиционными методами визуализации.

Проведено численное исследование невязких сверхзвуковых течений в двугранных углах, образованных пересекающимися клиньями сжатия. В обычных условиях течения в таких угловых конфигурациях являются конически автомодельными, и развитие вниз по потоку структуры взаимодействия скачков, образуемых клиньями, в их поперечном сечении происходит в области, ограниченной стенками и сужающейся к ребру угла, и в этом смысле указанное взаимодействие скачков подвержено влиянию ребра. Рассмотрены угловые течения с взаимодействием падающих от клиньев скачков, не подверженным “влиянию ребра”, то есть свободным. Это обеспечивается тем, что рассматриваются угловые конфигурации, выполненные с постепенно расширяющимся вырезом вдоль ребра угла таким образом, что образующиеся в результате взаимодействия отраженные скачки попадают в вырез, не падая на стенки. Этим исключается влияние ребра обтекаемого двугранного угла на взаимодействие плоских скачков уплотнения, образуемых клиньями.
Рассмотрены невязкие течения, симметричные относительно бисекторной плоскости двугранного угла. Расчеты показали, что в случаях свободного взаимодействия скачков в угловых конфигурациях с вырезом, в отсутствие влияния ребра угла, если эти взаимодействия являются нерегулярными, формируются практически те же структуры поперечных течений, как и в исходных угловых конфигурациях без выреза.

Проведен анализ применимости новой модели для описания эффектов реального газа в методе прямого статистического моделирования. Модель использована для численного исследования внутренней структуры фронта сильной ударной волны и релаксационной зоны за фронтом для условий, соответствующих входу космического аппарата в атмосферу Марса. Изучено влияние параметров набегающего потока на релаксацию различных энергетических мод молекул во фронте волны и в релаксационной зоне. Исследовано влияние химических реакций на структуру течения. Детальный анализ неравновесности течения проведен на уровне функции распределения скорости и заселенности вращательных и колебательных уровней молекул.

Численно исследован сопряженный теплообмен при получении мультикремния из плоскодонных тиглей в вертикальном варианте метода Бриджмена?Стокбаргера. С учетом теплоты фазового перехода решены уравнения конвективного теплообмена в области, занятой расплавом, и уравнения теплопроводности в массиве затвердевшего кремния и в стенках тигля.

На основе уравнений и методов механики многофазных сред моделируются гидродинамические, теплофизические и тепломассобменные процессы, происходящие при течении природного газа в горизонтальном трубопроводе с учетом образующихся на внутренних стенках канала отложений газовых гидратов. Проведено численное исследование влияния некоторых факторов на процесс гидратообразования.

Рассматривается методика оптимизации параметров энергоблока паротурбинной мини-ТЭЦ с учетом переменного характера тепловых и электрических нагрузок, основанная на использовании линеаризованных зависимостей выходных параметров поверочных расчетов от их входных параметров. Разработана математическая модель энергоблока паротурбинной мини-ТЭЦ. Выполнены оптимизационные расчеты угольного паротурбинного энергоблока по критериям минимума выручки от реализации тепла и электроэнергии (при разных ценах на топливо), минимального годового расхода топлива и минимума капиталовложений при заданной внутренней норме возврата капиталовложений.

Рассматривается реальный проект автоматизированной системы управления технологическими процессами тепловой станции № 1 Новосибирского научного центра СО РАН. В проекте АСУ ТП выделены 3 уровня: верхний – уровень представления информации на экранах автоматизированных рабочих мест, архивация данных и технологических сообщений; средний – уровень ввода сигналов от датчиков, их обработка и передача на АРМы, формирование команд и сигналов управления; нижний – уровень формирования сигналов, соответствующих значениям измеряемых физических параметров. Рассматривается общая структура комплекса программно-технических средств АСУ ТП, приведены решаемые системой задачи, в том числе задача диагностики и управления процессами горения.

В реальных (промышленных) условиях проведены исследования процессов горения газообразных углеводородов в многогорелочных котлоагрегатах, установлены закономерности изменения параметров излучения отдельных факелов в основных режимах. Создан комплекс дистанционной диагностики, позволяющий в условиях многофакельного горения осуществлять селективный контроль отдельных горелочных устройств и обеспечивающий предоставление оператору информации об относительной интенсивности свечения факелов и о концентрации кислорода и водорода в уходящих газах, для осуществления процедур оптимизации сжигания газового топлива. Комплекс использован при разработке автоматизированной системы управления технологическими процессами тепловой станции.

Приведена методика и результаты технико-экономических исследований ЭГТУ-ТЭЦ на твердом топливе, выявлены основные закономерности изменения оптимальных параметров для различных вариантов функционирования энергоблока, а также сформулированы рекомендации по выбору оптимальных решений создания ЭГТУ-ТЭЦ.