Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2012 номер 6

Представлены результаты экспериментального и численного исследования сверхзвуковых турбулентных высокоэнтальпийных течений в каналах с каверной. На основе экспериментальных исследований, проведенных в аэродинамической установке кратковременного действия ИТ-302М, получены данные о структуре течений и распределения статического давления вдоль стенок модели, которые использованы для верификации численного алгоритма. В расчетах проведены параметрические исследования влияния числа Маха, конфигурации каверны и температурного фактора на параметры течений. Численно показано, что изменение указанных параметров приводит к изменению режима течения в окрестности каверны.

Представлены результаты экспериментального исследования нестационарного поля температуры в потоке и на поверхности канала с гофрированной стенкой при скачкообразном изменении во времени тепловыделения. Измерения выполнены при течении воздуха в прямоугольном канале, одна нагреваемая стенка которого представляла гофрированную пластину с гофрами треугольного сечения, ориентированными под углом 45° к направлению основного потока. Измерения проведены с помощью микротермопар толщиной менее 10 микрон. Проведенные исследования выявили характерные закономерности в эволюции температуры в потоке и по периметру нагреваемого ребра. Экспериментальные данные зависимости температуры от времени хорошо аппроксимируются экспоненциальной функцией.

В настоящей работе изучается свободноконвективное течение по изотермической вертикальной конической поверхности, погруженной в жидкость с переменной вязкостью и магнитогидродинамическими свойствами. При использовании соответствующих переменных базовые уравнения преобразуются в безразмерные уравнения пограничного слоя. Эти уравнения затем решаются численно с использованием очень эффективного неявного конечно-разностного метода, известного как схема Кранка−Николсона. В работе рассматриваются подробные результаты для скорости, температуры, поверхностного трения и коэффициентов теплопереноса для ряда значений вязкости, параметра магнитного поля и числа Прандтля. Для проверки обоснованности полученных численных результатов проведено сравнение с данными литературных источников и обнаружено идеальное их соответствие.

Выполнено моделирование пленочных изотермических течений вязкой, весомой, капиллярной жидкости с сухими пятнами. Построен алгоритм расчета формы валика, ограничивающего сухое пятно, и течения жидкости в валике на основе учета сил тяжести, сил поверхностного натяжения и трения, а также инерционных эффектов. Проведено сравнение результатов расчета по данному методу с имеющимися экспериментальными данными и данными расчетов по методу, учитывающему только силы весомости и капиллярные силы. Показано, что при малых числах Рейнольдса методы расчета дают близкие результаты, которые хорошо совпадают с экспериментальными результатами, однако при числах Рейнольдса, бóльших единицы, результаты расчетов по двум методам различаются существенно.

Исследуются нестационарные процессы истечения вскипающей жидкости при разгерметизации трубы высокого давления, сопровождающиеся прохождением быстрой волны разрежения и установлением режима истечения, когда в процессе экспериментов в жидкости внутри трубы значительное время фиксируется постоянное давление, соответствующее перегретому состоянию. Для описания процесса принята двухфазная, гомогенная, односкоростная, однотемпературная, однодавленческая модель парожидкостной среды. Термодинамические свойства воды и пара описываются единым широкодиапазонным уравнением состояния в аналитической форме. Интенсивность испарения принимается зависящей от числа и радиуса пузырьков, степени перегрева, теплоты парообразования, коэффициента теплопроводности и чисел Нуссельта и Якоба. Предложено объяснение долговременного нахождения жидкости в перегретом состоянии, связанное с капиллярными эффектами на межфазной границе при ограничении радиуса пузырьков и ростом объемного паросодержания за счет зарождения новых пузырьков на неоднородных примесных частицах. На завершающей стадии парообразование происходит при постоянном числе пузырьков за счет роста их радиуса. Получено удовлетворительное согласие с экспериментальными данными для регистрируемых зависимостей давления и объемного паросодержания.

На основе полученных экспериментальных данных с помощью разработанной методики решения обратных кинетических задач определены термокинетические постоянные процессов сушки различных образцов степных горючих материалов. Установлено, что анатомическое строение рассмотренных горючих материалов является доминирующим параметром, влияющим на процессы испарения. Предложен основной проводник горения для прогноза пожарной опасности на данной местности.

Приведены краткие сведения о построении быстрых разложений. На их основе рассмотрен нестационарный термический процесс сушки зерна, описываемый системой уравнений А.В. Лыкова. Решение имеет аналитическую форму в виде суммы специальной граничной функции и быстрых рядов Фурье таким образом, что в рядах можно сохранять всего по одному первому слагаемому, поскольку последующие члены быстро убывают. Это упрощение приводит к линейной системе четырех обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка с постоянными коэффициентами. При этом максимальная погрешность составляет 10⁻². Если требуется более высокая точность (~ 10⁻³), то в рядах следует учитывать по два члена и система будет содержать шесть подобных уравнений, и т. д. Данное решение позволяет вычислить температуру и влагосодержание в любой точке зерна в любой момент времени.

Проведен анализ методов измерения интегрального коэффициента излучения применительно к теплозащитным материалам в диапазоне температур, близких к температурам термодеструкции. Предложен модифицированный нестационарный метод измерения интегрального коэффициента излучения поверхности теплозащитных материалов. Метод основан на измерении температуры образца в процессе его остывания и использовании аппарата обратных задач теплопроводности. Повышение точности измерения интегрального коэффициента излучения достигается за счет учета неравномерности температурного поля в образце.

Предложена и реализована конструктивная схема электродугового плазмотрона с медными трубчатыми электродами для генерации пароводяной плазмы. Приведены полученные экспериментальные данные по энергетическим характеристикам плазмогенератора мощностью до 100 кВт.

Анализируется роль энергии и методы ее сбережения для развития человеческого общества и самой жизни. Отмечается важность использования в будущем космических энергетических потоков, энергии морей и океанов, включая воздушный океан. Рассматривается идея устройства для получения электрической энергии и чистых веществ с использованием хлористого натрия, запасы которого на планете не ограничены. Бросая ретроспективный взгляд на развитие энергетики от элементарного костра до современной электростанции, мы видим, что используется наиболее простой способ получения теплоты в виде прямого взаимодействия горючего с окислителем. Но можно было бы сжигать уголь, т. е. углерод в расплаве солей, например, хлористого натрия, что было бы рациональнее и эффективнее. При положительном решении поставленных проблем мы овладели бы всеми энергетическими возможностями вещества, а ведь именно это составляет главную задачу термодинамики, как одной из основных наук об энергии.

В настоящей работе подводится итог цикла работ, посвященных определению характера вскипания перегретой жидкости в стеклянном капилляре на границе достижимого перегрева. После краткого исторического введения приводится короткое изложение теории гомогенного зародышеобразования. Рассмотрен результат специально поставленных опытов для определения стационарности случайного процесса рождения сверхкритического зародыша. Из опытов следует, что этот процесс нестационарен. На основе большой выборки времен жизни перегретой жидкости сделаны непараметрическая и параметрическая оценки функций распределения и зависимости частоты вскипания от времени. Сравнение полученных результатов с экспоненциальным распределением показывает значительные расхождения между ними, что также свидетельствуют о нестационарности исследуемого случайного процесса. Рассматриваются специальные опыты и расчеты по оценке гомогенности вскипания перегретой жидкости на границе достижимого перегрева. Показано, что в опытах со стеклянными капиллярами вскипание реализуется на стенке. В качестве наиболее убедительного доказательства гетерогенности вскипания перегретой жидкости в стеклянном капилляре приводятся результаты скоростной видеосъемки в силилированном и в чистом капиллярах.

Проведена аппроксимация Р-ρ-Т данных SF₆ комбинированным уравнением состояния в интервалах приведенных плотностей (0 < ρ /ρ_c < 2,5) и температур (225 < Т < 340 K). Уравнение состояния, имеющее вид явного выражения давления Р от ρ и T, включает в себя новую регулярную часть для аппроксимации Р-ρ-Т данных в жидких и газовых областях состояний вне критической области, непараметрическое масштабное уравнение состояния, работающее вблизи критической точки парообразования, и новую кроссоверную функцию для объединения этих уравнений. Регулярная часть объединенного уравнения состояния содержит 8 простых членов уравнения с восемью подгоночными параметрами, три из которых определяются условиями в критической точке. Общее число системно-зависимых констант 14, включая критические значения Р, ρ, Т. Для масштабной части уравнения состояния использованы критические индексы трехмерной модели Изинга. При аппроксимации новым комбинированным уравнением высокоточных Р-ρ-Т данных SF₆ получено их описание с погрешностью по давлению не более ± 0,35 % во всей области газовых и жидких состояний. По константам комбинированного уравнения рассчитана теплоемкость C_v на критической изохоре. Результаты расчета совпадают с известными экспериментальными данными в пределах их погрешности. Предсказано поведение C_v на изотермах в широкой области плотностей и дано сравнение с предсказаниями других современных уравнений состояния.

Исследовано термическое разложение чистых и растворенных в воде алифатических спиртов (метанола, этанола, 1-пропанола, 1-бутанола) методом определения роста давления в закрытой системе при постоянной температуре опыта в диапазоне 513,15÷643,15 K. Определены температуры начала термического разложения молекул спиртов в зависимости от их концентрации в растворах. По росту давления в единицу времени (ΔP/Δτ) в реакторе (пьезометре) постоянного объема оценена величина скорости разложения в зависимости от температуры и состава раствора.

На основании теории размерностей была определена взаимосвязь температур Дебая с интегральными полусферическими потоками теплового излучения и коэффициентами поверхностного натяжения жидких металлов. Получены соотношения для расчета температур Дебая жидких металлов. Установлена периодичность изменения температур Дебая жидких металлов в соответствии с периодическим законом Д.И. Менделеева.