Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2005 номер 1

Представлены результаты экспериментальных исследований аэродинамических характеристик осесимметричных тел при внешнем подводе массы и горении. Изучена газодинамическая структура обтекания тел с передней и донной отрывными зонами при их различных геометрических конфигурациях. Исследовано влияние параметров внешнего течения, подвода инертной и химически активной массы, физико-химических характеристик топлива, волновых воздействий и т.п. на сверхзвуковое обтекание. Предложены обобщающие зависимости для нахождения головного и донного сопротивлений, учитывающие особенности воздействия подвода массы и горения на сверхзвуковое обтекание.

Экспериментально исследовано влияние устройств разрушения вихрей (УРВ) на характеристики турбулентного пограничного слоя, формирующегося на осесимметричном теле вращения при номинально безградиентном его обтекании несжимаемым потоком. Показано, что характеристики исходного течения (без УРВ) не противоречат известным физическим представлениям о свойствах турбулентного пограничного слоя, формирующегося на теле с поперечной кривизной. Использование тандемной схемы размещения УРВ в пограничном слое, состоящей из двух плоских кольцевых элементов, длина которых не превышает 75 % толщины пограничного слоя, позволяет уменьшить сопротивление трения позади таких устройств не менее чем на 15(20 % по сравнению с исходной конфигурацией. Установлено, что увеличение хорды кольцевых элементов приводит к ослаблению эффективности используемых устройств.

Вихревая динамика и конвективный теплообмен при турбулентном нестационарном обтекании нагретого цилиндра в неограниченном потоке и в плоскопараллельном канале при фиксированном числе Рейнольдса 4,5^.10⁴ рассчитывается на основе решения двумерных уравнений Рейнольдса и энергии с помощью многоблочного факторизованного алгоритма с использованием пересекающихся прямоугольных и цилиндрических сеток, реализованного в пакете VP2/3. На основе сравнительного анализа численных прогнозов с данными измерений давления и тепловых потоков, а также с расчетными результатами, полученными на основе пакета FLUENT, верифицируется модель переноса сдвиговых напряжений Ментера. Дается оценка влияния нестационарности течения на увеличение интегральных силовых и тепловых нагрузок на цилиндр.

Представлены результаты численного моделирования эффекта острова тепла (теплового пятна) на структуру атмосферного пограничного слоя (АПС). Для вычисления турбулентных потоков импульса и тепла использованы полностью явные алгебраические модели, полученные с помощью символьной алгебры из уравнений переноса для потоков импульса и тепла в приближении слабо равновесной турбулентности. Для замыкания алгебраических выражений для потоков привлекается трехпараметрическая E - –(²)-модель термически стратифицированной турбулентности. Выполненный двумерный вычислительный тест 24-часовой эволюции АПС показывает, что мезомасштабная модель турбулентности третьего уровня замыкания способна воспроизвести наиболее важные структурные особенности АПС над подстилающей поверхностью с островом тепла, включая те из них, которые недоступны для k - -модели турбулентности. Полученные результаты согласуются с данными измерений и численными результатами других авторов.

Экспериментально изучена газодинамическая структура начального участка плоской (с отношением сторон 3,5), сверхзвуковой (М = 4), перерасширенной (n = 0,65) затопленной струи воздуха, истекающей из профилированного сопла. Результаты пневмометрических и оптических – с применением шлирен метода и метода лазерного ножа – исследований позволили построить схему ударно-волновой структуры струи.

Экспериментально исследована гидродинамика и теплообмен при течении газа в каналах теплообменника-реактора, образованных близко расположенными теплопроводящими дисками. Реализована последовательная смена радиального течения воздуха от центра щелевого канала к его периферии и от периферии к центру в следующем канале. Измерения проведены в широком диапазоне чисел Рейнольдса для размеров щели от 0,25 до 1,5 мм.

Предложена численная технология расчета теплового состояния трехслойного наружного ограждения с поперечным несквозным включением (коннектором). Определены зоны теплового влияния стального коннектора для различных утеплителей. Показано влияние цикличности температуры внешней среды на характеристики теплообмена.

Проведено численное моделирование нагрева полупрозрачной серой среды с прозрачными и непрозрачными границами, находящимися под влиянием внешних, конвективных и радиационных потоков. Выявлены оптимальные значения конвективного и радиационного параметров для равномерного прогрева полупрозрачного образца.

Приведены измерения критической плотности теплового потока и теплоотдачи при течении интенсивно испаряющихся и кипящих пленок жидкого азота, стекающих по вертикальным равномерно обогреваемым поверхностям, а также результаты высокоскоростной визуализации процесса. Исследования проводились на обогреваемых поверхностях шириной 67 мм и длиной 20, 42, 64 мм вдоль течения пленки в диапазоне входного числа Рейнольдса 100 – 1500. Показано, что в зависимости от длины обогреваемой поверхности наблюдаются различные сценарии развития кризисных явлений. Прямые экспериментальные измерения и визуализация течения показали наличие ранее не исследованного режима развития кризиса осушения теплоотдающей поверхности, характеризующегося вытеснением пузырькового кипения с обогреваемой поверхности вверх по потоку фронтом смены режимов теплоотдачи и развивающегося в определенных диапазонах режимных параметров течения и длины обогреваемой поверхности. При достижении критической плотности теплового потока в нижней части течения из-за слияния стационарных сухих пятен формируется неустойчивое температурное возмущение, распространяющееся в дальнейшем на всю поверхность теплоотдачи и приводящее к ее осушению. При этом критический тепловой поток перестает описываться известными расчетными зависимостями и характеризуется существенно меньшими относительно расчетных значениями. С помощью высокоскоростной визуализации процесса формирования и распространения фронта осушения теплоотдающей поверхности были выявлены особенности теплообмена на границе сухих пятен, определены их критические размеры, а также сложная двумерная структура переходной зоны распространения температурного возмущения, учет которой требуется для наиболее точного моделирования критического теплового потока в пленках, стекающих по достаточно протяженным поверхностям.

Изобарная теплоемкость водных растворов бромида лития изучена экспериментально в интервале температур от 0 до 200 °С для 19 концентраций от 2 до 65 % масс. LiBr. Измерения проведены на автоматизированном изотермическом калориметре методом периодического нагрева. Погрешность полученных данных равна 0,25(0,30 % при температурах до 150 °С и 0,7(1,0 % при 200 °С. Рассчитаны таблицы плотности растворов бромида лития в том же диапазоне температур и концентраций на основе более полного массива экспериментальных данных.

Методом смешения измерена энтальпия дистиллированного трифторида гадолиния GdF₃ в интервале температур 394–1675 K твердого и жидкого состояний. Определены изменения энтальпии при структурном превращении (3,30,4 кДж/моль) и плавлении (54,20,4 кДж/моль), а также оценен высокотемпературный предел температуры Дебая _D=520 K. Рассчитана теплоемкость GdF₃ во всех фазах. Приведены первичные экспериментальные данные.

Обсуждается возможность регенерации тепла в паровихревых электродуговых плазмотронах. Вводится понятие степени регенерации для этих устройств. Представлены полученные зависимости прироста коэффициента полезного действия от полноты регенерации тепла, теплового совершенства плазмотрона и энтальпии пара на входе в него. Рассмотрены различные схемы водопитания автоплазмотронов. Показано, что при генерировании высокоэнтальпийной плазмы следует использовать неполную регенерацию тепла. Приводятся экспериментальные результаты, полученные на разработанных автором автоплазмотронах. Статья является обобщением работ по данной проблеме.

Изучаются свойства критического эжектора с центральным соплом эжектирующего газа и сужающейся камерой смешения. Расчетом по одномерной теории показано влияние скорости эжектируемого газа на параметры эжектора при изобарическом процессе смешения в камере. Экспериментальный эжектор с соплом М =  4,5 и давлением эжектирующего газа в выходном сечении сопла p = 0,09 бар запускается при давлении, превышающем номинальное на 30 %. При замене расчетного сопла геометрически подобным соплом меньшего размера и повышении полного давления эжектирующего газа улучшается запуск эжектора, увеличивается коэффициент эжекции. В эксперименте на воздушном эжекторе получен коэффициент эжекции 0,15 при степени сжатия 10.

Анализируются аэродинамические характеристики поперечно обтекаемых вращающихся цилиндров в условиях работы ветродвигателя с использованием эффекта Магнуса в зависимости от скорости вращения цилиндров, их удлинения, диаметра концевых шайб (дисков), числа Рейнольдса. Определены затраты мощности на вращение цилиндров и их концевых шайб. Полученные результаты необходимы для разработки метода расчета характеристик ветроколеса с вращающимися цилиндрами и оптимизации его параметров.

20 февраля 2005 года исполнилось 80 лет заслуженному деятелю науки России, доктору технических наук, профессору Евгении Моисеевне Хабахпашевой.