Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2009 номер 4

Обобщены данные по современному состоянию угольной и ядерной энергетики России и перспективам развития до 2030 г. Подчеркивается, что основными энергоносителями в стратегическом плане будет уголь и урановое топливо. Дан прогноз энергопотребления в стране и приведена "дорожная карта" размещения на территории России вновь вводимых энергоблоков на ТЭС и АЭС.

Рассмотрена методика определения показателей технико-экономической эффективности угольных парогазовых установок ТЭЦ с низконапорным парогенератором и с поточным газификатором при комбинированном производстве электро- и теплоэнергии, синтез-газа и водорода. Приведены результаты исследования и показано, что такие ПГУ ТЭЦ имеют более высокую технико-экономическую
эффективность, чем пылеугольные ТЭЦ, реконструированные путем газотурбинной надстройки.

Показаны развитие и применение диффузионно-инерционной модели для расчета распространения и осаждения аэрозольных частиц в турбулентных потоках. Сравнение с экспериментальными и численными результатами свидетельствует, что развитая модель адекватно описывает все характерные особенности процесса осаждения аэрозольных частиц в прямых и изогнутых трубах.

Исследованы процессы образования турбулентности в пограничном слое при повышенной степени турбулентности набегающего потока. Эксперименты проводились в дозвуковой аэродинамической трубе МТ-324 ИТПМ СО РАН на моделях прямого и скользящего (45°) крыла при числах Рейнольдса Re_c1 = 97000 и Re_c2 = 137000, при низкой (Tu = 0,18 % U_∞) и повышенной степени турбулентности набегающего потока (Tu = 0,79 и 2,31 % U_∞). Продольные локализованные возмущения, возникающие в пограничном слое под воздействием повышенной степени турбулентности набегающего потока, моделировались искусственно методом локализованного отсоса воздуха через щель на поверхности модели. Исследовались волновые пакеты (предвестники), возникающие в пограничном слое в областях, предшествующих резкому локальному изменению скорости вблизи фронтов локализованного возмущения. Обнаружено, что повышенная степень турбулентности набегающего потока ускоряет развитие волновых пакетов-предвестников и преобразование их в турбулентные пятна.

Экспериментально исследована возможность снижения турбулентного трения с помощью
ориентированных по потоку вертикальных устройств разрушения вихрей, установленных в несжимаемом равновесном турбулентном пограничном слое нормально к поверхности плоской пластины при номинально безградиентном ее обтекании. Число Рейнольдса, вычисленное по толщине потери
импульса пограничного слоя в сечении установки вертикальных устройств разрушения вихрей, составляло 1099. Показано, что элементы заданной геометрии являются эффективным средством модификации турбулентного пограничного слоя как с точки зрения выигрыша в сопротивлении трения, так и с точки зрения подавления поля турбулентных пульсаций скорости, и могут рассматриваться как один из важнейших факторов управления структурой пристенной турбулентности при обтекании плоских поверхностей.

Проанализированы экспериментальные исследования следов за самодвижущимися телами
вращения и представлены результаты стереометрических исследований спутных потоков за автономными хорошо и плохо обтекаемыми телами вращения при временах их развития, соответствующих в системе координат следа дальности до 2400 и 1200 диаметров тела соответственно. Исследована
возможность моделирования осесимметричных спутных течений потоками, генерируемыми струной при ее импульсном перемещении вдоль своей оси. Показано, что предполагаемые решения, основанные на модели интерференционного развития следов за самодвижущимися телами вращения, хорошо
аппроксимируют как известные результаты экспериментальных исследований следов за телами вращения с движителем, так и потоки, генерируемые соответствующим импульсным перемещением струны.

Представлена новая методика измерений коэффициентов переноса тепла жидких металлов методом лазерной вспышки. Проведены измерения температуропроводности ртути при комнатных температурах. С привлечением литературных данных по теплоемкости и плотности рассчитан коэффициент теплопроводности. Анализ систематических погрешностей измерений показал, что погрешность данных составляет около 3 %. Сопоставление полученных результатов с известными литературными данными подтвердило их достоверность.

Представлены результаты статистических измерений времени ожидания вскипания н-пентана и н-гексана вблизи границы достижимого перегрева. Опыты проведены в стеклянных капиллярах с различной величиной перегреваемого объема жидкости. Получено несколько выборок объемом от 100 до 200 измерений времени жизни для предварительно заданных метастабильных состояний (p, T = const). Их гистограммы содержат небольшой пустой начальный участок, имеют максимум и длинный "хвост" в области больших времен. Немонотонная зависимость плотности распределения вероятностей от времени свидетельствует о нестационарности случайного процесса, приводящего к рождению сверхкритического зародыша. Рассмотрены две простые аппроксимации нестационарного потока зародышеобразования, хорошо описывающие экспериментальные данные. Для экспоненциального распределения сделаны оценки вероятностей экспериментально обнаруженных особенностей плотности распределения времен ожидания вскипания, которые свидетельствуют о несовместимости этого распределения с экспериментальным.

Проведены численные расчеты нестационарного радиационно-конвективного теплообмена при турбулентном обтекании полупрозрачной пленки расплава на плоской поверхности смесью газов и твердыми частицами. Движущаяся пленка подвергается интенсивному радиационному нагреву внешним источником, излучающим в ограниченном спектральном диапазоне. Рассчитаны поля температуры и скорости в пограничном слое и пленке. Результаты расчета позволяют определить влияние температуры источника и начального разогрева пленки на динамику температурного и скоростного поля среды в системе пограничный слой−пленка.

Исследовались электрофизические характеристики топливной ячейки со свободным электролитом из расплава карбонатов, обеспечивающей реализацию прямого электрохимического окисления дисперсных углеводородов. В качестве топлива использовались образцы графита, антрацита и длиннопламенного угля. Получены данные, позволяющие охарактеризовать влияние температуры электролита, типа и дисперсности топлив, а также состава смеси газов реагентов на значения функциональных параметров топливной ячейки. Отмечена корреляция удельных характеристик топливной ячейки с содержанием водорода в топливном материале. Максимальные значения плотности тока достигнуты для длиннопламенного угля с высоким содержанием водорода. Для дисперсных образцов топлив отмечено влияние потерь на межчастичных контактах на величину напряжения, генерируемого ячейкой. Показано, что максимальное значение напряжения разомкнутой цепи ячейки достигается при стехиометрическом соотношении кислорода и углекислого газа в смеси, подаваемой в катод. Однако максимальные значения плотности тока получены при пониженных значениях концентрации углекислого газа. Даже при нулевом содержании углекислого газа изменение поляризации катода ниже значений, соответствующих стехиометрическому составу смеси. Высказано предположение о взаимозависимости процессов, протекающих в катодном и анодном узлах топливной ячейки. На модельном образце топливной ячейки при использовании дисперсного угля в качестве топлива достигнуты значения плотности тока 140 мА/см² и удельной мощности 70 мВ/см².

В работе представлены результаты переработки изоляционных масел, содержащих < 2 ppm
полихлорированных бифенилов в установке высокотемпературного плазменного плавления зольного остатка, образующегося при сжигании бытовых отходов. Различными методиками выполнен анализ содержания неразложившихся полихлорированных бифенилов, диоксинов и прочих вредных веществ во всех вторичных продуктах переработки (отходящих газах; шлаке; вторичной летучей золе; технической воде, применяемой для грануляции шлака). Выполненный комплекс аналитических исследований показал высокие экологические показатели деструкции полихлорированных бифенилов в установке плазмотермической переработки золы мусоросжигающих заводов.

Исследованы процессы распыливания газожидкостной форсуночной головки камеры сгорания ЖРД МТ на модельных компонентах (воздух и вода) с использованием бесконтактных методов диагностики на основе лазерных источников. Получены новые количественные зависимости по влиянию
различных факторов и параметров на характеристики распыливания.

При расчете течений в трансзвуковых осевых компрессорах предлагается локальное демпфирование турбулентной вязкости в зависимости от отношения генерации турбулентной энергии к скорости ее диссипации. Приводятся результаты численного моделирования течений в компрессоре NASA
Rotor 37 и сравнение расчетных распределений повышения полной температуры и полного давления с экспериментальными данными при различных частотах вращения. Получено повышение точности моделирования на всех рассмотренных режимах.

Экспериментально исследованы электрические и эрозионные характеристики электродугового плазмотрона. Получены формулы для расчета величины напряжения на дуге в зависимости от расхода гелия, диаметра внутренней полости цилиндрического медного анода, тока дуги и расстояния от сопла до расплава металла.

Экспериментально исследованы физико-химические свойства углерод-углеродного конденсата, синтезированного в плазменно-дуговой технологии. Проведен рентгенофазовый анализ, измерены изотермы физической адсорбции и сорбционная способность синтезированного материала. Сделан вывод о перспективности использования данного материала в качестве носителя каталитических наночастиц и эффективного сорбента.

Получено неравенство 1 – Δτ/τ < (J · V · τ)^–1 < 1 + Δτ/τ, где J - частота гомогенного зародышеобразования, V и τ, - соответственно, объем и среднее время жизни перегретой жидкости, Δτ/τ - относительная статистическая погрешность τ. Неравенство является следствием использования при его выводе условий гомогенности и стационарности зародышеобразования, принятых в теории в качестве исходных, определяющих предположений. Расчеты с использованием экспериментальных данных для границ достижимого перегрева показывают, что неравенство не выполняется. Таким образом, экспериментальные данные не подтверждают основополагающие положения теории.