Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2013 номер 5

Рассматриваются схема и технологические процессы обеспечения экспериментов в высокоэнтальпийной установке кратковременного действия — гиперзвуковой импульсной аэродинамической трубе. Исследуется работа трубы с поддержанием постоянных в течение рабочего режима параметров рабочего тела и в режиме классической импульсной трубы с падающими параметрами при истечении рабочего тела из форкамеры постоянного объема. Стабилизация параметров осуществляется за счет мультипликатора давления, расположенного по одной оси с форкамерой, — линейная схема расположения форкамеры и мультипликатора. Применена разгрузка динамической составляющей мультипликатора с помощью компенсатора с поршнем, движущимся противоположно поршневой системе мультипликатора. Предусмотрена многовариантность режимов работы, осуществляемая комбинированием в различных сочетаниях нагрева рабочего тела за счет электрической дуги, химической энергии, адиабатического сжатия и нагрева во внешнем по отношению к форкамере источнике тепла. Рассмотрена принципиальная схема устройства задержки вскрытия диафрагмы. Конструкция и размеры аэродинамической трубы рассчитаны на работу установки при параметрах: числа Маха М = 4–20, температура в форкамере Т_ф1 = 600–4000 K, давление в форкамере р_ф1 до 200 МПа (при работе с двойной форкамерой давление торможения р_0н = р_ф2 может меняться от 1 до 200 МПа). Объем форкамеры (80–100 дм³) позволяет организовывать в рабочей части гиперзвуковой поток диаметром 1 м при времени режима ~ 100 мс (в сочетании со второй форкамерой).

Разработан эксергетический метод расчета тягово-экономических характеристик прямоточного воздушно-реактивного двигателя с учетом реальных термодинамических свойств продуктов сгорания при использовании в качестве топлива водорода и углеводородного горючего для чисел Маха набегающего потока M = 4 ÷ 14. Показано, что оценки удельного импульса данного двигателя по представленной методике согласуются с расчетными оценками других авторов. Метод расчета предназначен для получения характеристик прямоточного воздушно-реактивного двигателя и проведения параметрического анализа на начальном этапе исследований, а также для использования при концептуальных разработках гиперзвуковых летательных аппаратов.

Предложен новый подход для моделирования высокотемпературных неравновесных реакций диссоциации в воздушной смеси на уровне молекулярных столкновений. Необходимая для такого моделирования информация об энергетической зависимости уровневых сечений реакции определяется численно на основе известной макроскопической информации о зависимости константы скорости реакции от поступательной и колебательной температур. Результаты расчетов методом прямого статистического моделирования показали, что предлагаемая модель правильно воспроизводит скорость реакции в условиях поступательно-колебательной неравновесности. Применение новой модели в расчетах высотной аэротермодинамики методом прямого статистического моделирования приводит к заметному изменению структуры течения и повышению теплового потока по сравнению с результатами, полученными с применением стандартных моделей, используемых в методе прямого статистического моделирования (таких как модель полной столкновительной энергии).

Разработана физико-математическая модель процессов тепло- и массообмена при абсорбции газовых компонентов из парогазовых смесей в барботажных аппаратах. Интенсивность этих процессов в пенных и центробежно-барботажных аппаратах в целом зависит от условий их протекания в одиночных пузырях, формирующихся на отверстиях газораспределительных решеток. Построенная модель, как показала ее численная реализация для конкретных условий, подтверждается известными экспериментальными данными и может использоваться для инженерных расчетов тепловых и массообменных параметров барботажных аппаратов и оптимизации их режимов работы.

Предлагается метод расчета нестационарных трехмерных турбулентных течений в гидротурбинах электростанций, разработанный для моделирования переходных процессов. Метод основан на совместном решении уравнений Рейнольдса течения несжимаемой жидкости на подвижных сетках, уравнения вращения рабочего колеса и системы одномерных уравнений, описывающих распространение упругого гидроудара в водоводе. Рассматриваются особенности взаимообмена параметрами течения между областями водовода и гидротурбины. Приводятся результаты расчетов переходных процессов: пуска в турбинный режим, уменьшения мощности, мгновенного сброса нагрузки. Проводится сравнение с экспериментальными данными.

В статье представлен эксперимент по вскипанию перегретого н‑пентана в стеклянном капилляре при атмосферном давлении с использованием скоростной видеосъемки. Видеосъемка впервые осуществлялась в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Наличие двух таких изображений позволяет судить о том, с какой стороны стенки сосуда формируется пузырек, наблюдаем ли мы один пузырек с изображением, деформированным из-за кривизны капилляра, или два пузырька, расположенные рядом. Полученные данные указывают на поверхностный (гетерогенный) характер вскипания.

Приведены дополнительные расчетные данные о скорости горения для типичных газовых смесей при давлениях до 6000 атм и температурах до 4000 К. Установлено, что основной вклад в скорость горения дает влияние начальной температуры, зависимость от давления весьма слабая. Для топливно-кислородных и топливно-воздушных смесей в трехмерном пространстве (давление–температура–скорость дефлаграционного горения) установлено существование единой поверхности скоростей горения и непрерывная зависимость скорости пламени от начальных условий.

В настоящей работе исследуется сопряженный теплообмен в прямоугольной полости с подогреваемой верхней стенкой методом решеточных уравнений Больцмана. Моделирование осуществлено для течения несжимаемой жидкости при числах Рейнольдса в промежутке от 100 до 500, отношениях температуропроводости от 1 до 100 и числах Прандтля от 0,7 до 7. Предполагается наличие теплового потока через верхнюю стенку. Результаты показывают, что метод решеточных уравнений Больцмана пригоден для исследования теплообмена в сопряженных задачах. Исследуется и обсуждается влияние чисел Рейнольдса, Прандтля и температуропроводности на гидродинамические и тепловые характеристики. Приводятся картины линий тока, распределение температуры в поле течения, безразмерная температура и число Нуссельта вдоль горячей стенки. Результаты указывают на то, что увеличение температуропроводности приводит к отводу большего количества энергии от стенки, и ее температура падает с увеличением чисел Рейнольдса и Прандтля.

В настоящей статье рассматривается принципиально новая установка для получения высокотемпературных силикатных расплавов с использованием энергии низкотемпературной плазмы. Разработана и численно реализована математическая модель в преобразованных переменных “функция тока — завихренность скорости”, описывающая нестационарные режимы конвективного теплопереноса в объеме плавильной печи. Проведены исследования влияния времени и плотности электрического тока на структуру течения и теплоперенос. Установлены особенности гидродинамики, обусловленные как нестационарностью процесса, так и существенной зависимостью теплофизических характеристик от температуры.

На основании экспериментальных данных проведены апробация и дальнейшее развитие подхода, основанного на использовании относительной излучательной способности. Полагалось, что среда, разделяющая непрозрачный объект и измерительный прибор, диатермическая или неизлучающая (характеризуется своей пропускательной способностью), излучательная способность источника излучения и пропускательная способность среды неизвестны. В качестве исходных экспериментальных данных использовались данные по сопоставлению спектральных плотностей энергетической яркости (спектральных интенсивностей), полученные в спектральном диапазоне от 220 до 2500 нм для температурных ламп в метрологических лабораториях Европы, России и США. Показано, что использование относительной излучательной способности позволяет дать графическую интерпретацию решению исходной нелинейной системы уравнений. В этом случае задача об определении истинной температуры объекта по спектру теплового излучения, в графической интерпретации, сводится к задаче выбора зависимости относительной излучательной способности при искомой температуре. Показано, что для сужения интервала, к которому принадлежит истинная температура, эффективен критерий, основанный на смене выпуклости зависимости относительной излучательной способности в процессе подбора значений искомой температуры. Использование относительной излучательной способности в той части спектра, в которой выполняется приближение Рэлея-Джинса, позволяет однозначно определить форму зависимости излучательной способности от длины волны. Приведено соотношение, по которому, исходя из полученных данных об истинной температуре объекта и его излучательной способности, можно определить длину волны максимума интенсивности в зарегистрированном спектре теплового излучения.

Обнаружено, что массивные образцы молибдена <Mo> окисляются сверхкритической водой с образованием наночастиц моноклинного MoO₂. Средний размер наночастиц, полученных при равномерном нагревании <Mo> со сверхкритической водой, составил около 27 нм, а размер агломератов наночастиц ≤ 1 мкм. По зависимости от времени количества образующегося H₂n_H2 (t) определены кинетические параметры процесса перехода <Mo> в частицы MoO₂. Зависимость dn_H2 / dt характеризуется наличием двух выраженных максимумов. Это объясняется изменением взаимной диффузии молекул H₂ и H₂O по мере роста толщины слоя наночастиц MoO₂.

Методом лазерной вспышки с погрешностью 2–4 % измерен коэффициент температуропроводности ферритно-мартенситной стали марки ЧС-139 в интервале температур 296–1274 К. Определены температуры Кюри и фазовых переходов мартенсит-аустенит-мартенсит.