Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2016 номер 1

Проведен обзор развития и современного состояния геотермальной энергетики. Рассмотрены перспективные схемы ГеоЭС при разных температурах геофлюида. Особое внимание уделено проблемам петротермальной энергетики. Отмечено, что для практического использования колоссальных запасов тепла петротермальных георесурсов перспективным направлением является создание в сухих горных породах геотермальных циркуляционных систем. Приведены результаты расчетов срока службы и мощности циркуляционных систем при различных расходах теплоносителя.

Представлены результаты исследований процесса испарения капли воды и водно-солевого раствора NaCl с твердой подложки из анодированного алюминия. Получены параметры, характеризующие профиль капли: контактный диаметр, контактный угол, высота капли. По экспериментальным данным рассчитана удельная скорость испарения. Установлено, что капли воды и водно-солевого раствора с концентрациями до 9,1 % испаряются в режиме зацепления контактной линии. При увеличении концентрации соли в растворе до 16,7 % зарегистрирован режим растекания. Выделены две стадии испарения капель в зависимости от изменения скорости фазового превращения.

Представлены результаты численного моделирования тепломассообмена в ламинарном потоке трехкомпонентного газа при адиабатическом испарении бинарных растворов с плоской пластины. Исследования проведены для совершенного раствора ¾ этанол/метанол и зеотропных растворов ¾ вода/ацетон, бензол/ацетон, этанол/ацетон. Парожидкостное равновесие описывалось законом Рауля для идеального раствора и моделью Карлсона-Кольборна для реальных растворов. Проанализировано влияние температуры газа и состава жидкости на тепловые и диффузионные потоки, а также температуру парогазовой смеси на границе раздела фаз. Предложена формула для расчета температуры поверхности испарения бинарных смесей жидкостей с использованием подобия процессов тепло- и массообмена. Данные численного моделирования хорошо согласуются с результатами расчетов по предложенной зависимости для всех исследованных смесей жидкостей в рассмотренном диапазоне температур и давлений.

Целью работы явилось изучение влияния массового расхода газа на эффективность пленочного охлаждения и теплоперенос для лопатки роторной газовой турбины, которая оборудована отверстиями, расположенными в шахматном порядке и ориентированными под углом 30° к поперечному направлению и по нормали к основной хорде лопатки. для улучшения эффективности пленочного охлаждения обычные цилиндрические отверстия на переднем краю лопатки заменялись на профилированные отверстия (сужающиеся щели). для численного моделирования использовалась программа ansys cfx. турбулентность аппроксимировалась с помощью k-ε модели. для различных массовых расходов представлены подробные распределения эффективности пленочного охлаждения. произведено сравнение результатов численных расчетов с экспериментом.

Представлены результаты экспериментального исследования возбуждения интенсивных возмущений внешней слабой ударной волной в ламинарном пограничном слое на модели плоской пластины с острой и затупленной передней кромкой при м = 2,5. определено, что поле возмущений от двумерной наклейки в турбулентном пограничном слое на стенке рабочей части аэродинамической трубы в свободном потоке имеет вид n-волны. обнаружено, что на затупленной пластине интенсивность порождаемых пульсаций в пограничном слое внешними слабыми ударными волнами в несколько раз выше, чем в пограничном слое на модели с острой передней кромкой.

Рассмотрено возможное влияние отклонения рулей на аэродинамику осесимметричной конфигурации большого удлинения при сверхзвуковых скоростях потока. В качестве объекта исследования рассматривается классическая конфигурация, состоящая из корпуса в виде тела вращения и имеющая крестообразное переднее оперение и шестилопастные хвостовые стабилизаторы. Исследована физическая картина обтекания при отклонении горизонтальных консолей оперения и получены оценки влияния этого отклонения как на характеристики элементов (корпуса, стабилизаторов), так и на суммарные аэродинамические характеристики конфигурации в целом. Численные расчеты обтекания выполнены при числе Маха набегающего потока М = 3 в диапазоне углов атаки α = 0-10° и углов отклонения рулей δ _р = ±5° на основе осредненных уравнений Навье-Стокса и SST k-w модели турбулентности.

Построена численная модель и выполнено исследование динамики безымпульсного турбулентного следа в горизонтально однородном сдвиговом потоке линейно стратифицированной среды. Полученные данные демонстрируют трансформацию области турбулентных возмущений и генерируемых следом внутренних волн под воздействием сдвигового потока, а также существенное порождение энергии турбулентности осредненным движением, приводящее к замедлению вырождения турбулентности при больших временах после прохода тела.

Представлено исследование интенсификации теплообмена в круглой трубке со вставкой из спирально закрученной волнистой ленты. Исследуется влияние спирально закрученных волнистых лент с изменяемой осью (СВЛ-ИО) на теплообмен, коэффициент трения и теплогидравлическую эффективность (ТГЭ) для турбулентного режима течения. Геометрия СВЛ-ИО характеризуется следующими величинами: отношениями шага ленты к диаметру трубки ¾ P / D = 1, 1,5 и 2, пространственного периода изменения оси к длине шага ¾ l / P = 1, 1,5 и 2, длины витка к ширине ленты ¾ y / W = 3 и ширины ленты к диаметру трубы ¾ w / D = 0,2. Эксперимент осуществлялся при изменении объемной скорости потока воздуха для регулирования числа Рейнольдса в диапазоне от 6000 до 20000. Стенка экспериментальной трубки равномерно нагревается постоянным тепловым потоком, сама трубка покрыта тепловой изоляцией для уменьшения потерь тепла. Теплогидравлическая эффективность оценивается путем сравнения представленных экспериментальных результатов с полученными данными для модифицированных СВЛ-ИО, а также с результатами предыдущего исследования (обычные спирально закрученные волнистые ленты, СВЛ). При оценке тепловых характеристик изучаемых труб с СВЛ-ИО выявлено увеличение теплоотдачи и коэффициента трения за счет СВЛ-ИО в простой трубе в одинаковых условиях. Представляется интересным, что в трубе с СВЛ-ИО неизменно присутствуют более высокие теплоотдача и коэффициент ТГЭ, чем в трубах с СВЛ, ¾ примерно на 14,1 % и 1,9 % соответственно. В СВЛ-ИО с меньшим относительным шагом и длиной прилегающего витка обеспечивается более высокие интенсивность теплообмена и коэффициент трения, чем в трубах с бóльшим относительным шагом и периодом изменения оси, вследствие большей площади контактной поверхности, большей интенсивности вихря и, таким образом, лучшего перемешивания жидкости вблизи стенки трубки. В определяемом диапазоне трубки с самым большим относительным шагом ( P / D = 2) и с наименьшим периодом изменения оси ( l / P = 1) дают высокую ТГЭ ¾ около 1,35. В работе также описываются эмпирические соотношения для числа Нуссельта, коэффициента трения и ТГЭ.

Проведены анализ и оценка сил, действующих на частицы при их обтекании потоком псевдопластической жидкости при наличии стенки. По результатам обработки серийных расчетов для модельной задачи со сферической частицей возле плоской стенки в диапазоне чисел Рейнольдса 0-200 и расстояния до стенки от 0 до 20 диаметров частицы получены корреляционные формулы для вычисления коэффициентов силы сопротивления и подъемной силы. Особое внимание уделено поведению сил, действующих на частицу при ее приближении к стенке.

В работе представлены результаты исследования влияния термофореза на тепло- и массоперенос при смешанной магнитогидродинамической конвекции в несжимаемой вязкой электропроводной жидкости вдоль вертикальной плоской пластины при наличии излучения. Пластина проницаема и погружена в пористую среду. Для описания отклонения от модели Дарси используется модель течения Форхгеймера. Для описания переноса тепла излучением в уравнении энергии используется приближение Росселанда. Определяющая система дифференциальных уравнений трансформируется в систему обыкновенных дифференциальных уравнений с использованием преобразования подобия. Нелинейные обыкновенные дифференциальные уравнения приводятся к линейным с помощью метода квазилинеаризации и затем решаются численно с использованием неявной конечно-разностной схемы. Проведен анализ полученных численных результатов по влиянию различных физических параметров, таких как число Гартмана, параметр смешанной конвекции Ra _d /Pe _d , число Рейнольдса Re _d , радиационный параметр R , параметр термофореза τ , число Прандтля Pr и число Шмидта Sc. Коэффициент теплопередачи табулирован для различных значений физических параметров.

Методами численного моделирования проведено исследование теплового состояния полупрозрачной селективно-поглощающей среды при разных значениях оптических свойств границ и теплоотдачи с левой поверхности в приближении однофазной задачи Стефана. Проведен анализ полей температур и плотностей потоков результирующего излучения, а также теплового состояния левой границы и динамики сокращения слоя в процессе плавления. Выполнено сопоставление процессов фазового перехода в плоском слое селективной и серой поглощающей и излучающих средах в слое пластины и показано их принципиальное различие.

Разработана плазменная технология создания защитно-декоративного покрытия на поверхности деревянных образцов. Проведены экспериментальные исследования по нанесению защитного покрытия с помощью энергии низкотемпературной плазмы, а также исследования распределения температурных полей по сечению обрабатываемого изделия и сравнения полученных расчетных результатов с экспериментальными данными.

Проведены вычислительные эксперименты с применением технологии «Overfire Air» (OFA) при горении пылеугольного факела в камере сгорания котла БКЗ-160 Алматинской ТЭЦ 2, результаты которых показывают возможность достичь снижения эмиссии вредных оксидов азота NO _x и минимизировать потери энергии. Приведены результаты вычислительных экспериментов по влиянию подачи дополнительного воздуха на основные характеристики тепломассопереноса. Проведено сравнение с базовым режимом горения твердого топлива, когда подача дополнительного воздуха отсутствует (OFA = 0 %).

Методом ультразвукового интерферометра в интервале температур от 293 до 373 K при давлениях от 0,05 до 0,5-3,7 МПа измерена скорость звука в жидком и газообразном хладагенте R-407С. Погрешности измерения температуры, давления и скорости звука составили соответственно ±20 мK, ±4 кПа и ±(0,1-0,3) %. Проведено сопоставление полученных результатов с расчетом скорости звука из фундаментального уравнения состояния для свободной энергии Гельмгольца.

Рассматривается влияние параметров мультикольцевой системы Куэтта с вращающимися навстречу друг другу коаксиальными цилиндрами на процесс выделения тепловой энергии в вязкой жидкости, заполняющей эту систему, применительно к задаче определения возможности создания высокоэффективного ветротеплогенератора. Многоцилиндровая конструкция роторов позволяет непосредственно преобразовать механическую энергию агрегата, состоящего из двух «роторных» ветряков с общей осью, перпендикулярной к потоку воздуха, в тепловую энергию в широком диапазоне частоты вращения цилиндров. Представлены результаты экспериментов по измерению выделяемой в макетном образце теплогенератора тепловой мощности при различных относительных угловых скоростях вращения цилиндров.

Приводится формула для определения эксергии потока газа при подводе/отводе тепла без конкретизации процесса и диссипации кинетической энергии.