Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2018 номер 1

Целью обзора является оценка значения модельных экспериментальных исследований для создания и развития классической роторной аэродинамики, включая описание наиболее значимых последних результатов, инициированных интенсивным развитием ветровой энергетики.

В работе представлены результаты экспериментального исследования пульсаций давления в проточном тракте среднемасштабного гидродинамического стенда с турбиной Френсиса. В различных режимах измерены интегральные и пульсационные характеристики данной турбины. С помощью высокоскоростной съемки проанализирована структура течения за рабочим колесом турбины, показано ее влияние на частоту и интенсивность пульсаций давления в проточном тракте.

Представлены результаты численного моделирования течения с псевдоскачком в осесимметричном канале, включающем лобовой воздухозаборник с начальным воронкообразным участком и горловым цилиндрическим участком, а также последующий расширяющийся диффузор. Для создания течения с псевдоскачком осуществлялось дросселирование канала с помощью выходного сужающегося сопла. Численные расчеты осесимметричного течения проведены на основе решения уравнений Навье-Стокса с использованием модели турбулентности k-ω SST. В результате расчетов определены такие параметры течения, как положение начала псевдоскачка, длина его сверхзвукового участка, профили скорости в различных сечениях псевдоскачка, распределение давления на поверхности канала, коэффициент восстановления полного давления и другие. Анализируется поведение этих параметров в зависимости от углов раскрытия диффузора при числе Маха набегающего потока М = 6 и различной степени дросселирования канала воздухозаборника.

Рассматриваются экспериментальные данные по структуре течения и массопереносу вблизи границ области существования ламинарного и турбулентного пограничных слоев с горением. В их числе ¾ результаты исследования устойчивости реагирующего потока при смешанной конвекции, массоперенос при испарении этанола «на полу» и «на потолке», когда поверхность пламени искривляется с образованием крупномасштабных ячеистых структур. С помощью аппаратуры PIV показано, что при потере устойчивости Релея-Тейлора формируются грибовидные структуры, в которых чередуется движение от фронта пламени к стенке и наоборот. Ячеистое пламя существует в узком диапазоне скоростей от 0,55 до 0,65 м/с, а массоперенос втрое превышает уровень в стандартном ламинарном пограничном слое.

Работа посвящена определению закономерностей деструкции капель жидкости в вихревом следе за пилоном при высоких дозвуковых скоростях набегающего воздушного потока. В статье приведена схема лабораторной установки, описаны средства диагностики и изложена методика проведения эксперимента. Исследована структура нестационарного газодинамического течения за пилоном и определены основные характеристики возникающего вихревого следа. Получены экспериментальные данные по изменению диаметров капель в результате газодинамического дробления в зависимости от параметров потока и режимов инжекции жидкости. Представлены характерные распределения диаметров и скоростей капель в вихревом следе за пилоном. Определены конечные диаметры капель, получаемые в результате газодинамического дробления. Проведено сравнение экспериментальных данных по интенсивности газодинамического дробления с расчетами, выполненными в соответствии с ранее разработанными методиками. Результаты исследования могут быть использованы на этапе выбора конфигурации систем инжекции жидкости в высокоскоростной поток, а также для валидации математических моделей, используемых при расчетах параметров двухфазных течений.

В статье представлены результаты экспериментального исследования динамики роста и отрыва паровых пузырей при кипении жидкости, полученные с использованием высокоскоростных видеосъемки и ИК-термографии. Исследования проводились при кипении воды на линии насыщения при атмосферном давлении в диапазоне тепловых потоков 30-150 кВт/м². Для визуализации процесса и определения скоростей роста внешнего диаметра пузыря, области микрослоя и области сухого пятна в опытах использовался прозрачный тонкопленочный нагреватель толщиной 1 мкм, осажденный на подложку из сапфира, а видеосъемка осуществлялась с нижней стороны поверхности участка. Для исследования интегрального теплообмена, а также локальных нестационарных тепловых характеристик использовалась высокоскоростная ИК-термография с частотой до 1 кГц. Высокоскоростная видеосъемка показала, что после образования парового пузыря и формирования области микрослоя в короткий промежуток времени (до 1 мс) под паровым пузырем возникает сухое пятно. Были обнаружены различные стадии распространения границы контактной линии. Показано, что на начальной стадии до развития мелкомасштабных возмущений на границе сухого пятна скорость распространения постоянна. Также выявлено, что стадия отрыва пузыря начинается после полного испарения жидкости в области микрослоя.

Рассматривается течение затопленных струй, распространяющихся в условиях стабильного существования гидрата и течения окружающей среды. Развит интегральный лагранжевый метод контрольного объема для расчетов параметров струи: траектории, радиуса, температуры, плотности и объемных содержаний компонент струи. Определено влияние двух предельных схем гидратообразования на параметры струи. Исследовано влияние начального значения дебита газа на температуру струи.

Рассматривается процесс инжекции гидратообразующего газа (метана) в снежный массив, в исходном состоянии насыщенный тем же газом. В автомодельной постановке показано, что при нагнетании теплого газа ( _{) под достаточно высоким давлением где критические значения определяются в зависимости от исходных значений температуры давления объемного снегосодержания и проницаемости снежного массива) в области фильтрации с фазовыми переходами образуются четыре характерные зоны, а именно: ближняя, в которой снег полностью перешел в состав гидрата, и, следовательно, массив насыщен только газом и гидратом, две промежуточные, в которых газ, снег или вода и гидрат находятся в состоянии фазового равновесия, и дальняя, заполненная газом и снегом. На основе полученных аналитических и численных решений проанализировано влияние параметров, определяющих исходное состояние массива, интенсивности закачки газа и его температуры на структуру и протяженность отмеченных четырех зон фильтрации.}

Предложена математическая модель расчета распределения температуры и динамики фазовых переходов воды в многослойных системах на поверхности криолитозоны. Модель позволяет проводить расчеты в годовом цикле с учетом распределения температуры на поверхности в теплый и холодный периоды года. Рассматривается система, состоящая из четырех слоев: снежный покров или почвенно-растительный покров, верхний слой грунта, слой теплоизоляционного материала, минеральный грунт. Расчеты по модели позволяют выбрать оптимальные толщины и составы слоев, обеспечивающих устойчивость сооружений на поверхности криолитозоны.

В работе описана проблема накопления облученного графита, образующегося при эксплуатации уран-графитовых ядерных реакторов. Показано, что основными неуглеродными загрязнителями, вносящими наибольший вклад в суммарную удельную активность графита, являются ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co, ⁹⁰Sr, ³⁶Cl и ³H. Предложен способ плазменной переработки облученного графита, позволяющий проводить объемную дезактивацию. Представлены результаты расчета равновесного состава продуктов плазмохимических реакций в системах «облученный графит-аргон» и «облученный графит-гелий» в широком диапазоне температур. Описана разработанная математическая модель процесса очистки пористой поверхности графита в равновесной низкотемпературной плазме. Приведены результаты расчета скорости сублимации радиоактивных загрязнителей в зависимости от температуры плазмы и скорости прокачки плазменного потока при использовании различных плазмообразующих газов. Проведена оценка степени извлечения ¹³⁷Cs с внешней поверхности поры графита. Выявлены и доказаны преимущества использования более легкого плазмообразующего газа ¾ гелия.

Анализируется распределение температуры в кольцевых ребрах с пошаговым уменьшением их локального поперечного сечения при конвективно-радиационном теплообмене. Предполагается, что теплопроводность материала ребра линейно зависит от температуры, а коэффициент теплоотдачи является степенной функцией температуры поверхности. Уравнение энергии в рассматриваемой математической модели учитывает ненулевые температуры конвекции и теплоотвод излучением. Для получения аналитического решения применяется метод дифференциальных преобразований. Для доказательства достоверности результатов приведено точное аналитическое решение для частного случая. Представленная модель более реалистично отображает задачу эффективности использования кольцевых ребер с пошаговым уменьшением локального поперечного сечения по сравнению с другими моделями, применяемыми в существующих инженерных приложениях. В настоящей работе исследуется влияние кондуктивно-конвекционного и кондуктивно-радиационного параметров, температуры теплоотдачи на распределение температуры в различных сечениях при изменении их толщины и расположения. Предполагается, что полученные результаты будут способствовать разработке и оценке эффективности применения кольцевых ребер с пошаговым уменьшением локального поперечного сечения для изменения теплоотдачи.

Представлен способ определения термодинамической (истинной) температуры непрозрачных материалов по зарегистрированному спектру теплового излучения в условиях, когда излучательная способность свободно излучающего тела неизвестна. В качестве входных данных использовалась специальная функция, представляющая собой произведение относительной излучательной способности вольфрама на длину волны излучения. Проведен анализ точности полученных результатов. Показано, что при использовании относительной излучательной способности предложенный алгоритм может быть использован как в пределах применимости приближения Вина, так и формулы Планка.

Рассматривается анализ оптических свойств (поглощательная, пропускательная и отражательная способности) сферической частицы для случая, когда ее диаметр много больше длины волны монохроматического излучения. Для этого используется ранее полученное решение интегрального уравнения монохроматического излучения и показано согласование расчетов с экспериментальными данными, полученными для лейкосапфира.

Изучается управляющее воздействие одновременно струи и пристеночных источников энергии на ударно-волновую структуру сверхзвукового течения в осесимметричном и плоском каналах с целью создания околозвуковой области. Получены режимы с протяженной околозвуковой областью.