Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2018 номер 4

Исследуются турбулентные свойства сверхзвуковой струи в связи с обнаружением высоких уровней пульсаций давления при натекании модельных струй возвращаемого аппарата на посадочную поверхность. С этой целью выполняются измерения полного давления на малой преграде с помощью датчика динамического давления, установленного в свободной струе. Наиболее полные сведения о турбулентных свойствах течения дает прямое преобразование давления, полученного в точке торможения на преграде, в приведенную скорость в набегающем потоке. По осциллограмме приведенной скорости определяются ее средняя величина, среднеквадратичная величина возмущений, интенсивность турбулентности и спектральный состав. Показано, что в высоконапорной струе интенсивность турбулентности сохраняет высокие значения по длине сверхзвукового ядра и в начале дозвукового участка.

Представлено численное исследование перехода от ламинарного режима течения к турбулентному при обтекании симметричного крылового профиля свободным потоком и вблизи земной поверхности при низком числе Рейнольдса и различных углах атаки. Используется SST-модель турбулентности для моделирования турбулентного течения. Численно смоделировано обтекание симметричного крылового профиля SD7003. Представленный численный метод улавливает различные аспекты течения, такие как неблагоприятный градиент давления, ламинарный отрывной пузырь и переход от ламинарного режима течения к турбулентному. Результаты численных расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Отрыв пограничного слоя в первую очередь обусловлен неблагоприятным градиентом давления. Оказать на пограничный слой такое воздействие, чтобы он остался присоединенным к поверхности, можно различными средствами, например, используя поверхность с трансверсальной кривизной или за счет формы тела. Трансверсальная кривизна поверхности способствует затягиванию отрыва пограничного слоя в заторможенном потоке над тонкими телами при различных конфигурациях последних. В настоящем исследовании рассмотрены тела вращения различной формы, имеющие разные поперечные сечения (по координате x ), изменяющиеся по степенному закону. Показано, что положение точки отрыва сильно зависит от параметра кривизны поверхности k и индекса формы тела n , которые по сути управляют отрывом потока. Это означает, что увеличение параметра кривизны поверхности k и индекса формы тела n приводит к увеличению напряжения сдвига на стенке и, следовательно, затягивает отрыв потока. Значительное затягивание отрыва потока наблюдается при наличии цилиндров, имеющих достаточно большую трансверсальную кривизну. В работе рассчитано и представлено в виде таблиц процентное увеличение длины отрыва, соответствующие различным значениям параметра кривизны и индекса формы тела.

Экспериментально проверена возможность снижения трения за счет податливых покрытий из вязкоупругих силиконовых резин. Для этой цели из гомогенного материала была изготовлена серия однослойных покрытий различной толщины. Эксперименты проводились в высокоскоростной кавитационной трубе Пусанского национального университета. Динамические вязкоупругие свойства материалов покрытий тщательно измерялись. Область скоростей потока и толщин покрытий вычислялась в предположении, что покрытия могут интенсивно взаимодействовать с динамическими структурами турбулентного пограничного слоя только в области частот своей максимальной податливости. Предсказанная область параметров покрытий и скорости течения, где покрытия уменьшают трения, сравнивается с экспериментальными данными.

Работа посвящена численному исследованию нестационарных режимов конвективного плавления парафина внутри замкнутой прямоугольной области, нагреваемой от источника энергии с постоянной плотностью объемного тепловыделения. Задача была сформулирована в безразмерных преобразованных переменных «функция тока-завихренность-температура» и решена с использованием метода конечных разностей. Получены и проанализированы основные характеристики процесса плавления и теплопереноса в жидкой среде при различных мощностях источника энергии (от 5 до 100 Ватт). Проанализировано влияние теплоотдачи от источника на температурные распределения внутри области, содержащей парафин.

Проведен теоретический анализ влияния линейной и круговой поляризации лазерного излучения на коэффициент поглощения одиночных сферических частиц из стали AISI 304. Показано, что при использовании гауссова пучка поглощенная лазерная мощность зависит от размера частиц и их местоположения в световом поле лазера. Установлено влияние лазерного испарения материала на закономерности реактивного движения частиц при плотности мощности в пучке, превышающей пороговое значение. Направление действия вектора реактивной силы напрямую связано с неравномерным распределением поглощенной лазерной мощности и давлением отдачи паров, оттекающих от криволинейной поверхности частицы. Дано описание механизма отклонения вектора реактивной силы частицы за счет давления отдачи паров в световом поле гауссова пучка, от направления действия луча.

С помощью развитых ранее авторами методов и подходов получено новое фундаментальное малопараметрическое уравнение состояния (в виде приведенной функции Гельмгольца) для описания термодинамических свойств ксенона. Оно позволяет с достаточно высокой точностью, близкой к точности эксперимента, описывать термические свойства газа, жидкости и флюида в интервале плотностей от плотности в идеально-газовом состоянии до плотности в тройной точке, за исключением критической области. Рассчитаны калорические свойства и скорость звука ксенона без привлечения каких либо калорических данных, за исключением энтальпии идеального газа. Полученные в результате вычислений значения изобарной теплоемкости, скорости звука и других термодинамических свойств хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Проведено исследование процесса образования микросателлитов при капиллярном распаде струй вязких жидкостей. Предложенная аналитическая модель качественно описывает образование микросателлитов. Полученные закономерности образования зародышей микросателлитов и их отрыва от струи согласуются с результатами численного моделирования.

Предложена новая численная модель гидроразрыва пласта, описывающая протекающие в нем одновременно процессы закачки в трещину и течения в ней смеси жидкости и проппанта, распространения трещины с переменным по высоте и длине ее открытием, оседания проппанта и образования проппантовой упаковки, фильтрации жидкости через эту упаковку. Проведенные численные эксперименты показали, что расписание закачки проппанта, а также диаметр его частиц оказывают значительное влияние на месторасположение проппантовых упаковок, условия фильтрации жидкости через них и в конечном итоге на длину трещины и распределение по ней ее открытия.

Разработана схема и конструкция осесимметричного прямоточного двигателя твердого топлива, который состоит из поликлинового лобового воздухозаборника, газогенератора твердого топлива, камеры сгорания и сопла. В соответствии с разработанной схемой изготовлена модель двигателя для испытаний с внешним обдувом в наземных аэродинамических установках. Эксперименты с внешним обдувом модели и с горением в ней твердого топлива проводились в аэродинамических установках «Транзит-М» и Т-313 (ИТПМ СО РАН) при числах Маха воздушного потока М = 2,5-5. Получены высокие значения величины внутренней и суммарной избыточной тяги.

Приводятся результаты исследования влияния параметров процессов на показатели термодинамической эффективности детандер-генераторных агрегатов, применяемых в качестве альтернативы дросселирующим устройствам для технологического уменьшения давления транспортируемого природного газа на станциях технологического уменьшения давления системы газоснабжения ¾ газораспределительных станциях и газорегуляторных пунктах. В качестве параметров процессов рассматриваются температура наружного воздуха, отношение давлений транспортируемого газа на выходе и входе газораспределительной станции и газорегуляторного пункта, температура подогрева газа перед детандером. Рассматриваются различные схемные решения детандер-генераторных агрегатов, позволяющие генерировать либо только электроэнергию, либо электроэнергию и холод. В качестве критерия оценки термодинамической эффективности принимается эксергетический КПД. Приводятся в графическом виде результаты расчетов изменения эксергий потоков, а также эксергетического КПД при изменении параметров процессов. Проводится сравнение термодинамических эффективностей дросселирующих устройств и детандер-генераторных агрегатов. Показано, что замена дросселирующего устройства на детандер-генераторный агрегат при всех рассмотренных параметрах процессов приводит к увеличению эксергетического КПД станций технологического уменьшения давления транспортируемого газа при всех рассмотренных схемах включения данного агрегата: без подогрева газа в детандер-генераторном агрегате, с подогревом газа после детандера, а также с подогревом до и после него.

В статье решаются проблемы применения теплофизики в охране окружающей среды, а именно в очистке сточных вод за счет интенсификации процессa массопереноса и ускорения реакции биологического окисления. Интенсификация происходит вследствие воздействия на обрабатываемую среду (сточную воду) вводимой дискретно-импульсным методом энергии. Метод реализуется посредством нового тепломассобменного оборудования, а именно: аэратора-окислителя роторного типа.

Предложена математическая модель течения вязкой несжимаемой среды, включающая малый параметр для регуляризации некорректной задачи. По аналогии с задачами деформирования осесимметричных слоистых структур, содержащих упругие ортотропные и упругие объемно-несжимаемые слои и течения вязкой слоистой жидкости, разработан метод, позволяющий по единому алгоритму рассчитывать поля скоростей, напряжений и других характеристик формуемого слоистого композитного материала. Приведен пример расчета течения связующего при пултрузионном формовании.

Рассмотрено течение турбулентной круглой затопленной струи в дальнем поле. При помощи известных автомодельных свойств осредненного по времени течения, а также пространственных и временных характеристик всего спектра масштабов турбулентных пульсаций выведены модифицированные уравнения Навье-Стокса. Предложен способ численного расчета этих уравнений для описания семейства автомодельных решений в цилиндрической области с периодическими граничными условиями в продольном направлении, при этом скорость расширения струи входит в полученные уравнения явным образом как параметр.

Методом смешения на массивном калориметре с изотермической оболочкой измерена энтальпия твердого и жидкого интерметаллического соединения CsBi₂ в интервале температур 430-1225 K. Получены аппроксимационные уравнения, определена изобарная теплоемкость и изменение энтальпии при плавлении. Разработаны таблицы рекомендуемых значений калорических свойств в интервале от 298,15 до 1225 K. Оцениваемые погрешности данных по энтальпии и теплоемкости составили 0,35 и 1,0 % соответственно. Проведено сопоставление полученных результатов с расчетами по законам идеальных растворов.