Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2018 номер 6

Работа посвящена экспериментальному исследованию влияния малых углов атаки и радиуса затупления носика конуса на эффективность стабилизации высокочастотных возмущений в гиперзвуковом пограничном слое при помощи пассивного пористого покрытия. Эксперименты проведены на конусе с углом полураскрытия 7° и радиусом затупления носика R = 0,03, 0,5 и 1 мм под углами атаки α = 0¸1° при числе Маха набегающего потока M_∞ = 5,8. Измерены высокочастотные пульсации давления на сторонах со сплошной и пористой поверхностями конуса. Показано, что при всех исследуемых углах атаки и радиусах затупления носика конуса пассивное пористое покрытие эффективно подавляет высокочастотные возмущения в гиперзвуковом пограничном слое как на наветренной, так и на подветренной стороне конуса.

Исследовано развитие контролируемых возмущений в пограничном слое прямого крыла с помощью термоанемометра. Колебания трехмерной поверхности с большой амплитудой генерируют два типа возмущений: локализованные продольные структуры и волновые пакеты. Вниз по течению, интенсивность продольных локализованных структур уменьшается. Волновые пакеты проявляются в области неблагоприятного градиента давления вблизи фронтов продольной локализованной структуры. В области отрыва потока наблюдается сильный рост амплитуды волновых пакетов. Пространственное развитие исследованных волновых пакетов совпадает с развитием трёхмерной волны Толлмина-Шлихтинга в аналогичных условиях.

Методами теории функций комплексной переменной получены гамильтоновы уравнения движения системы N точечных идеальных вихрей в односвязной двумерной области. Показано, что движение двух вихрей в круге интегрируется точно; определены периоды этого движения. Методом секущих плоскостей в фазовом пространстве исследовано движение двух вихрей в области, ограниченной лемнискатой. Здесь обнаружены стохастические траектории, имеющие сплошные спектры мощности. Предполагаемая причина стохастичности ¾ блуждание фазовой точки по гомоклинической структуре.

Работа посвящена исследованию гелиевой проницаемости полых микросферических мембран на примере узкой фракции микросфер МС-В-1Л. В ходе исследований подготовлен экспериментальный стенд для получения сорбционных кривых для различных газов при заданных значениях давления и температуры. Отработана методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных с целью определения коэффициента гелиевой проницаемости исследуемого типа полых микросферических мембран. Для выделенной узкой фракции микросфер МС-В-1Л в диапазоне диаметров 35-50 мкм определены величины коэффициента гелиевой проницаемости материала стенок частиц в диапазоне температур от 20 до 110 °C, а также энергия активации процесса сорбции гелия данными микросферами.

Выполнено численное исследование влияния параметра закрутки потока и теплофизических свойств материала капель воды, этанола и ацетона на структуру турбулентного течения и теплообмен в газокапельном потоке. Для описания динамики и тепломассообмена двухфазного потока был использован эйлеров подход. Для закрученного потока характерным является рост концентрации мелких частиц на оси трубы за счет их накопления в зоне обратных токов под действием силы турбофореза. Показано, что добавление капель приводит к существенному росту теплообмена (более, чем в 2,5 раза) при величине массовой концентрации капель M_L1 = 0,1 в сравнении с однофазным закрученным течением. Интенсификация теплообмена при использовании капель этанола выше, чем для капель воды (примерно на 10-20 %) и ацетона (до 65 %). При использовании капель этанола и ацетона сокращается область существования двухфазного течения, а степень подавления турбулентности несущей фазы уменьшается. Это происходит из-за более быстрого испарения капель легколетучих жидкостей.

В работе подробно обсуждается постановка задачи о расчете трехмерного течения термовязкой жидкости в приближении слабой сжимаемости в кубической области, заключенной между плоскими стенками с различной температурой. В двух других направлениях задаются периодические граничные условия, причем в одном из них поддерживается постоянный перепад давления для сохранения напорного течения. Такая постановка позволяет проследить за эволюцией начальных возмущений, накладываемых на основное течение. Развитие течения зависит от характеристик возмущения, в данном случае рассматривается вырожденный одномерный шум, дивергенция которого равна нулю (далее - дивергентный шум), который затем фильтруется с помощью специального корреляционного фильтра. При использовании недивергентного шума необходимо применение алгоритма восстановления соленоидальности случайного поля скорости. По результатам моделирования установлено, что развитие случайного поля возмущений может приводить к двум качественно различным исходам: в первом случае ¾ относительно малой интенсивности возмущений ¾ происходит смена формы профиля скорости, связанная с исчезновением точки перегиба и увеличением расходных характеристик в 1,5-1,6 раза, во втором случае начинается турбулизация течения, сопровождаемая разрушением ядра потока и существенным падением расходных характеристик. В обоих исходах выход на стационарный режим течения: фактический ¾ в первом случае (в смысле неизменности полей скоростей) и статистический - во втором, происходит достаточно долго: до t ~ 200 в безразмерных единицах. Анализ течения проводится на основе интегральных кривых кинетической энергии и энстрофии, а также с помощью пространственного усреднения полученных массивов данных.

Исследовано совместное установившееся движение ручейка несжимаемой жидкости и потока газа в микроканале с учетом действия сил гравитации, касательного напряжения на границе раздела газ-жидкость и сил Ван-дер-Ваальса. Для различных значений расходов жидкости и газа вычислены значения краевого угла. Показано, что для постоянного расхода жидкости увеличение скорости газа приводит к уменьшению высоты ручейка, поверхность ручейка при этом уплощается. Обнаружено существенное деформирующее влияние ручейкового течения на распределение скорости в газе. ... Исследования показывают, что ручейки жидкости, увлекаемые движущимся потоком пара или газа в узких каналах (100-300 мкм), позволяют обеспечивать существенную интенсивность теплоотдачи особенно в областях линий контакта жидкости и нагретой поверхности [1-4]. Тем самым использование ручейковых течений для управления тепловыми режимами при работе с современным полупроводниковым оборудованием с большой мощностью рассеивания является перспективным методом, в частности для космических приложений, где предусмотрено производство энергии, охлаждение оборудования, поддержание работы систем жизнеобеспечения и т.д. [5]. … В работе [6] предлагалась модель стекающего по наклонной плоскости ручейка с поверхностью постоянной кривизны. В публикации [7] рассматривалось стекание ручья по наклонному цилиндру. Движение ручейка жидкости, увлекаемого потоком газа в миниканале при различных значениях уровня гравитации, изучалось в работе [8]. ... В соотношении (6) учтено расклинивающее давление, возникающее вследствие действия сил Ван-дер-Ваальса [9]. ... Рассматриваемую задачу можно назвать «прямой». В более простой постановке такая задача решалась в работе [10]. ... Последняя задача решалась методом конечных разностей с использованием метода дробных шагов по введенному для вычислений фиктивному времени [11]. ... Наличие подобных участков плоской поверхности отмечалось в работе [8]. ... Похожим образом значение контактного угла рассчитывалось в работе [12], где пленка стекала по наклонной подложке, образуя движущуюся переднюю кромку. ... В плоскости сечения y = 0 профиль скорости состоит из двух участков парабол. Причем участок, соответствующий скорости в жидкости, является практически прямолинейным, что хорошо согласуется с результатами, представленными в работе [13]. .

Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования вскипания сильно недо-гретого этанола в кольцевом проточном канале в условиях импульсного тепловыделения в стенке, охлаждаемой потоком жидкости. В опытах зафиксированы образование паровой оболочки на стенке нагревателя и продолжительные колебания давления в канале большой амплитуды (автоколебательный режим). Разработана математическая модель процесса вскипания этанола, которая учитывает испарение перегретой жидкости вблизи стенки нагревателя и конденсацию пара в потоке недогретой жидкости. Предложенная модель описывает как затухающие колебания парового слоя, так и развитие автоколебательного режима, хорошо предсказывает амплитуду и частоту нелинейных колебаний. Численные расчеты показали, что автоколебательный режим реализуется за счет испарения периодически возобновляемого микрослоя жидкости на стенке нагревателя. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Решаются проблемы измерения скорости и температуры частиц в световом поле импульсно-периодического лазера с использованием бесконтактных методов регистрации на основе спектрометра и комплекса лазерных и оптических средств. Методика диагностики объединяет два независимых способа измерения скорости частиц: пассивный, основанный на собственном излучении нагретых частиц в газовом потоке, и активный, использующий излучение рассеянного лазерного луча. Приведены гистограммы статистических распределений скоростей частиц для двух режимов работы коаксиального сопла: при отсутствии и наличии импульсного лазерного излучения. В экспериментах применялись различные типы порошков (Al₂O₃, Mo, Ni, Al) со стандартными для технологии лазерной наплавки распределениями частиц по размерам, рабочие газы (воздух, азот, аргон) и СО₂-лазер, работающий в импульсно-периодическом режиме, средней мощностью до 2 кВт и импульсной мощностью десятки/сотни киловатт. Показано, что в поле лазерного излучения частицы порошка приобретают дополнительное ускорение за счет испарения и появления реактивной силы, обусловленной давлением отдачи паров с облученной части поверхности частицы. Показано, что лазерное излучение может значительно влиять на скорость и температуру частиц порошка при его транспортировке газоструйным потоком. Скорости отдельных частиц за счет лазерного ускорения могут достигать значений порядка 120 м/с при максимальной скорости несущего газа до 30 м/с.

Приводятся результаты экспериментов с использованием щёлочь-ПАВ-полимерных композиций (ASP- заводнение) на кернах пластов высоковязкой нефти. Исследования фазового поведения растворов с различными концентрациями щелочи (NaOH) и ПАВ (ДДСNa) при смешивании с высоковязкой нефтью позволили определить оптимальные составы агентов для формирования эмульсии третьего типа по Виндзору. Результаты опытов на кернах пластов высоковязкой нефти показывают, что закачки оторочки оптимальных составов водного раствора ПАВ/щелочь и полимера после обычного заводнения приводят к увеличению коэффициента вытеснения нефти от 19 до 37 %.

Представлены математическая модель и результаты расчетов процесса газификации твердых углеводородов (ТУВ) в шаровых укладках при их обдуве высокотемпературным газом внутри каналов переменного сечения. Проведено параметрическое исследование влияния температуры и состава газовой фазы, теплофизических свойств ТУВ, диаметра шаровой укладки и конфигурации канала на массовый расход и температуру продуктов газификации ТУВ. Представлен метод оценки параметров процесса газификации ТУВ в проточном тракте низкотемпературных газогенераторов (НТГГ) без потери формы элементов шаровых укладок вследствие их плавления. Разработаны рекомендации, позволяющие обеспечить потребные величины массового расхода ТУВ и температуры в выходном сечении НТГГ. Полученные данные могут быть использованы при анализе экспериментальных исследований сублимации ТУВ и на этапе предварительного проектирования НТГГ.

Рассматривается перспективная теплофикационная паротурбинная установка, включающая паровую турбину с противодавлением и паровой котел, работающий на природном газе, с утилизацией тепла уходящих газов. Разработана математическая модель установки, позволяющая проводить один конструкторский расчет в номинальном режиме и несколько поверочных расчетов в характерных режимах с различными тепловыми нагрузками. С использованием разработанной модели проведены оптимизационные расчеты установки для двух регионов с разными климатическими условиями и разными ценами на топливо. По критерию минимума цены электроэнергии найдены оптимальные конструктивные параметры оборудования, параметры рабочего тела и теплоносителей во всех точках технологической схемы, а так же расходы топлива в каждом характерном режиме работы. Показано, что рассматриваемый энергоблок позволяет обеспечить коэффициент использования теплоты топлива выше, чем традиционная теплофикационная установка.