Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2020 номер 6

Предложена методика вторичной обработки результатов расчета двухфазного течения в камерах дожигания (КД) сложной геометрии. Данная методика позволяет спрогнозировать эффективность (оценить качество) процессов смешения и полноту сгорания в КД энергосиловых установок. Продемонстрированы возможности разработанной методики на примере моделирования процессов смешения потока двухфазного горючего с воздухом в КД модельной энергосиловой установки газогенераторной схемы. Представлена математическая модель исследуемых процессов и результаты моделирования. В качестве горючего рассмотрены продукты газификации (ПГ) высокоэнергетического конденсированного состава, представляющие собой смесь газовой и конденсированной фаз. Разработан и реализован алгоритм обработки результатов математического моделирования, позволяющий оценить особенности смешения конденсированной фазы ПГ с воздушным потоком. Проведены параметрические исследования, в результате которых получены закономерности изменения характеристик распределения частиц конденсированной фазы ПГ в сечениях КД. Выполнены оценки предельного значения коэффициента полноты сгорания ПГ в КД на основе анализа особенностей смешения газовой и конденсированной фазы ПГ с воздухом. Приведены данные по влиянию конфигурации системы инжекции и дисперсного состава частиц конденсированной фазы ПГ на эффективности смешения в КД. Результаты исследований могут быть использованы для разработки рекомендаций по повышению эффективности рабочего процесса в перспективных энергосиловых установках.

Приведена простая математическая модель динамики нестационарной жидкой струи (НЖС), которая описывает впрыск дизельного топлива в дизеле, подаваемого под давлением в камеру сгорания. Предлагаемая модель описывает динамику НЖС как движение центра масс материальной точки переменной массы на основе законов механики Ньютона. При этом масса материальной точки складывается из массы жидкого топлива и вовлеченного в движение воздуха с учетом неравномерного распределения топлива и воздуха по длине НЖС. Численное моделирование, проведенное с привлечением новых экспериментальных данных, показывает удовлетворительную согласованность теоретических и экспериментальных результатов по динамике развития НЖС. Модель позволяет на основе численного моделирования оптимизировать динамику НЖС и процессов смесеобразования для конкретных размеров камеры сгорания дизеля.

Представлены первичные экспериментальные данные по осевому и аксиальному распределениям касательного напряжения трения на поверхности стержня - имитатора твэла - при течении жидкости через модель тепловыделяющей сборки (ТВС) в зависимости от диаметра стержня (9, 10, 15 мм), относительного расстояния между стержнями (1,2, 1,3, 1,4, 1,45) и числа стержней (7 и 37) при ламинарном, переходном и турбулентном режимах течения жидкости в ТВС.

На основе построенной математической модели исследованы режимы замещения метана в газогидрате на диоксид углерода при инжекции жидкой двуокиси углерода в пористый пласт конечной протяженности. Установлено, что в зависимости от параметров инжектируемой двуокиси углерода, а также условий на границах пласта, процесс образования гидрата углекислого газа может происходить как с замещением метана в газогидрате на диоксид углерода, так и с образованием области, содержащей метан и воду в свободном состоянии. Построены критические диаграммы, определяющие условия реализации каждого из этих режимов.

В работе приведены данные экспериментальных исследований конвективного тепломассообмена при сублимации одиночной сферической частицы смеси металлорганических соединений Zr(dpm)₄ /Y(dpm)₃ в высокотемпературном потоке инертного газа (He, Ar). Рассмотрено влияние скорости и состава газа-носителя на характеристики процессов массопереноса. Получены данные о динамике изменения размера и температуры образца в процессе сублимации.

Работа посвящена изучению диффузии одностенных нанотрубок в жидкостях при изменении весовой концентрации нанотрубок от 0,00001 до 0,01 %. В качестве несущих жидкостей использовались водные растворы додецилбензолсульфата натрия и поливинилпирролидона, применяемые обычно в качестве поверхностно активных веществ. Их концентрация либо равнялась концентрации нанотрубок, либо вдвое превосходила ее. Показано, что в зависимости от концентрации коэффициент диффузии нанотрубок менялся от 1,02×10^-11 QUOTE до 0,7×10^-12 QUOTE м²/c. По данным о коэффициенте диффузии восстанавливается эффективный гидродинамический размер нанотрубок и их длина. Обсуждается эффективность разделения нанотрубок с помощью центрифугирования и изменение их характеристик при длительном хранении.

В работе приводится методика выбора параметров волнистости поверхности крыла, предназначенного для применения на малоразмерных летательных аппаратах. Предложено выбирать геометрию волнистости, основываясь на параметрах пограничного слоя при заданном режиме обтекания классического крыла при угле атаки a = 0°. Результат выбора параметров волнистости предлагается проверять по изменению структуры течения в пограничном слое крыла. При правильно выбранной волнистости общая отрывная зона, характерная для классического крыла, должна трансформироваться в локальные отрывные зоны. Для обоснования и проверки методики исследовано обтекание двух моделей крыльев: волнистого крыла с жесткой поверхностью и волнистого крыла с вариоформной поверхностью, на котором высота горба может варьироваться. Исследования проводились при числах Рейнольдса по хорде крыла в диапазоне от 0,35×10⁵ до 1,4×10⁵ при угле атаки a = 0°. С помощью сажемасляной визуализации показан переход локальных отрывных зон в общую отрывную зону на модели крыла с жесткой поверхностью при уменьшении числа Рейнольдса путем уменьшения скорости потока. С помощью измерения профиля скорости в пограничном слое на вариоформном крыле также показана трансформация общей отрывной зоны в локальную отрывную зону, но уже при постоянной скорости при изменении высоты волнистости. Экспериментально показано, что образование локальной отрывной зоны наблюдается при условии, что высота волнистости f на порядок больше толщины вытеснения s ₁ в предотрывной области пограничного слоя и коэффициент волнистости K _w больше 1. Отчетливое образование локальной отрывной зоны с помощью сажемасляной визуализации фиксируется при K _w = 2,8.

Исследовано влияние неравновесности вращательных степеней свободы на макропараметры течения за нормальной ударной волной в потоке газообразного кислорода в предположении термического равновесия электронов, когда их температура равна колебательной температуре в соответствии с предположением Парка. Исходя из постановки, анализировалось только влияние вращательной неравновесности на поступательную и колебательную температуры. В ходе исследования использовались вращательное и колебательное времена релаксации для столкновений O₂-O₂ и O₂-O, предложенные Андриенко и Бойдом. Кроме того, использовались скорости диссоциации O₂, предложенные Кимом и Парком. Результаты, полученные с помощью трехтемпературной модели, хорошо воспроизводят данные, полученные в ударной трубе для скорости ударной волны 4,44 км/с.

Проведены эксперименты на фреоне R21 при величине приведенного давления 0,04 в условиях естественной конвекции. Измерена скорость распространения самоподдерживающегося фронта испарения по поверхности теплоотдачи при наличии существенного градиента температуры вдоль поверхности теплоотдачи. Показана стабилизация скорости распространения фронта в соответствии со скоростью распространения изотермы. Проведенные эксперименты показали, что при распространении фронта испарения по теплоотдающей поверхности с существенным градиентом температуры стабилизация скорости фронта происходит на масштабе порядка капиллярной постоянной.

5 ноября 2020 года исполнилось 80 лет выдающемуся ученому, исследователю в области математического моделирования задач механики сплошных сред и машиностроения, действительному члену Российской академии наук Василию Михайловичу Фомину.