Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2021 номер 2

Изучается влияние формы расширяющейся части сверхзвуковых сопел на газодинамические структуры, возникающие в трактах высотных ракетных и аэродинамических стендов. Исследование проводится с помощью средств вычислительной газовой динамики на примере модельной газодинамической трубы с тремя сменными сверхзвуковыми соплами с одинаковыми диаметрами критических и выходных сечений. Для подтверждения адекватности применяемых моделей и методов расчетные значения сравниваются с экспериментальными. Для этого была разработана, изготовлена и испытана модельная установка. В качестве рабочей среды используется воздух с температурой окружающей среды. Еще одной из целей работы является сравнение расчетов, полученных с использованием различных моделей турбулентности.

Численно и экспериментально исследована эффективность стационарного управления турбулентным пограничным слоем крылового профиля NACA 0012 посредством вдува/отсоса через перфорированные секции, расположенные на смежных сторонах крыла в окрестности его задней кромки. Коэффициенты расхода в секциях изменялись в диапазоне 0 ¸ 9,33×10^-4 и 0 ¸ 8,48×10^-4 соответственно. Исследования выполнены при числе Рейнольдса Re _c = 0,7×10⁶ в диапазоне углов атаки a = - 6 ¸ 6º. Эффективность метода управления оценивалась по результатам измерений с помощью оригинального метода, предложенного Джонсом, основанном на траверсировании следа позади крылового профиля, и модификации указанного метода, а также по данным численного моделирования. Показано, что учет поправки в формуле Джонса особенно важен для ситуаций с раздельным отсосом и вдувом, поскольку массообмен через обтекаемую поверхность приводит к изменению количества движения, привносимого в пограничный слой из внешнего невозмущенного потока.

Проведено численное исследование метода улучшения эффективности пленочного охлаждения путем размещения выступа перед соплом с горизонтальным углом подачи охладителя. Исследовано восемь случаев с различной геометрией, включающих углы подачи 15°, 30° и 45° в горизонтальной плоскости, и варианты размещения выступов на расстояниях 5, 10 и 15 мм. Изучено влияние изменения угла подачи охладителя и расстояния до выступа на эффективность пленочного охлаждения. Также для сравнения представлены случаи пленочного охлаждения плоской пластины без модификаций - только с горизонтальным углом и только с выступом. Выполнена оценка эффективности пленочного охлаждения для отношения плотностей 0,97 и при значениях коэффициента вдува в интервале 1-2. Полученные результаты показали, что эффективность пленочного охлаждения через отверстия с ненулевым горизонтальным углом к основному потоку существенно улучшается благодаря размещению выступа выше по течению, особенно для области, расположенной ниже отверстий. Для этой геометрии наблюдаются захват потока охладителя и наличие парных вихрей со встречным вращением. Эффективность пленочного охлаждения существенно улучшается благодаря совместному эффекту захвата охладителя и вращающихся парных вихрей. Кроме того, эффективность пленочного охлаждения зависит от угла подачи охладителя и от расстояния до выступа. При увеличении угла подачи повышается эффективность пленочного охлаждения в поперечном потоку направлении. Увеличение расстояния от сопла до вышестоящего выступа понижает адиабатическую эффективность охлаждения.

Построена модель расчета толщины и теплообмена турбулентной пленки, движущейся под действием силы тяжести и касательного напряжения трения газового потока. Целью работы является включение в ранее предложенную простую модель турбулентной вязкости с кубическим законом затухания в вязком подслое и с логарифмической асимптотикой скорости вдали от стенки дополнительного линейного затухания вблизи свободной поверхности и учета демпфирования турбулентного переноса, обусловленного перемежаемостью турбулентности в стекающих волновых пленках жидкости.

Рассматривается задача о совместном течении турбулентного потока газа и вертикально стекающей волновой пленки жидкости. Выполнен расчет касательных и нормальных напряжений на поверхности раздела фаз. Компоненты тензора Рейнольдсовских напряжений определялись в рамках гипотезы Буссинеска. Для случая малых чисел Рейнольдса жидкости задача сводится к нелинейному интегро-дифференциальному уравнению на отклонение толщины слоя от невозмущенного уровня. Проведено численное исследование эволюции периодических возмущений. Представлено несколько характерных сценариев их развития.

В работе описаны закономерности формирования волн в струе вязкой жидкости, инициированных ее внезапным разрывом. Установлена возможность существования быстрых растущих возмущений в струе. Выявлена циклическая закономерность зависимости расстояния между образовавшимися каплями. Обоснована определяющая роль эффектов, связанных с действием силы вязкого трения, на формирование быстрых растущих волн.

Проведено исследование течения при движении одиночных газовых снарядов в кольцевом канале. С помощью электродиффузионного метода выполнено измерение касательного напряжения на обеих стенках кольцевого канала. Приведены осредненные распределения напряжения трения по длине канала в моменты прохождения газового снаряда для различных режимов. Показано существенное различие в значениях трения на внутренней и внешней стенках канала.

В работе приводятся описание и результаты расчетно-параметрических исследований по численному моделированию процессов тепломассопереноса водонефтяной смеси в системе горизонтальных скважин на примере реального месторождения высоковязкой нефти. Цель работы заключается в теоретических и численных исследованиях процессов тепломассопереноса водонефтяной смеси, нацеленных на решение ряда научных и производственных задач в сфере анализа разработки запасов углеводородов на месторождениях высоковязкой нефти. В качестве объекта исследования выступают горные породы и природные пласты, насыщенные многофазной жидкостью. Впервые для дискретизации расчетной области авторами предложен и апробирован подход к построению динамической расчетной сетки в естественной полуфиксированной системе координат. В разработанном подходе линии тока и равного потенциала рассчитываются из аналитического решения, полученного на основе теории функций комплексной переменной. В работе предложена физико-математическая модель нестационарного тепломассопереноса водонефтяной смеси в системе параллельных горизонтальных скважин. Физико-математическая модель и метод расчета реализованы в виде комплекса компьютерных программ. На их основе проведены расчетно-параметрические исследования и выявлены наиболее общие закономерности изменения коэффициента извлечения нефти в зависимости от геометрических размеров пласта и расстояния между скважинами, режимов работы скважин, температуры горячего теплоносителя, фильтрационно-емкостных свойств пласта. Показана связь величины конечной нефтеотдачи с введенным в работе обобщенным безразмерным параметром, а именно: увеличение произведения параметров, характеризующих геометрические размеры задачи, фильтрационно-емкостные свойства и начальную насыщенность пласта, приводит к логарифмическому росту коэффициента извлечения нефти.

На модельных примерах проведён анализ инструментальной точности определения модельных температур по данным измерений яркостных температур в двух и трёх экспериментальных точках, когда ни термодинамическая температура, ни излучательная способность места визирования неизвестны. Приведена оценка инструментальной точности определения искомой температуры в зависимости от выбора спектрального окна в спектре теплового излучения. Показано, что перемещение спектрального окна в длинноволновую область спектра излучения может ухудшить инструментальную точность искомой температуры в несколько раз.

Выполнены исследования, позволяющие определить влияние OFA-технологии (Overfire Air) на характеристики процессов тепломассопереноса в топочной камере котла БКЗ-75 Шахтинской ТЭЦ (Казахстан), сжигающей высокозольный карагандинский уголь. С помощью методов компьютерного моделирования изучены различные режимы подачи дополнительного воздуха через инжекторы, в которых OFA составляет 0 (базовый вариант), 5, 10, 15, 18 и 20 %. В результате проведения численного моделирования топочных процессов получены распределения вектора полной скорости, температурные поля, поля концентраций диоксида азота NO₂ по всему объему топочной камеры и на выходе из нее. Показано, что режим с OFA, равным 18 %, позволяет оптимизировать процесс сжигания высокозольного угля, поскольку в этом случае наблюдается увеличение температуры в ядре факела и снижение ее на выходе из камеры сгорания, что оказывает существенное влияние на химические процессы образования продуктов горения. При использовании этого режима максимально уменьшается среднее значение концентрации диоксида азота NO₂ на выходе из топочной камеры.

Для условий факельного сжигания фрезерного торфа с подсветкой природным газом в топке парового котла БКЗ-210-140Ф выполнены расчеты спектральных плотностей потоков энергии излучения и степеней черноты топочных газов. Из анализа характеристик излучения определена стратегия и выбраны пирометры для измерения температуры топочных газов. Для этих пирометров на разных высотах топки котла проведена регистрация температуры топочных газов в зависимости от установленной на пирометрах степени черноты. Для расчетных значений спектральной степени черноты с использованием экспериментальных функций пирометров определена температура топочных газов на разных спектральных участках излучения. Установлено, что в корневой части факела (вблизи горелок) наблюдается максимальная температурная неравновесность между газовой фазой и частицами конденсированной фазы, которая достигает 850 K.

Рассматривается турбулентное течение флюида под действием естественной конвекции внутри солнечной электростанции с вытяжной трубой. Исследование проводится путем численного моделирования с использованием программы Saturne, связанного с программой Syrthes. Выход вытяжной трубы имеет геометрически модифицированный вид. На выходе труб предусмотрена расходящаяся конструкция из секций, имеющих разные углы раскрытия. Исследование проводится для двух типов солнечных электростанций с вытяжными трубами. В первой конфигурации в качестве системы аккумулирования тепла рассматривается только грунт под коллектором. Во второй система аккумулирования состоит из грунта и трубы толщиной 10 см, заполненной водой, которая покрывает всю поверхность коллектора. Граничные условия определяются в соответствии с метеорологическими данными дня, типичного для алжирской провинции Адрар. Полученные результаты позволяют изучить влияние системы аккумулирования на производительность солнечной электростанции и продолжительность её эксплуатации после захода солнца, а также определить влияние предлагаемой геометрической модификации на энергоэффективность станции.

13 апреля 2021 года исполнилось 90 лет доктору физико-математических наук профессору Владимиру Борисовичу Курзину.