Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2024 номер 2

В представленной работе методом прямого численного моделирования с использованием открытого пакета OpenFoam исследуется процесс тепломассопереноса внутри форсунки оригинальной конструкции для каталитического риформера дизельного топлива в режиме малых расходов. Основная цель при создании дизайна данной модели форсунки заключается в повышении скорости и полноты испарения топлива, а также в улучшении характеристик перемешивания дизельного топлива с перегретым водяным паром перед прохождением реакционной смеси через катализатор. Внутри форсунки располагаются две области, в которых создаются потоки с противоположными направлениями закрутки, что приводит к генерации сильного сдвига скорости внутри форсунки, интенсифицирующего процессы перемешивания. Расчеты проводились в эйлерово-лагранжевой постановке, с учетом процессов испарения капель топлива. Результаты расчетов показывают, что течение на выходе из сопла обладает хорошей однородностью состава смеси и обеспечивает высокую степень испарения топлива на ранних стадиях течения.

Настоящая работа посвящена поиску механизмов взаимодействия волн в сверхзвуковом пограничном слое на плоской пластине, течение в котором искажено продольным возмущением, порожденным на острой передней кромке парой слабых ударных волн. Выполнен анализ пространственно-временных распределений и частотно-волновых спектров пульсаций и их волновых характеристик в линейной и слабонелинейной фазе развития волнового поезда в неоднородном пограничном слое в условиях фиксированной мощности локального источника контролируемых возмущений. По результатам экспериментов предложены варианты взаимодействия волн в сверхзвуковом пограничном слое плоской пластины в области продольного следа, порожденного N-волной.

С применением модифицированной e ~ ε модели турбулентности выполнено численное моделирование заключительной вязкой стадии вырождения безымпульсного турбулентного следа за сферой в изотропном турбулентном потоке. Законы вырождения согласуются с законами вырождения безымпульсного турбулентного следа в отсутствие турбулентного фона

Проведены экспериментальные исследования влияния обледенения на кинематические и силовые параметры рабочего элемента лопасти ветрогенератора с применением модифицированного метода лазерной доплеровской анемометрии. Моделирование арктических условий реализовано в специально сконструированном аэродинамическом климатическом стенде на основе оптически прозрачной трубы из оргстекла квадратного сечения 200×200 мм со следующими параметрами: скорость потока - до 20 м/с, температура - до - 20 °С, относительная влажность - до 90 %. Насыщение влагой потока осуществлялось генераторами мелкодисперсного аэрозоля. Потоки генераторов аэрозоля оптимизировались с помощью лазерной доплеровской анемометрии. Проведены измерения скоростей потока на расстояниях до 400 мм за задним краем лопатки и силовых характеристик элемента лопасти, подвергшейся обледенению. Показано влияние обледенения на аэродинамические и силовые характеристики.

Представлена методика и результаты расчета ламинарно-турбулентного обтекания стреловидного крыла при наличии управляющего воздействия источников типа вдува или отсоса с поверхности модели. Впервые с помощью программного комплекса LOTRAN 3 получены результаты по влиянию трехмерных источников вдува или отсоса на устойчивость пограничного слоя стреловидного крыла и распределения N-факторов различных механизмов ламинарно-турбулентного перехода с целью изменения его положения.

В работе представлены результаты численных исследований характеристик смешанной конвекции и теплообмена в канале с оребренной нагреваемой стенкой. Уравнения сохранения массы, импульса и энергии в совокупности с граничными условиями решаются методом конечных объемов с использованием программы с открытым кодом OpenFOAM^®. Исследования проведены при различных комбинациях параметров, таких как числа Рейнольдса, Грасгофа и размер ребер. Данные расчетов представлены в виде зависимостей полей изолиний функции тока, полей изотерм, чисел Нуссельта и коэффициента сопротивления от чисел Рейнольдса, чисел Грасгофа и размеров ребер. Полученные результаты показали, что течение переходит из стационарного режима в нестационарный при относительно низком значении числа Рейнольдса. Нестационарный режим течения интенсифицирует теплообмен за счет возмущений в пристенной области. Увеличение скорости набегающего потока и размеров ребер приводит к существенной интенсификации теплообмена, но эта интенсификация малочувствительна к приросту интенсивности нагрева канала.

Выполнено численное исследование влияния тонкого слоя фазоизменяемого материала (ФИМ) на тепловые характеристики наружной стены здания из легкого теплоизоляционного материала. Проведен анализ изменения температуры и плотности теплового потока при различных расположениях слоя ФИМ в стене. Показано, что применение в стене из вспененного полиуретана толщиной 100 мм тонкого слоя из парафина толщиной 4 мм позволяет снизить амплитуду колебаний теплового потока на внутренней поверхности стены в летнее время от 2 до 13 раз в зависимости от места расположения ФИМ. Наибольшее снижение получено при установке ФИМ в центральной области стены. Расчеты показали, что при применении ФИМ в стенах зданий из легких теплоизоляционных материалов наблюдается положительный эффект в летнее время, связанный с задержкой максимального значения теплового потока, поступающего в помещение, относительно максимального суточного значения температуры наружного воздуха на 6 - 8 ч.

В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния органов управления и фюзеляжа на структуру отрывного обтекания модели малоразмерного беспилотного летательного аппарата с прямой передней кромкой крыла. С помощью методов сажемасляной визуализации и термоанемометрии установлено, что расположение зоны отрыва зависит от положения органов управления, а наличие фюзеляжа приводит к уменьшению критического угла атаки.

Выполнено моделирование сверхзвуковой недорасширенной воздушной струи с применением квазигазодинамического алгоритма. Исследован процесс развития струйного течения во времени и формирования областей нестационарного течения. Получено хорошее качественное и количественное соответствие результатов экспериментальным и расчетным данным, известным из литературы. Показано, что квазигазодинамический алгоритм позволяет изучать структуру ударно-волновых областей в ближней зоне течения, а также описывать общий характер струйного течения.

В статье представлены результаты экспериментального исследования нестационарного пузырькового кипения на поверхности нагревателя с быстро растущей температурой поверхности. Анализ результатов высокоскоростной видеосъемки с частотой 180000 кадров в секунду и пространственным разрешением 5,5 мкм на пиксель показал, что входные данные для существующих моделей теплоотдачи при пузырьковом кипении подлежат уточнению с учетом существования кластерных и пульсирующих пузырьков. Установлено, что пузырьки, взаимодействуя путем обмена импульсом, теплом и массой пара, ускоряют активацию соседних центров парообразования, поэтому кластеры пузырьков могут формироваться на начальной стадии покрытия паром поверхности нагревателя. Исследованы основные характеристики изолированных, кластерных и пульсирующих пузырьков при перегреве стенки от 0 до 14 K выше температуры начала нуклеации и недогреве потока от 23 до 103 K.

Работа посвящена исследованию гелиевой проницаемости полых стеклянных кремнеземных микросфер, которые являются мембранами в потоке газа. Для исследования подготовлен экспериментальный стенд с целью получения кинетических сорбционных кривых для гелия при заданных значениях давления и температуры. Проведена аппроксимация экспериментальных данных с помощью математической модели, основанной на монодисперсном распределении. Измерения выполнялись в диапазоне температур 21,5 - 110,0 °С. Для указанного диапазона определены коэффициент гелиевой проницаемости материала стенок микросфер и энергия активации процесса сорбции гелия микросферами.

Показана актуальность построения моделей теплофизических характеристик полимерных композиционных материалов в процессе отверждения. Приведена математическая модель горячего отверждения полимерных композитов на основе термореактивного связующего в пресс-форме. На основе экспериментальных температурных зависимостей теплофизических характеристик, измеренных при разных условиях, получены моделирующие зависимости объемной теплоемкости и теплопроводности волокнистых, тканевых и гранулированных полимерных композитов от степени отверждения и содержания связующего в процессе отверждения, отличительной особенностью которых является замена в модели свойств пористого наполнителя на свойства отвержденного связующего. Приведены результаты экспериментов и расчетов. Предложенные модели теплофизических характеристик позволяют повысить точность моделирования процесса и расчета оптимальных температурно-временных режимов отверждения.

Исследование направлено на уточнение и выявление основных принципов влияния перегретого водяного пара и его параметров на содержание твердых углеродных частиц (сажи) в промежуточных и конечных продуктах сгорания при сжигании жидкого углеводородного топлива. На лабораторном образце распылительного атмосферного горелочного устройства установлено, что в основании пламени горелки присутствует значительное количество твердых углеродных частиц. В случае использования вместо пара нагретого воздуха наблюдается увеличение содержания сажи на ~ 75 %. Анализ интенсивности свечения пламени в узкой полосе ультрафиолетового диапазона также показал, что на воздухе значения свечения на ~ 75 % выше, чем при использовании перегретого водяного пара. В то же время установлено что на содержание сажи в конечных продуктах сгорания влияет только параметр динамического воздействия струи, определяющий эжекцию воздуха из окружающей среды как в камеру газогенерации, так и в область внешнего пламени.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию добавок многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) на вязкость и реологические характеристики буровых эмульсий на основе минерального масла. Нанотрубками модифицировались рецептуры типовых буровых растворов с содержанием углеводородной фазы 65 %. Массовая концентрация нанотрубок в эмульсиях варьировалась от 0,1 до 0,5 %. Отработаны рецептура и методика приготовления устойчивых буровых эмульсий с добавками МУНТ. Исследована реология модифицированных МУНТ буровых эмульсий. Получены зависимости реологических характеристик от концентрации нанотрубок. Исследования показали, что добавки МУНТ способны значительно менять реологические характеристики буровых углеводородных эмульсий при существенно меньших концентрациях по сравнению с добавками сферических наночастиц. Полученный результат важен для практического использования. Установлено, что оптимальной концентрацией МУНТ для регулирования реологических свойств буровых эмульсий является 0,25 мас. %.

В связи с ограничениями, присущими макроскопическим моделям химических реакций, основанным на использовании полной энергии столкновения (total collision energy, TCE) и общей энергии столкновения (GCE, general collision energy), реализована новая модификация алгоритма прямого статистического моделирования (ПСМ) диссоциации воздуха вдоль линии торможения вокруг типичного затупленного тела STS-2, движущегося в атмосфере с гиперзвуковой скоростью в неравновесных условиях. Приводится сравнение модифицированной модели с другими используемыми моделями. Модели TCE и GCE зависят от величин экспериментально определяемых параметров (а именно от величин параметров A и B в аррениусовском выражении для скорости реакции), а модель квантовой кинетики QK страдает неточностью. Модифицированные версии моделей химических реакций, являющиеся гибридами модифицированной модели квантовой кинетики (MQK) и модифицированной модели энергии столкновения (MCE), не требуют обращения к экспериментальным данным для извлечения величин параметров A и B . Точность рассматриваемой прикладной модели для расчета характеристик поля потока оценивается путем сравнения ее результатов с результатами других методов (аналитических моделей и имеющихся экспериментальных данных). Результаты показывают, что сочетание модифицированной гибридной модели с преимуществами использования независимых эмпирических параметров дает более точные результаты и обеспечивает более точное решение по сравнению с обычными методами без необходимости использования экспериментальных данных для определения постоянных A и B .

Выполнен анализ чувствительности моделирования гемодинамики в области аневризмы брюшной аорты к входным граничным условиям. Для трех пациент-специфичных конфигураций с аневризмой была рассчитана гемодинамика с различными пространственными и временными профилями скорости на входе и проведена оценка их влияния на гемодинамические характеристики. В общей сложности было оценено три пространственных (равномерный, параболический и параболический с наложением вторичного потока) и три временных профиля скорости, что привело к девяти случаям для каждой из трех геометрий. Результаты исследования показывают, что влиянием пространственного профиля скорости на входе, в том числе неаксиальными компонентами вектора скорости, можно пренебречь. При этом величина обратного диастолического потока наиболее сильно отражается на решении. Тем не менее, в области аневризмы брюшной аорты не выявлено существенных различий в результатах моделирования для усредненных по сердечному циклу величин напряжения сдвига стенки и скорости. Для распределения колебательного индекса сдвига максимальное отклонение от базового решения достигает ~ 10 %, что также является приемлемым для клинических применений.