Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2003 номер 1

Экспериментально исследуются процессы формирования и развития когерентных вихревых структур на поздних стадиях ламинарно-турбулентного перехода, инициируемого гармонической, почти двумерной волной Толлмина — Шлихтинга (ТШ), в автомодельном пограничном слое с параметром Хартри β_Н = – 0,115 (что соответствует неблагоприятному продольному градиенту давления) в условиях контролируемых возмущений с использованием универсального линейного источника трехмерных (в общем случае) волн неустойчивости. Основные измерения проведены с помощью термоанемометра в широкой области пространства, начиная со стадии синусоидальной мало-амплитудной волны неустойчивости и кончая стадиями формирования концентрированных локализованных вихревых структур. После углубленной обработки экспериментальных данных получены поля мгновенной скорости и завихренности течения в пространстве (–t, x, y, z) и осуществлена компьютерная “визуализация” течения с вихревыми структурами. Изучены особенности поздних стадий перехода в пограничном слое с неблагоприятным градиентом давления (НГД) и проведено сопоставление полученных данных с предыдущими исследованиями. Обнаружено качественное сходство существенно нелинейных стадий перехода пограничного слоя с НГД с соответствующими стадиями, найденными ранее в безградиентном пограничном слое (Блазиуса). Показано, что нелинейная деформация нарастающей гармонической волны ТШ приводит к формированию to -вихрей, интенсивных to -образных слоев сильного сдвига, to -образных вихрей, “шипов” на осциллограммах пульсаций, кольцевых вихрей и других структур, весьма схожих по форме и масштабам с найденными в безградиентном течении. Сделан вывод, что положительный градиент давления не приводит к существенным изменениям сценария поздних стадий ламинарно-турбулентного перехода, что является дополнительным свидетельством в пользу правомерности гипотезы [1] о существовании универсального существенно нелинейного механизма порождения пристенной турбулентности.

Представлены результаты исследования линейного и нелинейного развития бегущих вторичных возмущений на продольных структурах в пограничном слое скользящего крыла. Отмечены особенности ламинарно-турбулентного перехода при нелинейном режиме развития бегущих возмущений.

Экспериментально исследована эволюция естественных возмущений в пограничном слое на плоской пластине при числе Маха М = 2. С целью детализировать картину перехода в пограничном слое измерения проводились как по продольной, так и по нормальной координате. Для анализа развития пульсаций применялся статистический подход. Установлено, что вплоть до значения числа Рейнольдса Re_δ = 1100 наблюдается линейный рост естественных пульсаций. Определено, что амплитуда пульсаций на конечной стадии линейного развития возмущений составляет около 4 %.

Установлена аналогия между обтеканием лопастей ветроколеса Дарье и нестационарным обтеканием машущего крыла. Предложена конструкция ветроколеса, обеспечивающая его самозапуск с сохранением высоких энергетических характеристик. Найден новый эффективный способ аэродинамического ограничения числа оборотов ветроколеса.

Приведено обоснование целесообразности использования классической модели Прандтля для расчета сверх- и гиперзвукового течения в угле сжатия при больших числах Рейнольдса. Предложен алгоритм расчета сжимаемого пограничного слоя методом установления, что позволяет получить решение в случае мелкомасштабного отрыва. Рассчитанные значения коэффициентов поверхностного трения и теплообмена сопоставлены с данными эксперимента и расчетов других авторов. Удовлетворительное совпадение результатов позволяет сделать вывод о перспективности предложенного подхода.

Теоретически исследовано пространственно-временное развитие сферического тлеющего разряда низкого давления в самосогласованном гидродинамическом приближении. Рассматриваемая модель включает нестационарные уравнения непрерывности для электронов и ионов в дрейфово-диффузионном приближении и уравнение Пуассона для радиального электрического поля. Система уравнений решалась методом установления во всей области от центрального анода до катода на основе неявной численной схемы. В результате получена временная картина развития сферического разряда. Для расчета стационарных распределений использовался закон Ома в качестве обратной связи между напряжением на разряде и током, проходящим через него. Показано, что в отличие от разряда в трубке в сферическом разряде условие квазинейтральности нарушается во всей области от анода до катода.

Представлены результаты исследования пузырькового газожидкостного течения в наклонном прямоугольном канале. Угол наклона канала изменялся от вертикального положения до горизонтального. С помощью электродиффузионного метода измерены профили скорости, локального газо-содержания и напряжение трения на стенке. Установлено сильное влияние наклона канала на параметры потока. Максимальные касательное напряжение на стенке и деформация профиля скорости жидкости наблюдались в диапазоне углов наклона канала 30 ÷ 50° от вертикали. Проведен расчет профилей скорости жидкости, который базировался на работе Сато и др. (1981). Модель Сато модифицирована для случая наклонного канала. Для расчета профилей скорости жидкости использовались экспериментальные распределения локального газосодержания. В модели учитывается также возмущение, вносимое пузырями в горизонтальный поток. Получено хорошее соответствие расчетных и экспериментальных профилей.

Приведены результаты численного моделирования процесса тепломассопереноса в низкотемпературной тепловой трубе с двумя локальными источниками тепловыделения. Получены распределения гидродинамических и термодинамических параметров.

Представлена методика определения граничных условий на поверхности раздела двух однородных сред с разными показателями преломления применительно к точным и приближенным методам расчета теплообмена излучением.

С учетом особенностей осесимметричных излучающих систем исследуется аналитическая форма представления угловых коэффициентов самооблучения внутренней поверхности бесконечной спирали и оценивается доля лучистой энергии, “запертой” в полости спирального нагревателя.

Экспериментально измерены теплоемкость композиционного материала TiC – TiNi при нагревании до 400 °С и теплопроводность при комнатной температуре. Сопоставлены теплоемкости и теплопроводности твердого сплава в зависимости от его состава. Показано, что при определенных температурах возникают аномалии в изменении теплоемкости.

Методом цепной аналогии проведен анализ электрических параметров высокочастотного гибридного технологического плазмотрона пониженного давления, работающего в режиме слабой прокачки. Результаты анализа, выполненного в одноэлектронном приближении, находятся в удовлетворительном соответствии с опытом и позволяют сформулировать ряд требований к активной элементной базе высокочастотных генераторов.

Приведена схема расчета плазменно-угольной подсветки факела, включающая расчеты теплового эффекта при плазменно-угольной подсветке, разных схем плазменно-угольной горелки и условий ввода в нее пылеугольной аэросмеси, а также оптимальной концентрации угля в аэросмеси.

Предлагается подход к оптимизации параметров теплоэнергетических и энерготехнологических установок с учетом случайного характера исходных данных, основанный на принятии в качестве целевой функции критерия эффективности с заданным уровнем обеспеченности. Приведен алгоритм решения рассматриваемой задачи. Подход проиллюстрирован на примере оптимизации энерготехнологической установки каталитического синтеза метилового спирта и производства электроэнергии.