Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2023 номер 3

В работе приводятся результаты исследования влияния локализованной во времени и пространстве неоднородности набегающего потока на структуру следа за симметричным каплевидным профилем в диапазоне углов атаки от -20° до +20°. Показано, что при некоторых углах атаки наличие такой неоднородности приводит к подавлению процесса вихреобразования. Обнаружены диапазоны углов атаки, при которых структура следа остается неизменной. В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния добавки аргона на газоструйный синтез алмаза из смеси водорода с метаном. Особенностью рассматриваемого газоструйного метода является использование высокоскоростной струи для транспортировки газов, активированных в СВЧ-плазме в разрядной камере, к подложке, расположенной в камере осаждения. Для систематического исследования плазмы СВЧ-разряда в разрядной камере применяется метод оптической эмиссионной спектроскопии. Полученные на молибденовой подложке образцы алмазных покрытий исследуются методами сканирующей электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Представленное численное исследование направлено на выявление влияния расстояния между срезом сопла и кромкой резонатора на газодинамические характеристики акусто-конвективного потока в тракте биканальной системы. Целью работы является создание вычислительной технологии для описания физических процессов в тракте многоканальных систем, генерирующих высокоинтенсивные акустические поля. Рассмотрено пять вариантов конфигураций биканальной системы, где величина зазора составляла 0,85, 1,10, 1,35, 1,60 и 1,85 диаметра резонатора. В результате проведенного исследования получена целостная картина течения формирующегося газодинамического потока в тракте биканальной системы, включающая резонирующую полость и область между соплом и резонатором. С помощью численного моделирования показано формирование потока с колебаниями высокой частоты и низкой амплитуды при малом зазоре между срезом сопла и кромкой резонатора, наблюдаемое в экспериментах. Колебания с чистым тоном и максимальной интенсивностью реализуются при помещении резонатора в область начала второй бочки, что хорошо согласуется с данными других авторов. Последующее увеличение расстояние между соплом и резонатором приводит к возникновению субгармоник и кратных гармоник. Выполнена верификация полученных численных результатов с известными экспериментальными данными.

Для моделирования процессов с фазовыми переходами в стесненных условиях нужны высокоточные численные расчеты, учитывающие неравновесность процесса. В представленной работе методом Монте-Карло проведено прямое статистическое моделирование испарения в заполненное паром полупространство с формированием дозвукового течения для случая одноатомного газа. Рассматриваются два варианта постановки граничных условий в открытом полупространстве: итерационный подход с последовательным определением температуры и давления и подход с фиксированной скоростью. Проводится анализ применимости этих подходов для получения точного решения задачи. Показана более высокая точность подхода с фиксированной скоростью для малых чисел Маха. Полученные результаты сравниваются с известным решением модельного кинетического уравнения.

Представленная работа посвящена оптимизации конструкций различных летательных аппаратов, предназначенных для входа в атмосферу планет. Авторы выбрали в качестве целевой функции аэротермодинамические характеристики теплового потока и сопротивления, затем проанализировали и смоделировали влияние аэродинамического сопротивления на аппараты для входа в разреженную атмосферу планет. Для моделирования использовался основанный на методе прямого статистического моделирования Монте-Карло пакет програм SPARTA. Оптимизация осуществлялась с помощью модуля оптимизации MATLAB. В работе рассматривались два типа планетарных атмосферных условий: соответствующие Земле и Марсу. Сначала выполнялось моделирование спуска в атмосферу планет аппаратов существующих конструкций и проводилось сравнение аэротермических характеристик каждого из них, после чего конфигурация аппарата подвергалась оптимизации в соответствии с планетарными атмосферными условиями. Полученные результаты дают представление о том, как геометрические параметры аппарата отражаются на аэротермических нагрузках планетарных транспортных средств. Введение

Рассмотрена задача о ламинарной смешанной конвекции в плоском вертикальном канале при подъемном и опускном течении и нагревании жидкости, т.е. для случаев совпадения направлений свободной и вынужденной конвекции, а также их противоположных направлений. Решение системы уравнений движения, неразрывности и энергии выполнено методом конечных разностей. Получены данные по профилям продольной скорости, температуры, числам Нуссельта при подъемном и опускном течении. Дано объяснение особенностям этих величин при воздействии силы плавучести. Проанализированы все составляющие коэффициента гидравлического сопротивления для подъемного и опускного течения. Рассмотрено влияние числа Прандтля и профиля скорости на входе в канал на гидродинамические и тепловые характеристики течения.

В рамках линейной дозвуковой теории решена задача о влиянии границ потока на обтекание профиля по измеренным распределениям давления на нем и на стенках рабочей части. Для тестового случая (испытания профиля BGK1 в аэродинамической трубе IAR1.5m) проведено сравнение поправок к числу Маха набегающего потока и углу атаки профиля, полученных с помощью данного метода и в работах других авторов. Для модели профиля ОСПБ-77, испытанной в аэродинамической трубе Т-128 для двух вариантов проницаемости стенок ƒ = 0 и 3 %, выполнена коррекция распределенных данных и интегральных нагрузок в диапазоне чисел Маха от 0,2 до 0,78. Внесение поправок позволило существенно сблизить результаты для ƒ = 0 и ƒ = 3 % вплоть до углов атаки, когда на профиле возникает отрыв потока.

Экспериментально изучена структура снарядного газожидкостного течения и межфазный массообмен при течении смесей этанол-N₂ и этанол-СО₂ в горизонтальном прямоугольном микроканале. Эксперименты проведены в прямом микроканале с сечением 380×190 мкм. Для определения изменения объема газового снаряда по длине микроканала использован метод высокоскоростной визуализации с цифровой обработкой. В широком диапазоне расходов газа измерены частота следования и объем газовых снарядов, их скорость, определен объемный коэффициент массоотдачи со стороны жидкости для смеси этанол-СО₂. Предложена физически обоснованная модель межфазного массообмена для снарядного течения в канале прямоугольного сечения, учитывающая циркуляционное течение в перемычке жидкости.

Одним из перспективных методов геофизических исследований действующих скважин является метод активной термометрии. Суть метода заключается в создании искусственного теплового поля в скважине за счет локального нагрева металлической обсадной колонны, наблюдении и анализе движения тепловых меток, позволяющем определить расход жидкости в скважине и выявлять интервалы заколонного движения флюидов. Работа посвящена исследованию нестационарных тепловых процессов в скважине в процессе индукционного нагрева. Расчеты выполнены в коммерческом симуляторе Ansys Fluent. Установлено, что при увеличении объемного расхода потока в колонне от 5 от 50 м³/сут для принятых условий моделирования максимальный разогрев жидкости (изменение среднемассовой по сечению температуры) снижается на 85 %, максимальный разогрев колонны снижается на 7 %. Изучено влияние естественной тепловой конвекции на формирование температурного поля в жидкости и колонне. Установлено, что для модели с учетом естественной тепловой конвекции колонна разогревается существенно меньше, чем для модели без учета конвекции, погрешность расчета изменения температуры вследствие пренебрежения естественной тепловой конвекцией может достигать нескольких сотен процентов. Показано, что в процессе индукционного нагрева влияние естественной тепловой конвекции остается значительным во всем интервале расходов 5 - 50 м³/сут.

Течение жидкости по волнистым пластинам регулярных насадок во многом определяет процессы тепло- и массопереноса в дистилляционных колоннах. Важную роль в распределении жидкости по листам структурированных насадок играют не только характеристики микротекстуры поверхности насадки, но и расположение точек орошения в распределителе жидкости относительно листов в пакетах структурированной насадки. Установлено, что даже незначительное смещение точки орошения относительно каналов регулярной насадки может приводить к заметному перераспределению жидкости по листам упаковки. Знание детальной структуры потока в разделительной колонне позволяет лучше понять физическую природу механизмов, управляющих течением. В работе экспериментально показано, как можно с помощью перераспределителей жидкости в виде наклонных пластин с горизонтальной микротекстурой уменьшить негативное влияние неопределенности, связанной с положением точек орошения, на распределение жидкости под слоем структурированой насадки.

Выполнено трехмерное численное моделирование вдува поперечной струи водорода в канал со сверхзвуковым потоком воздуха, нагретого огневым подогревателем, основанное на экспериментальных данных, полученных на установке ONERA-LAERTE. Исследование проведено с использованием RANS-уравнений для реагирующего газа, замкнутых моделью SST и различными кинетическими механизмами горения водорода в воздухе с учетом шероховатости стенок канала. Изучена зависимость характеристик течения от таких физических факторов, как форма канала инжектора топлива, эффективная высота шероховатости, различные способы описания молекулярной диффузии. Установлено, что эквивалентный диаметр песчинки оказывает большое влияние на продольное распределение давления в канале. Показано влияние химической кинетики на структуру течения в отрывных зонах в канале.

В работе представлены результаты расчетов и экспериментов по движению сверхзвуковой двухфазной струи, проходящей через круглую апертуру в маске, расположенной на различных расстояниях от подложки, в условиях холодного газодинамического напыления. Задача решалась при помощи программного пакета для расчетов гидрогазодинамических процессов ANSYS Fluent, визуализация газодинамической картины течения проводилась шлирен-методом. На примере напыления порошка алюминия выполнен анализ и сравнение полученных результатов.

Исследовано окисление фенола в водокислородном флюиде в трубчатом реакторе периодического действия при его равномерном нагреве (1 °С/мин) до 600 °С. Увеличение количества O₂ сверх стехиометрического отношения на 25 % приводит к повышению степени выгорания углерода в 1,09 раза. Замена 10 % стехиометрического количества кислорода закисью азота приводит к такому же увеличению степени выгорания углерода в первую очередь за счет его дожигания при температуре ≥ 400 °С. Замена части фенола изопропанолом приводит к повышению степени выгорания углерода в 1,02 раза. Впервые установлено, что гетерогенный механизм окисления фенола в водокислородном флюиде является основным. Однако надстехиометрическое количество O₂, а также добавление N₂O и изопропанола интенсифицируют газофазное горение углерода. Обнаружено каталитическое влияние Pt-Rh/Pt-термопары на степени превращения фенола в присутствии O₂ при температуре выше 135 °С.

Методом смешения на массивном калориметре c изотермической оболочкой проведены измерения энтальпии и теплоемкости интерметаллического сплава Mg₂Ca в интервале температур 298,15 - 1177,0 K в твердом и жидком состояниях. Погрешность полученных результатов по энтальпии и теплоемкости не превышает 0,2 и 2 % соответственно. Определена энтальпия плавления интерметаллида Mg₂Ca, равная (483 ± 3) Дж/г. Показано, что теплоемкость расплава Mg₂Ca постоянная в интервале 993,2 - 1177,0 K. Проведено сравнение данных настоящей работы с результатами других авторов.

В представленной работе рассматривается ряд задач. Первая из них касается анализа экспериментальных (ρ_l, ρ_g, T )-данных SF₆ при относительных температурах (1,5∙10^-8< τ < 0,3). Вторая задача связана с разработкой комбинированных моделей (ρ_l(D, C, τ), ρ_g( D, C, τ), … ), которые следуют ряду граничных условий, в том числе требованиям масштабной теории критических явлений. В рамках третьей задачи вычисляются (D, C)-параметры, которые включены в комбинированные модели; на этом этапе формируется базовый массив (ρ_l, ρ_g, T)-данных, в который включены опытные результаты, полученные в лаборатории проф. Функе (ФРГ), и (ρ_l, ρ_g, T)-данные, полученные путем пересчета результатов в лаборатории проф. Гаррабоса (Франция). Модели (ρ_l(D, C, τ) и ρ_g(D, C, τ) послужили основой для вычисления некоторых термодинамических свойств SF₆ в критической области.

Методом дифференциальной сканирующей калориметрии проведено экспериментальное исследование теплоемкости сплавов Mg-Ca с содержанием 10,50, 33,34 и 73,00 ат. % Ca, перспективных для использования в различных практических приложениях (биосовместимые и биоразлагаемые сплавы, сверхлегкие конструкционные материалы, анодные материалы, материалы-абсорбенты водорода и др.). Получены новые достоверные экспериментальные результаты по удельной теплоемкости в интервале температур от 190 до 576 - 692 K в твердом состоянии. Оцениваемая погрешность полученных данных составила 2 - 3 %. Разработаны справочные таблицы температурных зависимостей удельной теплоемкости сплавов Mg-Ca. Установлено, что в широком интервале температур теплоемкость твердых магниево-кальциевых сплавов с высокой точностью может быть оценена с использованием правила Неймана - Коппа.

В работе описан алгоритм, позволяющий численными методами вычислить связь между температурой спектрального отношения и действительной температурой «несерого» объекта, который учитывает не только зависимость спектральной излучательной способности объекта от длины волны, но и ее температурную зависимость, присущую практически всем реальным объектам (материалам). Данный алгоритм применим к любым пирометрам спектрального отношения: узкополосным и широкополосным. Ранее как в отечественной, так и в зарубежной литературе отсутствовало решение рассматриваемой задачи с одновременным учетом обеих этих зависимостей. Предлагаемое решение основано на известном алгоритме, позволяющем вычислить связь между температурой спектрального отношения и действительной температурой «несерого» объекта, который учитывал только зависимость спектральной излучательной способности объекта от длины волны. Представленный алгоритм модифицирован для возможности учета еще и ее температурной зависимости. Приведен пример реализации описанного алгоритма.

Представлены результаты экспериментального исследования теплового расширения галлиевых гранатов Gd₃Ga₅O₁₂, Gd_3.04Sc_1.8Ga_3.16O₁₂ и Ca₃Nb_1.5Ga_3.5O₁₂ в широком интервале температур (293,15 - 1473 K). Обнаружено заметное влияние ниобия в структуре галлиевых гранатов на коэффициент теплового расширения. Получены температурные зависимости объемных свойств.

Представлены результаты термодинамических, кинетических расчетов и экспериментальных исследований плазменной переработки резинового порошка из использованных автопокрышек, продемонстрировавшие перспективность использования плазмохимической технологии газификации этого порошка с получением энергетического газа. Выполнено сопоставление результатов эксперимента и расчетов, показавшее хорошую согласованность.