Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2002 номер 1

Статья имеет обобщающий характер. Представлены результаты исследований разных авторов в области технологического использования пароводяной плазмы. Особое внимание уделяется пароводяной плазме, полученной с помощью электрической дуги. Опыт показывает, что именно за этим способом плазмогенерации большое будущее, так как, обладая высоким коэффициентом полезного действия, электродуговые генераторы плазмы практически не имеют ограничений как по мощности, так и по расходу плазмообразующего газа, что особенно важно для крупнотоннажного производства.

Представлены результаты экспериментальных исследований распределения концентрации электронов в полости катода и столбе разряда, потенциала плазмы на оси столба, температуры электронов в столбе, топограммы эквипотенциальных поверхностей и линий равных температур электронов. Анализ полученных характеристик позволил установить причины локализации наиболее нагретой зоны катода внутри полости и зависимости положения максимума температуры от тока и расхода плазмообразующего газа, механизм самоподдержания области максимального падения потенциала внутри полости катода, где вводится основная мощность в плазму разряда; выявить роль плазмообразующего газа и его расхода в формировании процессов, протекающих в сильноточном дуговом разряде с полым катодом, и причины высокой пространственной стабильности столба плазмы в межэлектродном пространстве и ориентации его по оси катода.

Приведены результаты расчета по программе "Плазма ѕ уголь-3" удельных энергозатрат и других характеристик процесса плазменной термохимической подготовки угля к сжиганию. Полученные зависимости удельных энергозатрат и известные экспериментальные данные записаны в аналитической форме и представлены в виде уравнения, которое позволяет определить мощность плазмотрона, требуемую для воспламенения и перевода режима горения в автотермический, в зависимости от ряда важных для практики параметров. Описана методика определения удельных энергозатрат на основе термодинамического расчета.

На основе равновесной магнитогазодинамической модели плазмы проведен расчет течения и нагрева газа (аргона) на начальном участке диафрагмированного цилиндрического канала в зависимости от изменения силы тока, геометрических параметров диафрагмы, расхода и момента закрутки газа. Установлены особенности поведения характеристик дугового потока в каналах, связанные с внезапным изменением поперечного сечения с учетом и без учета закрутки газа. Показано, что для локализации дугового потока плазмы в приосевой области необходимо наряду с закруткой газа диафрагмировать выходное сечение канала. Результаты расчета качественно согласуются с экспериментальными данными.

Экспериментально исследуются процессы генерации волн неустойчивости поперечного течения в пограничном слое скользящего крыла вибрациями обтекаемой поверхности. Для различных частот возмущений количественно исследовано возбуждение и развитие волновых поездов возмущений, порождаемых вибрациями в пограничном слое. После фурье-разложения волновых поездов на нормальные трехмерные моды спектральные амплитуды различных мод неустойчивости соотнесены с амплитудами соответствующих спектральных компонент вибраций поверхности. В результате исследования для ряда частот возмущения получены комплексные коэффициенты восприимчивости как функции поперечного волнового числа, не зависящие от конкретной формы вибраций поверхности.

Экспериментально исследовано обтекание сдвиговым дозвуковым турбулентным потоком двумерных препятствий квадратного сечения с целью изучения характеристик течения до препятствия и за ним, определения положения зоны присоединения оторвавшегося потока и структуры течения вблизи подстилающей поверхности. Отношение высоты препятствия к толщине турбулентного пограничного слоя в месте установки модели h/d варьировалось в диапазоне от 3,2 до 0,2. Показано, что на большей части вдоль размаха (трансверсальная координата) обтекание верхней поверхности препятствия носит квазидвумерный характер, за исключением зон, прилегающих к боковым торцам. В то же время вблизи подстилающей поверхности структура течения практически во всех случаях трехмерная. Определено, что присоединение оторвавшегося от препятствия сдвигового слоя имеет нестационарный характер. Установлена зависимость расположения зоны присоединения оторвавшегося потока от степени погружения препятствия в турбулентный пограничный слой. Показано влияние угла скольжения на трансформацию отрывного течения и ширину области квазидвумерного обтекания.

С использованием течений за плоскими скачками уплотнения и за коническими скачками около осесимметричных конусов при нулевом угле атаки исследуются характеристики волнолетов, нижняя поверхность которых описывается степенной функцией. Проведен параметрический анализ влияния формы поперечного сечения на аэродинамическое качество при расчетных режимах обтекания, а также получены данные по интегральным тепловым потокам при заданной температуре поверхности T_w = const. Представлены результаты сопоставления, при различных ограничениях на геометрические параметры, оптимальных в смысле аэродинамического качества конфигураций волнолетов для рассматриваемых типов исходного течения.

Представлены результаты применения эффектов текстурного перехода и селективного отражения в холестерических жидких кристаллах для изучения структуры пристенного течения в канале. В диапазоне чисел Re_Dh от 1,8^. 10³ до 18^. 10³ методом жидкокристаллической термографии исследованы теплообмен и структура течения на моделях ребристого теплообменника при различных углах между направлением потока и линией ребра. Приведены эмпирические зависимости интегральных чисел Nu от числа Re и геометрии теплообменника.

Экспериментально исследована устойчивость структуры эмульсии, образованной каплями масла, взвешенными в равноплотном спиртово-водном растворе, при воздействии на нее локального теплового импульса. Устойчивость структуры эмульсии, характеризуемой распределением счетной концентрации капель по объему среды, рассматривалась на отрезке времени, где взаимодействием (взаимным притяжением) капель при заданной их начальной объемной концентрации можно пренебречь. В результате проведенных исследований определено условие, согласно которому структура эмульсии устойчива, если произведение количества тепла, сообщаемого среде локальным тепловым импульсом, на его продолжительность не превышает некоторой постоянной для данной жидкости величины.

На основе термодинамического анализа предложен способ, позволяющий уточнить форму уравнений состояния. Данное утверждение проверено на примере нескольких уравнений состояния, в том числе уравнений Ван дер Ваальса и Редлиха ѕ Квонга. Полученные "модернизированные" уравнения состояния позволяют существенно лучше описывать поведение реального флюида в широкой области состояний.

Для идеального газа, рассматриваемого в рамках континуальной математической модели, показано, что нередко величины, принимаемые в качестве плотности теплового потока, не соответствуют необходимым для такого статуса условиям. В связи с этим уточняется и корректируется процедура выбора величины в качестве плотности теплового потока. Соответственно скорректированы обычно принимаемые положения о движущих силах диффузии компонентов среды. Показано, что движущими силами диффузионного переноса масс молекулярных компонентов газа относительно движения среды со среднемассовой скоростью являются не градиенты их химических потенциалов или отношений химических потенциалов к температуре, а величины - Grad[(R/_i)lnp_i , где p_i ѕ парциальное давление i-го молекулярного компонента газа, _i) ѕ его мольная масса. Высказано предположение о существовании такой разновидности плотностей диффузионных потоков компонентов, которой соответствуют равные нулю онзагеровские коэффициенты взаимного влияния между тепловым и диффузионными потоками. Получены соотношения между коэффициентами многокомпонентной взаимной диффузии и термодиффузионными отношениями, соответствующие двум вариантам реализации предположения.

Разработан многоканальный генератор высоковольтных импульсов для визуализации и измерения скорости потока газа в газодинамических установках с помощью искрового разряда. Определены условия зажигания искрового разряда как в однородном, так и резко неоднородном поле. Получен двухимпульсный режим зажигания искрового разряда, позволяющий увеличить зону контролируемого потока газа в 2 - 3 раза. Определены минимальная амплитуда импульса напряжения для получения повторного искрового разряда и максимальный интервал времени, приемлемый для трассировки следа первичной искры. Дано описание практической реализации метода искрового трассирования в сверхзвуковой струе газа. Приведены результаты прямых измерений скорости в газодинамической установке кратковременного действия.

Экспериментально исследовалась зависимость электрических и излучательных характеристик низкочастотного индукционного разряда трансформаторного типа (ИРТТ) в парах ртути от условий горения разряда ѕ давления паров ртути в разрядной камере и мощности, вкладываемой в разряд. Получены зависимости распределения энергии по спектру излучения разряда в спектральном диапазоне 250 - 600 нм и вольт-амперные характеристики в следующем диапазоне параметров разряда: мощность 2 - 100 кВт (удельная мощность 10 - 500 Вт/см), давление паров ртути 2 - 40 кПа. Выполнен анализ характеристик ИРТТ с применением П-образной каналовой модели осесимметричных термических дуг, и проведено сравнение с известными характеристиками дуговых ртутных разрядов. Показано, что зависимости электрических и излучательных характеристик ИРТТ от параметров горения разряда качественно совпадают с характеристиками дуговых ртутных разрядов.