Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2012 номер 4

В статье излагаются подходы для измерения полей скорости и пульсаций скорости в несжимаемом турбулентном пограничном слое методами цифровой трассерной визуализации. Рассмотрены особенности выполнения измерений в области течения, формирующегося вблизи обтекаемой поверхности. Приведено описание оптической схемы измерений и способов засева потока трассерами. Анализируются результаты измерения полей скорости и турбулентных пульсаций скорости в пограничном слое на непроницаемой плоской пластине. Представлены сравнительные данные, характеризующие эффективность применения различных алгоритмов обработки трассерных картин.

Представлены результаты численного исследования течения и теплообмена при ламинарной свободной конвекции между вертикальными параллельными изотермическими пластинами с различными температурами. При этом температура горячей пластины была выше, а холодной, соответственно, ниже, чем температура окружающей среды. Температурный фактор изменялся в пределах R_T = -5 ÷ 1. Число Прандтля было постоянным Pr = 0,71, а число Рэлея варьировалось Ra = 10³ ÷ 10⁵. Соотношение геометрических размеров пластин и расстояний между ними было неизменным: A = L/w = 10. Полностью эллиптические уравнения Навье-Стокса и уравнение энергии решались методом конечных объемов на разнесенных сетках. Проанализировано влияние температурного фактора на структуру течения в области входа и выхода из канала. Особое внимание уделено изучению режимов инверсии, когда подъемное течение в канале сменяется на опускное за счет интенсивного охлаждения одной из стенок. Представлены данные по распределению скоростей и температур между пластинами, локальной и интегральной теплоотдаче, что позволяет глубже понять механизм обменных процессов между параллельными пластинами с асимметричным нагревом.

Методом газодинамического конструирования построена конфигурация плоского воздухозаборника внешнего сжатия с повышенным коэффициентом расхода при больших сверхзвуковых скоростях. Отличительной его особенностью является то, что на участке внешнего сжатия формируется течение с начальным косым скачком уплотнения и последующей центрированной изоэнтропической волной сжатия, взаимодействие которых с образованием результирующего, более интенсивного, косого скачка уплотнения и контактного разрыва происходит до сечения входа во внутренний канал воздухозаборника. Рассмотрен пример построения воздухозаборника с расчетным режимом, соответствующим числу Маха М_р = 7. Получены характеристики этого воздухозаборника в диапазоне чисел Маха набегающего потока M = 4-7, которые сопоставляются с характеристиками обычного скачкового воздухозаборника. Как показали численные расчеты, выполненные на основе уравнений Навье-Стокса для турбулентного течения, воздухозаборник с изоэнтропической волной сжатия на режимах М < M_р имеет заметно большие значения коэффициента расхода j. Так, например, при М = 4 величина j » 0,72 на 33 % больше по сравнению с j » 0,54 для скачкового воздухозаборника.

Сформулирована задача совместной оптимизации давления и температуры продуктов сгорания перед газовой турбиной, профилей сопловых и рабочих лопаток газовой турбины и расходов охлаждающего воздуха через сопловые и рабочие лопатки. Предложен оригинальный подход к оптимизации профилей лопаток газовой турбины, в соответствии с которым оптимизируемые профили представляются как линейные комбинации заранее сформированных базовых профилей. Приведены примеры оптимизации газотурбинной установки по критерию энергетической эффективности при предварительном отводе тепла от потоков воздуха, поступающих на охлаждение проточной части и без такого отвода.

Предложена численная методика моделирования кавитационных течений жидкости в проточном тракте турбомашины. Методика основана на решении стационарных 3D уравнений Навье-Стокса с уравнением переноса жидкой фазы. Предложена постановка граничных условий, соответствующая стандарту проведения кавитационных испытаний. Проведено сравнение четырех моделей парообразования-конденсации. Результаты расчетов для турбин различной быстроходности сопоставлены с экспериментом.

Экспериментально показано, что при контакте горячей и холодной жидкостей уменьшение
недогрева холодной жидкости до температуры насыщения изменяет характеристики паровой пленки, обволакивающей фрагменты горячей жидкости, снижает вероятность самопроизвольного прямого контакта жидкостей, взрывного вскипания холодной жидкости и генерации импульса давления,
инициирующего тонкую фрагментацию горячего теплоносителя и паровой взрыв. Описан механизм, приводящий к изменению поведения паровой пленки с уменьшением недогрева.

Вычислена эмиссия димеров Ag₂ с подложки в паровую среду в случае совместного осаждения паров серебра и воды на идеальную подложку, формально моделирующую кристалл водяного льда по энергетическим аспектам. Предполагается, что димеры формируются на поверхности конденсации вследствие случайных столкновений атомов при их поверхностной миграции, а эмиссия димеров
обусловлена тепловыми флуктуациями кристаллической решетки водяного льда. В результате расчетов, выполненных на основе модифицированной модели сорбции Ленгмюра, установлено, что эмиссия димеров серебра и воды имеет место во всем исследованном диапазоне давления водяного пара, энергии связи серебро-вода, температуры кристалла. Исследованы динамика эмиссии от начала осаждения, зависимость эмиссии димеров от микрошероховатости поверхности конденсата. Статистическая обработка результатов показала, что вероятность эмиссии димеров с поверхности конденсата определяется не только величиной энергии связи димера с конденсатом, но и конфигурацией ближайшего окружения димера на поверхности конденсации. Найдено, что имеется определенная величина микрошероховатости поверхности конденсации, обеспечивающая максимум интенсивности эмиссии димеров. Эмиссия димеров с поверхностей, граничащих с потоками смесей паров, загрязняет потоки неучтенными примесями. В этом состоит важность изучения этого явления для аэромеханики смесей паров и газов.

Метод сальдо применен для расчета передачи тепла излучением между двумя концентрическими полусферами, разделенными двумя полусферическими защитными экранами, степень черноты которых зависела от температуры. Три различных материала использовались для изготовления радиационных экранов: оксид алюминия, карбид кремния и вольфрам. Снижение теплообмена за счет экранов зависит не только от характеристик поверхности двух экранов, но и от расположения экранов. Представлены наглядные примеры, иллюстрирующие влияние температуро-зависимой степени черноты и расположения экранов на процентное снижение теплообмена. Результаты анализа могут быть использованы в решении подобных задач.

В настоящей работе проводится численное моделирование с целью изучения теплообменных
характеристик свободно-конвективного течения вдоль вертикальной пластины в присутствии источника/стока тепла, магнитного поля и теплового изучения. На поверхности пластины задана переменная температура. Уравнения пограничного слоя, описывающие течение, сводятся к безразмерным уравнениям, применимым к режиму свободной конвекции, с использованием соответствующих безразмерных параметров. Безразмерные определяющие уравнения решаются неявным методом конечных разностей Крэнка-Никольсона с быстрой сходимостью, большой точностью и безусловной устойчивостью. Численные результаты получены и представлены для скорости, температуры, локального и среднего касательного напряжения на стенке и локального и среднего числа Нуссельта в воздухе. Настоящие результаты сравниваются с имеющимися в литературе и оказываются идеально согласованными.

Анализируется модельное представление процессов нагрева и плавления применительно к постановке однофазной задачи Стефана в плоском слое полупрозрачного материала, односторонне нагреваемого и оплавляемого радиационно-конвективным способом.