Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2015 номер 4

Проведен обзор современного состояния исследований в области методов синтеза магнитных жидкостей. Основной упор сделан на анализ методов, в которых используются магнитные наночастицы в инертной оболочке.

Исследована возможность управления несжимаемым турбулентным пограничным слоем путем вдува воздуха через мелкоперфорированную стенку, являющуюся частью обтекаемой поверхности плоской пластины. Управление осуществляется за счет воздействия на состояние и характеристики пристенного течения путем подачи регулируемого (при изменении скорости внешнего напорного потока) расхода воздуха через входное устройство, расположенное на нерабочей стороне пластины. Показано устойчивое уменьшение локальных значений коэффициента поверхностного трения по длине модели, достигающее 50 % в конце перфорированного участка . Полученные экспериментальные и расчетные данные свидетельствуют о возможности моделирования процесса управления турбулентным пограничным слоем с вдувом воздуха за счет использования ресурсов внешнего потока.

Экспериментально исследуется влияние высоты коаксиальной щели на эффективность газовых завес в трубе. Неизотермичность потоков моделировалась смешением струй разной плотности: воздуха с аргоном или с гелием, измерялась концентрация инородного газа на стенке. Рассматривается воздействие закрутки пристенной струи, соотношения плотностей обоих потоков на ламинаризацию процессов смешения.

Для определения коэффициентов тепло- и массоотдачи в каналах с шероховатой и орошаемой стенками продолжено развитие классической гидродинамической аналогии переноса импульса, массы и энергии. Для этого используются свойства консервативности законов трения к различным возмущениям и находится «эффективная скорость», значение которой позволяет скорректировать гидродинамическую аналогию. Показаны примеры расчетов чисел Нуссельта, Шервуда и Стантона для шероховатых каналов, градирни и пленочного течения в противотоке. Дано сопоставление с результатами других исследователей.

Исследована взрывная кавитация на фронте импульса отрицательного давления. Выделены режимы, когда пузырьки появляются по механизму гомогенного флуктуационного зародышеобразования. Эти режимы отличаются большой скоростью фазового превращения и сосредоточенностью парообразования в момент достижения определенного давления. При этом кавитационная прочность жидкости оказывается предельно высокой и оценивается с помощью теории гомогенной нуклеации. Для реализации режима с высокой частотой зародышеобразования применен метод, основанный на прохождении импульса отрицательного давления через область локально нагретой жидкости. Кинетика кавитации исследована по возмущению теплового потока от миниатюрного нагревателя. Экспериментальные результаты обобщены с применением теории взрывного парообразования в ударном режиме кипения. Апробирован метод расчета кавитации в режиме флуктуационного рождения пузырьков.

Проведено численное исследование коллективного взаимодействия пузырьков в кластерах различных конфигураций. Использовалась математическая модель, учитывающая сжимаемость и вязкость жидкости, а также гидродинамическое взаимодействие между пузырьками. Теплообмен газовых пузырьков с жидкостью учтен в рамках двухтемпературной схемы. Использовано выражение для потока тепла к единице поверхности пузырька, позволяющее описывать теплообмен газовых пузырьков с жидкостью в достаточно широком диапазоне значений давлений и температур жидкости. Исследовано поведение отдельного пузырька в коллективе пузырьков при мгновенном сжатии и при периодическом возмущении различной частоты. Показано, что в определенных условиях для некоторых пузырьков достигаются значительные степени сжатия и, как следствие, высокие давления и температуры. Исследовано влияние конфигурации кластера. На примерах кластера из трех вложенных додекаэдров, линейного и стохастического кластеров показано, что конфигурация кластера может оказывать сильное влияние на его динамику.

Представлены измерения двумерных (отношение ширины канала к глубине B / D = 5) полностью турбулентных и развитых каналовых течений (отношение длины к глубине L / D = 60; основанное на D число Рейнольдса Re > 10 ⁴) для углов наклона до 30° по отношению к вертикали при низких газосодержаниях (среднее значение по сечениям < 5 %), которые являются характерными для дисперсного режима, с использованием пузырьков, присущих для водопроводной воды (размером 4-6 мм), и пузырьков меньшего размера (2 мм), стабилизированных в ионном растворе. Измерения с помощью трубки Пито и датчика статического давления ¾ простых, но проверенных датчиков обеспечили адекватное (10 % от местного значения) определение основных характеристик профилей средней скорости и газосодержания в репрезентативном сечении в потоке, а именно, при L / D = 40. Полученные результаты можно разбить на три категории. Для вертикального течения (0°) не представляется возможным сделать вывод, захватываются ли пузырьки преимущественно внутри пристеночного слоя, как это было обнаружено в большинстве более ранних экспериментальных работ. Пузырьки размером 4 мм показали признаки удерживания газосодержания, но пузырьки размером 2 мм этого не продемонстрировали. Для почти вертикального течения (5°) имелся отчетливый профиль газосодержания, особенно для пузырьков размером 4 мм, но поперечный перенос не подавлялся в достаточной мере для того, чтобы вызвать очевидное расслоение. В этом контексте можно вспомнить сходство с предыдущими исследованиями однофазных вертикальных и почти вертикальных течений, вызванных смешанной конвекцией, которые демонстрировали, что средняя сдвиговая турбулентность подавляется плавучестью. Но в случае наклонного течения (10° и более) неизменно проявлялся отчетливо слоистый характер течения, в котором ограничение газосодержания нарастало с увеличением наклона. В настоящей статье будет рассматриваться поведение течения в условиях, когда наклон близок к вертикали. Для вычисления газосодержания и профилей средней скорости использовались модель Эйлера, смешанная модель и метод объема жидкости.

Представлена математическая модель для расчета пароводяного течения в геотермальной скважине на участке питания. Модель предполагает изменение массового расхода смеси по длине канала. Приведены уравнения неразрывности, движения и энергии, учитывающие эффект изменяющейся массы потока, являющиеся основой модели, и ключевые зависимости. Модель реализована в виде компьютерной программы, предназначенной для расчета параметров вверх по потоку (вниз от верхней границы зоны питания). Применение модели для скважин Мутновского месторождения парогидротерм позволило выдвинуть предположение о гейзерном механизме возникновения недавно обнаруженных колебаний давления с периодом более десятка минут. Предложен способ предотвращения указанных колебаний.

Разработан способ и представлены экспериментальные данные по получению отрицательных температур испарения в теплоиспользующих абсорбционных бромистолитиевых холодильных машинах. Установлено, что достижимой температурой охлажденной среды является значение -5 °С.

Построена математическая модель определения температурных полей и движения границ фазовых переходов без использования классического условия Стефана и сосредоточенной теплоемкости. Модель позволяет более точно определять положение фронта фазового перехода и может быть использована при расчетах для слоистых материалов в случаях, когда фронтов несколько, и они могут сливаться. Выполнено моделирование задачи об определении границы плавления для одномерного случая в трехслойном материале.

Представлены результаты дилатометрического исследования термического коэффициента линейного расширения диспрозия в интервале температур 110-590 K. Измерения проведены с погрешностью (1,5-2,0) ´ 10 ^{- 7} K ^{- 1}. Получены аппроксимационные зависимости данного коэффициента с привлечением ранее выполненных исследований плотности диспрозия гамма-методом, рассчитаны справочные таблицы термических свойств для интервала 110-1950 K твердого и жидкого состояний. Установлен характер изменения термического коэффициента линейного расширения в области точки Нееля. Определены его критические индексы и критические амплитуды. Показано, что и выше, и ниже температуры Нееля экспериментальные данные не удается обработать одним уравнением скейлинговского типа. Проведено сопоставление с известными литературными данными.

Изучено изменение компонентного состава волластонитового мрамора Слюдянского месторождения при увеличении давления ( р = 0,1-12000 МПа) и температуры ( Т = 300-6000 K). Раскрыт метаморфизм созревания мрамора. Суть созревания заключается в расплавлении кальцита, захоронении углекислого газа, уплотнении монолита, преобразовании минерального состава при повышении давления до достижения значений исходных компонентов. При достижении давлением значения 12000 МПа воспроизводятся исходные компоненты, завершается созревание мрамора. Термодинамический анализ приоткрывает тайну происхождения мрамора.

Экспериментально исследуются быстро затухающие капиллярные волны, генерируемые при коалесценции с горизонтальным слоем воды микрокапель (диаметр до 100 мкм), образующихся в газовой среде при конденсации водяного пара. Испарение происходит при интенсивном локальном нагреве жидкости со стороны подложки. Для визуализации и измерений деформаций применяется шлирен-метод и высокоскоростная (до 54000 к/с) видеосъемка. Измеренная амплитуда волн имеет значения в пределах 1-6 мкм, что согласуется с величиной поверхностной энергии коалесцирующих микрокапель. Волны генерируются за счет энергии поверхности капель.

В результате численного исследования обнаружен эффект влияния изменения продольного и поперечного размеров нагревателя при сохранении площади нагрева постоянной на интенсивность испарения, динамику и экстремальные значения толщины тонкой пленки жидкости, движущейся в микроканале под действием потока газа при локальном нагреве. Показано, что при достаточно малых нагревах испарение интенсивнее происходит у широких нагревателей, чем у узких. Для узких и длинных нагревателей процесс испарения развивается медленнее, но затем интенсифицируется за короткое время.

26 июля 2015 года исполнилось 80 лет выдающемуся российскому ученому-теплофизику и теплоэнергетику, действительному члену Российской академии наук Владимиру Елиферьевичу Накорякову.