Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2018 номер 5

Приведены результаты расчетных исследований параметров газа в зоне высокого разрежения, образованной за молекулярным экраном, установленным на космическом аппарате «ОКА-Т». Описана методика учета влияния вращения солнечных батарей на зону разрежения. Проведены оценки влияния струй собственных двигателей и газовыделения аппарата на зону разрежения.

Выполнены экспериментальные исследования по влиянию единичного числа Рейнольдса на положение ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое на скользящем крыле при сверхзвуковых скоростях потока. В экспериментах использовалась модель скользящего крыла с 3 %-м чечевицеобразным профилем и углом скольжения кромок 45°. Положение перехода определялось с помощью термоанемометра. Получено, что при М = 2 и 2,5 увеличение единичного числа Рейнольдса (Re₁) приводит к затягиванию перехода. Показано, что увеличение числа Маха набегающего потока и уровня пульсаций в рабочей части аэродинамической трубы приводит к уменьшению влияния Re₁ на положение перехода. При высоком уровне шума, вызванного ростом числа Маха или введением вихревых возмущений, влияние единичного числа Рейнольдса на положение перехода не фиксируется.

Исследовано влияние низкочастотной модуляции течения за прямоугольным уступом поверхности на амплитудные характеристики возмущений оторвавшегося ламинарного пограничного слоя. Опытные данные получены термоанемометрическим методом в аэродинамической трубе при малой дозвуковой скорости воздушного потока. Определена реакция отрывного течения на его длинноволновые колебания, генерируемые локальным источником на поверхности экспериментальной модели. Низкочастотная нестационарность зоны отрыва приводит к возрастанию уровня пульсаций скорости оторвавшегося пограничного слоя, которые доминируют в процессе ламинарно-турбулентного перехода и определяют состояние течения в пристенной зоне потока.

Предложен перспективный метод снижения сопротивления посредством микровдува через обтекаемую поверхность применительно к внешней поверхности высокоскоростных поездов. Проанализированы преимущества применения микровдува для высокоскоростного поезда. Разработана соответствующая математическая модель на основе RANS-уравнений и выполнены расчеты внешнего обтекания поезда длиной 200 м. Предложенные модификации математической модели турбулентности были использованы для учета влияния микровдува во внутренней области турбулентного пограничного слоя. Представлены результаты расчетов турбулентного пограничного слоя около проницаемой поверхности с различными режимами микровдува и проанализированы полученные результаты параметрического исследования снижения сопротивления в зависимости от интенсивности микровдува и длины области высокоскоростного поезда, покрытой пористой поверхностью с учетом относительной площади последней. В частности, получены зависимости между уменьшением коэффициента сопротивления и длиной тела поезда с реализованным микровдувом, а также его интенсивностью. Установлено, что реализация микровдува со скоростью вдува 0,25 % от скорости движения поезда ( V = 100 м/с) на 70 %-ах площади обтекаемой поверхности лишь одного вагона (длиной L = 25 м) позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление (включая наиболее значимые составляющие давления и трения в голове и хвосте) всего поезда ( L = 200 м) в среднем на 5,25 %. Таким образом, в случае реализации микровдува на всех 8 вагонах поезда его аэродинамическое сопротивление может быть уменьшено на величину около 42 %.

В рамках экспериментальных исследований, проводимых с целью снижения путем активного воздействия интенсивности звукового удара, создаваемого летательным аппаратом, рассматривается проблема измерения параметров ударной волны в условиях неравномерного потока. Приводится сравнение профилей давления за ударной волной, полученных с помощью дренированной измерительной пластины и гребенки зондов давления торможения. Показано, что использование методики с применением зондов давления торможения обеспечивает приемлемую достоверность измерений распределений давления в ближней зоне модели. Использование контрольной пластины приводит к существенным погрешностям при проведении измерений в условиях неравномерного потока. Проведен анализ причин искажения измеряемого сигнала.

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния различных вариантов конструкции перемешивающих дистанционирующих решеток на течение потока теплоносителя в ТВС-Квадрат реактора PWR. Исследования проводились путем моделирования течения теплоносителя в активной зоне на исследовательском воздушном стенде, который представляет собой аэродинамический разомкнутый контур. Для измерения локальных гидродинамических характеристик потока использовались специальные пневмометрические датчики, позволяющие измерять вектор скорости и значение скорости потока. При проведении исследований локальной гидродинамики теплоносителя измерялись поперечные скорости потока, а также расходы теплоносителя по ячейкам экспериментальной модели ТВС-Квадрат. Анализ пространственного распределения проекций абсолютной скорости потока позволил изучить и детализировать картину течения теплоносителя за перемешивающими дистанционирующими решетками с различными вариантами конструкции дефлекторов. Накопленная база данных по течению теплоносителя в ТВС-Квадрат является основой инженерного обоснования конструкций кассет активных зон реакторов PWR. Результаты экспериментальных исследований используются для верификации CFD-кодов как зарубежной, так и отечественной разработки, а также программ детального поячеечного расчета активных зон с целью уменьшения консерватизма при обосновании теплотехнической надежности реакторной установки.

Исследована теплоотдача при наложении высокочастотных колебаний на ламинарный поток жидкости в плоском и прямоугольных каналах на удалении от входа в обогреваемый участок при граничных условиях на стенках канала первого и второго рода. Для плоского канала использованы полученные аналитические выражения для профилей амплитуды и фазы колебаний продольной скорости в зависимости от безразмерной частоты колебаний в виде функций действительного переменного. Показано, что среднее по периметру канала и периоду колебаний число Нуссельта при больших амплитудах колебаний средней по сечению скорости может существенно превышать его стационарное значение. Найдено предельное значение отношения чисел нуссельта при пульсирующем и стационарном течениях в области высоких частот колебаний.

Проведено численное исследование с целью оценки возможности описания натекания плоской струи на плоскую и оребренную поверхности при разных значениях числа Рейнольдса и при разных расстояниях между срезом сопла и пластиной с использованием различных моделей турбулентности, основанных на усредненных по Рейнольдсу уравнениях Навье-Стокса. Дано сравнение результатов вычислений с опубликованными экспериментальными данными. Обнаружено, что все рассмотренные модели турбулентности дают лишь приблизительные предсказания для теплопереноса. Однако некоторые модели обеспечивают неплохое описание экспериментальных особенностей, таких как появление вторичного пика и нескольких выбросов числа Нуссельта для оребренной поверхности с точным вычислением числа Нуссельта в точке торможения. Для случая натекания струи на оребренную поверхность изучено влияние высоты щели, периода оребрения и расстояния между срезом сопла и оребренной поверхностью. Обнаружено, что местное число Нуссельта возрастает с высотой щели и с расстоянием между ребром и пластиной. Также обнаружено, что увеличение числа Рейнольдса имеет преимущественное влияние на местный теплоперенос. С увеличением межреберного расстояния локальное число Нуссельта растет в окрестности точки торможения, но уменьшается в направлении потока. Наблюдаемые картины течения различны для случаев натекания струи на оребренную и плоскую поверхности.

Лазерно-импульсным методом измерены коэффициенты теплопроводности и температуропроводности самария в температурном интервале 293-1773 K в твердом и жидком состояниях, включая области фазовых превращений. Погрешности измерения коэффициентов переноса тепла составили ±(3-6) %. Получены аппроксимирующие уравнения и представлена таблица справочных данных для температурной зависимости свойств. Проведено сопоставление результатов измерений с известными литературными данными.

Предлагается развитие представленного ранее аналитического подхода для определения формы поверхности, образующейся при нанесении материалов и наращивании объемных металлоизделий в аддитивных технологиях. В подходе рассматривается баланс давлений на поверхности жидкого металла, возникающий под действием силы тяжести и поверхностного натяжения. Проведено обобщение метода на случай криволинейной формы подложки, что позволяет рассчитывать геометрию поверхности одиночных валиков, сплошных покрытий из валиков внахлест и вертикальных стенок при произвольных углах смачивания. Выполнена верификация метода для задач лазерной наплавки с привлечением экспериментальных данных, заимствованных из литературных источников.

Исследуется процесс формирования полой струи при истечении из тонкого сопла водяного пара, изначально находящегося при высоком давлении в сверхкритическом состоянии. Численное моделирование проведено с применением решателя sonicFoam библиотеки открытого пакета OpenFOAM в двумерной осесимметричной постановке. Достоверность результатов оценена путем сравнения результатов расчетов, полученных по динамике волны разгрузки, распространяющейся в области высокого давления, с применением пакета OpenFOAM с уравнением состояния Пенга-Робинсона, и численным решением аналогичной задачи методом сквозного счета в случае одномерного плоского приближения с уравнением состояния совершенного газа.

Проведено экспериментальное исследование влияния специально подготовленных наноразмерных тугоплавких порошков на структуру и электрохимические характеристики алюминиевого сплава AlZn4, применяемого для протекторных анодов. Установлено, что модифицирование сплава AlZn4 нанопорошками нитрида алюминия и алмаза приводит к измельчению структуры сплава более чем в 1,5 раза, увеличению прочности анода и электроотрицательности его защитного потенциала. Последнее имеет реальное практическое значение для повышения эффективности защиты от коррозии водосодержащих резервуаров.

Проведен численный анализ теплового состояния полупрозрачной среды, формирующегося под действием падающего внешнего излучения и конвективного теплообмена с внешней средой. Учитывается также теплообмен с полубесконечной непрозрачной подложкой, на которой располагается слой полупрозрачного материала. Расчеты выполнены при значениях определяющих параметров задачи, типичных для снежных и ледяных покровов в зимнее время. Для решения радиационной части задачи используется модифицированный метод средних потоков, с помощью которого учитываются зависимость оптических свойств от длины волны падающего излучения, рассеяние, отражательная способность границ слоя.

Приведены результаты теоретических исследований процессов воспламенения капель водоугольного топлива на основе бурых углей, полуантрацита, антрацита, длиннопламенного и жирного углей в условиях, соответствующих топочным пространствам типичных современных котельных агрегатов. Проанализировано влияние степени метаморфизма (структурно-молекулярного преобразования органического вещества угля) и концентрации органической компоненты базового топлива (угля) на условия зажигания частиц водоугольного топлива. Установлено, что вид и марка угля оказывают существенное влияние на динамику воспламенения топлива. Показано, что в случае зажигания водоугольного топлива, приготовленного из каменных углей, быстрее всех (на 20 %) воспламеняются частицы на основе полуантрацита и антрацита, а медленнее всего ¾ капли водоугольного топлива из жирного угля. Последнее объясняется более низкими теплоемкостью и тепловым эффектом пиролиза этого топлива, а также относительно высокой теплопроводностью антрацитового угля по сравнению с жирным. Установлено, что капли водоугольного топлива, выполненные из бурых углей, воспламеняются существенно (в 2 раза) быстрее капель, приготовленных из каменного угля частиц водоугольного топлива. Это связано с большим содержанием летучих в составе бурых углей.

Поля скорости, получаемые методом цифровой трассерной визуализацией, в сверхзвуковых потоках не являются достаточными для определения интегральных характеристик течения. Дополнительные данные, например, о давлении, можно получить из решения уравнений Навье-Стокса. Для несжимаемых течений решение этих уравнений не представляет особой проблемы. Однако для сверхзвуковых потоков необходимость учета плотности потока и увеличение количества причин появления экспериментальных ошибок усложняет решение этой задачи. В работе предложен новый способ нахождения плотности течения из PIV-данных на базе уравнения сохранения массы, что позволяет существенно упростить расчет полей давления для сжимаемых течений.