Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2019 номер 3

Разработан новый композитный фазоизменяемый материал на основе пористого диатомита, который методом иммерсии насыщен парафином. Приведены результаты исследования распространения в нем тепла при нагреве с одной из сторон источником постоянной мощности. На основе энтальпийной модели проведены численные расчеты, выполнено сравнение с результатами экспериментов и проанализировано влияние свойств композитного материала на тепловые процессы в нем. В расчетах варьировались значения мощности теплового потока, диапазон температур фазовых переходов, характеристики фазоизменяемого компонента. Анализ результатов расчетов показал, что применение фазоизменяемого компонента позволяет не только увеличивать теплоаккумулирующую способность композитного материала, но и управлять тепловыми потоками. Вследствие этого появляется возможность уменьшить пиковые значения теплового потока, проходящего через материал, а также ограничить на длительное время диапазон изменения температуры материала при нагреве.

Статья посвящена численному исследованию естественной конвекции наножидкости «вода-наночастицы Cu», помещенной в вертикальный кольцевой канал с двумя нагревателями различной длины. Моделирование проводилось с помощью метода конечных объемов с применением алгоритма SIMPLER. На внутренней стенке канала имеются адиабатические участки и дискретные источники тепла. Верхняя и нижняя стенки теплоизолированы, а температура внешней стенки поддерживается пониженной. Показано влияние объемной доли твердой фазы наножидкости на гидродинамику и тепловые характеристики теплообмена, например, на среднее и локальное числа Нуссельта, линии тока, картину изотерм. Моделирование проведено для числа Рэлея в интервале от 10³ до 10⁶ и объемной дли наночастиц в интервале от 0 до 0,1. Показано, что теплоотдача и температура нагревателей зависят от числа Рэлея, объемной доли наночастиц и длины нагревателей.

С помощью недавно развитой явной анизотропной алгебраической модели напряжений Рейнольдса проведены вычисления для исследования динамики устойчивого пограничного слоя по схеме известного тестового случая проекта GABLS1, но с более широкой областью устойчивости, где градиентное число Ричардсона Ri > 1. Модель включает воздействие гравитационных волн, позволяющее учесть поддержание импульса в условиях сильной устойчивости. Цель исследования ¾ получение более реалистичного, меньшего по глубине, чем в традиционных моделях первого порядка, пограничного слоя. Рассматривается случай с постоянной скоростью охлаждения поверхности. Некоторые интересные особенности модели связаны с выводом, основанным на физических принципах. В частности, использование большего количества прогностических уравнений в модели позволяет получить более реалистичное динамическое поведение. Модель показывает хорошее согласование с результатами LES-моделирования.

Представлены результаты бесконтактных измерений и численного моделирования структуры турбулентной закрученной струи с распадом вихревого ядра. На основе измерений методами PIV и PLIF распределений мгновенной скорости и концентрации оценены значения интенсивности пульсаций и их локальные корреляции. Приведено сравнение экспериментальных данных с результатами численного моделирования методами URANS и LES. На основе измерений и LES-моделирования проведен анализ локальной интенсивности конвективного и турбулентного переноса пассивной примеси.

Представлено численное исследование управления обтеканием крылового профиля с использованием пассивных струй воздуха. Проведено исследование генерации пассивной струи со стороны повышенного давления к стороне подсасывания с целью улучшения характеристик крылового профиля. К таким характеристикам относятся отрыв пограничного слоя и начало срыва потока. Численное моделирование проведено с использованием программного пакета CFDRC. Использованы методы конечного объема на различных структурированных и неструктурированных сетках для решения стационарных уравнений Навье-Стокса сжимаемого газа. Результаты расчетов для различных моделей турбулентности верифицировались путем сравнения с результатами экспериментов. Выполнено параметрическое исследование влияния положения щели, её ширины и угла синтетической струи к поверхности на стороне подсасывания дозвукового течения вокруг крылового профиля NACA 23012C. Максимальная подъемная сила достигнута при струе, истекающей по нормали к поверхности стороны подсасывания, но это имело место за счет увеличения сопротивления. Максимальное аэродинамическое качество было достигнуто при использовании синтетической струи, расположенной на 43 % длины хорды и угле струи 30^o. Оптимальная геометрия струи получена с применением симплекс-алгоритма, в котором в качестве начальных данных о форме струи используются данные, полученные из результатов параметрического исследования.

В статье описывается метод оценки местоположения ламинарно-турбулентного перехода на основе теории линейной устойчивости в условиях присутствия акустического поля. В устойчивой области вблизи положения потери устойчивости определяется амплитуда возмущений скорости, возбужденных внешней звуковой волной. В силу близости параметров звуковой волны и собственных колебаний полученное значение амплитуды принимается равным амплитуде нарастающей волны пограничного слоя. В некоторой точке вниз по потоку напряжения Рейнольдса, соответствующие этой амплитуде, становятся равными нескольким процентам от ламинарных напряжений невозмущенного пограничного слоя. На основе экспериментальных данных в работе принимается, что в начале перехода рейнольдсовы напряжения составляют 12 % от ламинарных напряжений. Использование предложенного критерия, учитывающего внешние возмущения, дает хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных. Вплоть до перехода нарастание возмущений в пограничном слое хорошо описываются линейными уравнениями устойчивости.

В работе изучается диспергирование жидкостей в высокоскоростных газовых струях применительно к тематике топливных форсунок большого расхода. Экспериментально исследована газожидкостная струя при центральной подаче жидкости на срез конфузорного сопла в воздушную струю на дозвуковых и сверхзвуковых режимах. Предложен энергетический подход к описанию газожидкостного потока, на основе которого получены необходимые данные для наиболее полного описания структуры газожидкостной струи: поле скорости газа без жидкости, теневая визуализация геометрии и волновой структуры струи с жидкостью и без нее, профили скорости жидкой фазы, дисперсность спрея, его пространственное распределение и концентрация. Получены характеристики газожидкостного течения по числам Вебера от первичного разрушения жидкой струи до конечного состояния спрея.

Экспериментально исследовано взаимодействие струи углекислого газа и горящей струи пропан-бутана с вращающимся диском из высокопроницаемого для газов ячеистого пористого никеля. Получены визуальные картины течений, пространственные распределения концентраций и температур газов. Моделирование смешения топлива с воздухом с помощью углекислого газа показало, что существует корреляция между исходным распределением концентраций СО₂ и распределением температур и компонентов продуктов сгорания пропан бутана. Показано, что горение пропан-бутана на диске сопровождается нагревом его поверхностей до 800-900 °С. Определены режимы устойчивого горения в зависимости от расхода топлива, расстояния от сопла форсунки до диска и его скорости вращения.

Получены экспериментальные значения эффективной теплопроводности воды при поперечном обтекании коридорного пучка стержней с квадратной упаковкой. Эффективная теплопроводность воды измерялась в направлении, параллельном осям стержней. В качестве метода измерения использовалось смешение в рабочем участке двух плоских параллельных потоков воды, которые двигались с одинаковыми скоростями, но имели разные температуры. По измерениям температур потоков до и после участка смешения определялось количество тепла, передаваемое от горячего потока к холодному, и рассчитывалась эффективная теплопроводность жидкости. В исследованном диапазоне чисел Рейнольдса (от 7× QUOTE _{10³ до 8× QUOTE 10⁴), рассчитанном по скорости в узком сечении, экспериментальная эффективная теплопроводность воды показала линейное увеличение с ростом скорости и хорошее согласование с результатами расчетов по интегральной модели турбулентности. Полученные экспериментальные данные подтвердили возможность использования интегральной модели турбулентности для расчетов параметров модели анизотропного пористого тела, используемой в CFD-кодах, моделирующих теплогидравлические процессы в активных зонах ядерных реакторов и теплообменниках.}

В работе исследуется процесс развития возмущений на сплошной пластине и пластине со звукопоглощающим покрытием под углом атаки в гиперзвуковом потоке (М_¥ = 8,44) колебательно возбужденных смесей углекислого газа и азота. Измерение среднеквадратичных пульсаций на поверхности пластин проведено в импульсной аэродинамической трубе ИТ-302М ИТПМ СО РАН. Численное моделирование выполнено на базе решения двумерных нестационарных уравнений Навье-Стокса и двухтемпературной модели релаксационных течений. При моделировании реального пористого покрытия используется скелетная модель, представляющая собой набор квадратных элементов, расположенных в шахматном порядке, с расстоянием между ними, равным диаметру пор звукопоглощающего материала, используемого в эксперименте. Представлены данные по динамике развития возмущений на сплошной пластине и пластине со звукопоглощающим покрытием при разных условиях набегающего потока. Проведено исследование влияния различных параметров звукопоглощающего покрытия (глубины, длины и расположение на пластине). Показано, что звукопоглощающее покрытие существенно (до 50 %) ослабляет интенсивность пульсаций давления на поверхности пластины по сравнению со сплошной поверхностью. Продемонстрировано согласование расчетных и экспериментальных данных по пульсациям давления на поверхности пластин.

Проведен численный анализ влияния тока Холла и условий скольжения на поверхности на магнитогидродинамическое течение наножидкости Кассона и на теплообмен вдоль растягивающейся поверхности. Для описания неньютоновской жидкости применялась модель жидкости Кассона. В модели учтены физические механизмы, ответственные за броуновское движение и термофорез с неоднородным внутренним тепловыделением/поглощением. Для получения практически пригодных результатов применялось граничное условие с нулевым потоком массы наночастиц. Путем применения метода переменной подобия были выполнены преобразования уравнений в частных производных в систему обыкновенных дифференциальных уравнений, которая затем решалась численно. Проверка полученных результатов осуществлялась путем их сравнения с результатами других работ. Обнаружено, что продольное поверхностное трение, поперечное трение, и скорости тепло- и массообмена значительно увеличиваются с увеличением параметра Холла.

При определении термодинамической (истинной) температуры непрозрачного материала по спектру теплового излучения параметрическая модель спектральной излучательной способности подбирается таким образом, чтобы эту модель и искомую температуру материала можно было считать адекватными исходным экспериментальным данным. Анализируются возможные условия адекватности. В качестве примера рассматривается процесс выбора модели на основе опубликованных экспериментальных данных для образца из вольфрама, нагретого в вакууме при постоянной температуре.

Проведено численное исследование метода улучшения эффективности пленочного охлаждения путем размещения разнообразных вихрегенераторов перед отверстием для подачи охладителя. Исследовано девять различных форм вихрегенераторов, в том числе в виде прямоугольника, треугольника, параллелограмма и трапеции. Эффективность пленочного охлаждения определялась при отношении плотностей основного и вторичного потоков 0,97 и при вариации параметра вдува в пределах 0,5-1,5. Полученные результаты показали, что эффективность пленочного охлаждения значительно улучшается при установке вихрегенератора выше по потоку источника охладителя. Закрученные потоки от вихрегенератора вращаются в противоположном направлении от пары вихрей со встречным вращением, ослабляя их эффект. Кроме того, прямоугольный вихрегенератор обеспечивает наиболее однородный слой хладагента в поперечном направлении и наибольшую усредненную эффективность адиабатического охлаждения, но при его применении проявляется побочный эффект ¾ увеличивается суммарная потеря давления.

Экспериментально исследован кризис теплообмена в пленке жидкости FC-72, движущейся под действием потока газа по гладкому или микрооребренному нагревателю. Показано, что использование микрооребрения приводит к увеличению критического теплового потока, так как за счет капиллярного эффекта происходит дополнительное омывание жидкостью нагреваемой поверхности.