Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2020 номер 5

Проведено численное исследование влияния локального изменения температуры поверхности профилированного сопла, соответствующего числу Маха M = 6, на устойчивость и ламинарно-турбулентный переход пограничного слоя. Профили ламинарного пограничного слоя получены путем численного решения уравнений Навье-Стокса с помощью программы Fluent пакета Ansys. В приближении линейной теории устойчивости получены N-факторы роста вихрей Гёртлера, возмущений первой и второй мод Мэка. Показано, что локальный нагрев приводит к замедлению нарастания амплитуд вихрей Гёртлера и первой моды Мэка относительно базового случая, и чем сильнее нагрев, тем более выражен данный эффект. Рост амплитуды второй моды возмущений при локальном нагреве сопла до температуры, близкой к температуре торможения, замедляется, а при большей температуре локального нагрева - ускоряется. Установлено, что локальное охлаждение приводит к ускорению роста амплитуд вихрей Гёртлера и второй моды Мэка. Амплитуда первой моды Мэка в зоне охлаждения меньше, чем в базовом случае, а ниже по потоку значительно больше. Установлено, что нагрев поверхности профилированных сопел необходимо осуществлять в области наискорейшего роста амплитуд вихрей Гёртлера, и чем выше температура, тем ботльше ожидаемый эффект. Однако максимально возможная температура определяется ростом второй моды Мэка. Оптимальной является температура локального нагрева поверхности, при которой рост амплитуды второй моды происходит медленнее, чем рост амплитуды вихрей Гёртлера.

Реализован ввод контролируемых возмущений в поток аэродинамической трубы и проведены зондовые измерения полей амплитуды пульсаций давления и фазовых скоростей этих возмущений. По соотношениям для невязкого взаимодействия длинноволновых вихревых, энтропийных и акустических возмущений с ударной волной на клине и прямого численного моделирования определены коэффициенты преобразования различных мод в пульсации давления на поверхности модели в условиях экспериментов в сверхзвуковом потоке аэродинамической трубы периодического действия Т-327Б ИТПМ СО РАН. Реализован метод модовой декомпозиции для контролируемых возмущений в потоке с использованием коэффициентов преобразования возмущений. Реализация осуществлялась на модели плоской пластины с острой передней кромкой, выставляемой под заданными углами атаки и крена в потоке.

Работа посвящена изучению вихревой системы, формирующейся при продольном обтекании внешнего двугранного угла за счет перепада давления между его гранями. Приведено подробное сравнение экспериментальных и расчетных данных по визуализации течения и распределению давления на поверхности модели, полученных при числе Маха М_∞ = 2,27 в диапазоне углов атаки α = 0-20°.

Численно исследуется влияние размера канавки на механическое и тепловое поведение круглой струи, ударяющейся об осесимметричную гофрированную поверхность. Геометрия ударной поверхности аналогична рассмотренной в экспериментальном исследовании Sagot et al. (2010, Int. J. Therm. Sci., 49, 1026-1030) [1]. Протестированы три вида квадратных канавок с боковыми длинами 1/8, 1/4 и 3,8 диаметра струи. Проведено сравнение полученных результатов со случаем плоской пластины. Отношение радиуса пластины к диаметру сопла составляет R/D = 6, расстояние от сопла до пластины - 2D, число Рейнольдса Re = 23000. Для учета эффектов турбулентности используется модель SST k-ω. В работе сделана попытка установить в какой мере ключевые параметры, такие как средняя скорость, турбулентная кинетическая энергия и температурные поля, влияют на характеристики теплопередачи. Локальный градиент температуры по нормали к стенке и, следовательно, локальный тепловой поток через границу раздела жидкость/стенка сильно зависят от этих параметров, что усиливает интерес к анализу распределений перечисленных определяющих факторов в пристенной струе и, в частности, в рециркуляционных зонах внутри полостей. Отмечено также их влияние на коэффициент трения, локальные и усредненные значения числа Нуссельта.

Рассмотрено математическое моделирование влияния колебаний углов атаки тела, обтекаемого высокоэнтальпийным воздушным потоком, на сопряженный тепломассообмен в теплозащитном материале при термохимическом разрушении конической части оболочки. Получены результаты численного исследования пространственного сверхзвукового обтекания вблизи тела, колеблющегося в плоскости тангажа. Изучено влияние колебаний тела с угловой скоростью в диапазоне 0-100 градус/с на характеристики тепломассопереноса.

Выполнено численное моделирование влияния водных смесей гликоля или спирта на эффективность тепловой защиты стенки канала от потока горячего воздуха путем испарения пленки бинарной жидкости. С помощью конечно-разностной схемы решались сопряженные уравнения для обеих фаз, дополненные соответствующими граничными условиями и условиями на границе раздела фаз. В работе исследована эффективность теплозащиты стенки как функция концентрации гликоля или этанола в жидкой пленке. Обсуждаются результаты исследования интенсивности тепломассопереноса в зависимости от состава пленки, расхода жидкости, температуры и скорости газового потока. Они показали, что при низком расходе жидкости на входе в канал смесь этанол-вода является лучшим выбором для теплозащиты по сравнению со смесью гликоль-вода. При высоком входном расходе охлаждающей жидкости оба варианта демонстрируют схожие закономерности, если доля воды в смеси превышает 60 %. Присутствие этиленгликоля в смеси уменьшает теплоперенос через скрытое тепло. Следовательно, понижение температуры стенки достигается посредством явного переноса тепла. Смесь вода-этиленгликоль обеспечивает эффективную теплозащиту от потока горячего воздуха. Соответственно, самым важным фактором, влияющем на степень теплозащиты, является толщина пленки, которая работает как теплоизолятор. Применение чистой воды без примесей обеспечивает высокую теплозащиту, но при этом получение неразрывной жидкой пленки является сложной задачей. Кроме того, перенос явного тепла дает бóльший вклад в эффективность теплозащиты чем теплоперенос скрытого тепла.

На основе анализа большого массива экспериментальных данных по средней теплоотдаче и гидравлическому сопротивлению проведены расчеты динамической скорости на стенке в глубинных рядах поперечно обтекаемых турбулентным потоком теплоносителя коридорных и шахматных пучков труб. Также в работе выполнены расчеты затрат мощности по экспериментальным данным гидравлического сопротивления стержневых сборок. По полученным результатам определяется коэффициент пропорциональности между динамической скоростью и затратами мощности на прокачку теплоносителя. Предложенные расчетные формулы коэффициента пропорциональности позволяют вычислять средний коэффициент теплоотдачи в поперечно обтекаемых коридорных и шахматных пучках труб в широком диапазоне шагов стержневых упаковок и чисел Рейнольдса с помощью универсальной зависимости теплоотдачи от динамической скорости.

В статье приведены результаты исследований течения теплоносителя в тепловыделяющих сборках за решетками-интенсификаторами ТВС-Квадрат реакторов типа PWR. Целью работы является оценка эффективности применения различных конструкций решеток-интенсификаторов с точки зрения перемешивания потока. Для достижения поставленной цели проведен ряд экспериментальных исследований на аэродинамическом стенде с масштабными моделями фрагментов топливных кассет с решетками-интенсификаторами различных конструкций. В качестве показательной области исследований были выбраны смежные ячейки направляющего канала, конструктивными особенностями которых является различная пространственная ориентация турбулизаторов, установленных на решетках-интенсификаторах. Общая картина течения представлена векторными полями тангенциальных скоростей, а также графическими зависимостями распределения поперечных скоростей в зазорах между стержнями области исследований. Для оценки эффективности применения конструкций решеток-интенсификаторов с точки зрения перемешивания потока теплоносителя был проведен анализ параметров внутриячейкового вихреобразования и межъячейкового перемешивания. Анализ пространственного распределения тангенциальных скоростей потока позволил изучить и детализировать картину течения теплоносителя за перемешивающими решетками с различными вариантами конструкции дефлекторов. Накопленная база данных по течению теплоносителя в ТВС-Квадрат является основой инженерного обоснования конструкций 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.

Проводится численное исследование с целью улучшения эффективности пленочного охлаждения при помощи антивихревых компоновок. Рассмотрено четыре конфигурации, а именно: случаи с направленным по течению вдувом через цилиндрические отверстия (базовая конфигурация) и с установленной вверх по потоку преградой в форме бархана (BDSR), случай со связанными отверстиями и конфигурация, сочетающая преграду в форме бархана со связанными отверстиями. Рассмотрено влияние параметров вдува ( M = 0,5, 0,85, 1 и 1,5) на эффективность пленочного охлаждения. Результаты хорошо валидированы, и почти все структуры потока достаточно точно воспроизводятся вычислением с помощью RANS. Результаты показывают, что сочетание бархана со связанными отверстиями оказывает влияние на температуру и структуру потока, причем такая конфигурация существенно увеличивает эффективность пленочного охлаждения.

На основе визуального наблюдения псевдоожиженного слоя, определения уноса дисперсного материала слоя с помощью взвешивания материала через заданное время работы вихревой камеры, а также с помощью численного моделирования динамики псевдоожиженного слоя частиц сделаны выводы о характере псевдоожижения слоя и скорости уноса полифракционного материала слоя в вихревой камере с подачей воздуха через нижний и верхний торцевые завихрители в цилиндрической вихревой камере.

Представлены результаты экспериментального исследования изменения диаметров пузырей по мере удаления от места ввода газа в восходящем пузырьковом течении в наклонном плоском канале. Измерения проводились для приведенной скорости жидкости 0,51 м/с (Re = 12400) и при различных значениях расходного объемного газосодержания. Показано, что при малых значениях объемного расходного газосодержания (β < 2 %) коалесценция пузырей практически отсутствует, поэтому угол наклона канала и расстояние от места ввода газа в поток жидкости не оказывают влияния на средний диаметр газовых пузырей.

Сформировавшаяся в последние два десятилетия зависимость отечественной энергетики от импортных технологий, оборудования, запасных частей и материалов является сегодня серьезной угрозой энергобезопасности страны. К числу очевидных вызовов для отрасли можно также отнести тенденцию к ужесточению экологических норм и требований к генерирующему оборудованию. В статье представлено одно из возможных комплексных решений указанных проблем - использование технологии с применением бескомпрессорной парогазовой установки с полным улавливанием СО₂ в жидком виде, разработанной в ОИВТ РАН совместно с НПО «Алмаз». Эта технология способна обеспечить высокоэффективную совместную выработку тепла и электричества на органическом топливе с минимальным негативным воздействием на окружающую среду. Возможно также использование данной установки в составе энерготехнологического комплекса с выработкой химического продукта. В предложенной схеме углеводородное топливо, поступающее из установки по разделению воздуха или от иного источника, сжигается в смеси кислорода, водяного пара и углекислого газа. Сжатие всех компонент происходит в жидкой фазе. Тепло отработанных газов утилизируется в развитой системе регенерации, после чего происходит конденсация водяных паров с использованием тепла конденсации для подогрева воды в теплосети и осаждение СО₂ в жидкой фазе. Варьируя соотношение Н₂О и СО₂, можно в очень широких пределах изменять в соответствии с требованиями потребителя соотношение отпускаемых электрической и тепловой энергий. Оценки показывают, что по тепловой эффективности предложенная установка превосходит лучшие отечественные парогазовые установки и близка к уровню лучших мировых образцов комбинированных установок.

Статья посвящена экспериментальному исследованию процесса вскипания недогретой жидкости на прозрачном микронагревателе при импульсном тепловыделении. Получены зависимости максимального диаметра пузырей, скоростей их роста и времен ожидания вскипания от плотности теплового потока и степени недогрева жидкости в диапазонах 11÷32 МВт/м² и 50÷75 K соответственно. Проведен расчет температуры вскипания жидкости для исследованных режимов с использованием программного пакета COMSOL Multiphysics.

Исследуется устойчивость керамик карбонитрида гафния под действием азотной плазменной струи в воздушной атмосфере. Показано, что лучшей устойчивостью обладает керамика с соотношением N/C » 0,698, что определяется максимумом температуры поверхности и минимумом потери массы в ряду твердых растворов HfC-HfN.

21 сентября 2020 года исполнилось 80 лет доктору технических наук профессору Вячеславу Николаевичу Ярыгину.