Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2024 номер 3

Работа посвящена моделированию распространения возмущений в вязких несжимаемых ламинарных пограничных слоях на основе линеаризованных уравнений распространения амплитуд возмущений. Наряду с численной моделью, основанной на полных линеаризованных уравнениях, рассмотрены три модели, основанные на уравнениях, полученных из полных исключением продольной компоненты градиента давления и/или вязких членов в продольном направлении. Модели сравниваются численно на примере генерации и развития возмущений в пограничном слое над слабо вогнутой пластиной. Делаются выводы о возможности одними и теми же упрощенными моделями адекватно моделировать как волны Толлмина - Шлихтинга, так и вихри Гёртлера в диапазоне параметров, имеющих практическое значение.

В статье представлены результаты теоретического исследования характеристик сжимаемого пограничного слоя в условиях полета в атмосфере возвращаемых космических аппаратов при числах Маха набегающего потока 6≤M≤10 при сублимации материала поверхности плоской пластины. В качестве вещества сублимирующего покрытия принят углерод в виде графита. В силу того, что увеличение скорости полета приводит к повышению температуры поверхности, возрастает скорость уноса массы углерода, а температура стенки в результате испарения материала снижается в сравнении со случаем обтекания пластины без сублимации. Это приводит к повышению плотности газовой смеси в облаке паров сублимирующего вещества вблизи стенки, благодаря чему устойчивость высокоскоростного пограничного слоя по отношению к возмущениям первой моды повышается. Что касается второй моды, то уменьшение скорости ее пространственного нарастания при увеличении числа Маха набегающего потока замедляется за счет сублимации материала поверхности. Для оценки положения ламинарно-турбулентного перехода проводились расчеты по методу e^N . Расчеты показали, что при числе Маха M = 6 сублимация поверхности не влияет на переход, который определяется ростом трехмерных возмущений первой моды. Повышение числа Маха до M = 8 и выше приводит к тому, что темп роста возмущений вниз по потоку уменьшается, доминировать в переходе начинает двумерная вторая мода неустойчивости. Сублимация графитового покрытия оказывает дестабилизирующее влияние относительно возмущений второй моды, ускоряя тем самым переход пограничного слоя в турбулентное состояние.

Экспериментально установлены поля скоростей и структуры потоков воздуха в локальной рабочей зоне с горизонтальной панелью, обогреваемой газовым инфракрасным обогревателем, в режимах свободной и смешанной (при работе системы воздухообмена) конвекции с использованием оптического метода SIV (Smoke Image Velocimetry). Проведен анализ влияния структуры течения воздуха, возникающего в результате нагрева поверхностей, расположенных в локальной рабочей зоне, на формирование полей скоростей воздуха в условиях работы газового инфракрасного излучателя. Установлены масштабы влияния режима конвекции на аэромеханику локальной рабочей зоны, обогреваемой газовым инфракрасным излучателем.

Впервые проведено экспериментальное исследование влияния распределенного отсоса воздуха из сверхзвукового пограничного слоя на плоской пластине на его устойчивость к контролируемым (искусственным) возмущениям при числе Маха набегающего потока М_∞ = 2. Выполнено сравнение результатов экспериментов с данными расчетов, и получено хорошее количественное согласование. Экспериментально подтверждены выводы линейной теории устойчивости о том, что отсос рассматриваемого вида стабилизирует течение в сверхзвуковом пограничном слое, при этом его стабилизирующее влияние превышает дестабилизирующее влияние пористости обтекаемой поверхности.

Проведены испытания конуса с задней полусферической частью в сверхзвуковой аэродинамической трубе на установке свободных колебаний по углу тангажа при числе Маха М = 1,75 при нескольких значениях момента инерции тела относительно оси вращения. Во всех испытаниях после завершения переходного процесса зафиксированы незатухающие колебания конуса с амплитудой, зависящей от приведенной частоты. Выявлено, что зависимость амплитуды незатухающих колебаний от приведенной частоты имеет выраженный резонансный характер.

В работе представлены результаты исследования, выполненного с помощью кода CONV-3D на основе DNS-подхода, эффективного турбулентного теплопереноса вдоль пучка стержней при поперечном обтекании последнего. Для определения эффективного коэффициента теплопроводности проводилось моделирование процесса смешения в рабочем участке двух плоских параллельных потоков теплоносителя, двигающихся с одинаковыми скоростями и имеющих разные температуры на входе. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными для воды подтвердило возможность использования численного моделирования вместо проведения реальных экспериментов. Такая замена реального эксперимента его вычислительным аналогом является актуальной в случае исследования жидкометаллических теплоносителей.

Проведены экспериментальные исследования воздействия пары слабых ударных волн на сверхзвуковой пограничный слой плоской стреловидной пластины с радиусом притупления передней кромки 2,5 мм при числе Маха 2. Трансверсальные термоанемометрические измерения проводились в пограничном слое при фиксированном положении датчика от поверхности модели. Получено, что при изменении угла стреловидности передней кромки от 35 до 45 градусов наблюдается снижение интенсивности воздействия слабых ударных волн на течение в пограничном слое. Установлено, что при увеличении угла стреловидности передней кромки до 50 градусов наблюдается отсутствие влияния слабых ударных волн на течение в сверхзвуковом пограничном слое стреловидной пластины.

Представлены результаты численного моделирования теплообмена между ламинарным осесимметричным пламенем предварительно перемешанной метановоздушной смеси и плоской холодной преградой для расстояний между срезом горелки и преградой в один, два и три калибра. Вычисления выполнены методом прямого численного моделирования с детальным кинетическим механизмом GRI-MECH 3,0. Для расстояния в три калибра показано значительное снижение теплового потока в окрестности лобовой точки вследствие возникновения локальной зоны рециркуляции потока между конусом пламени и преградой. Этот эффект объясняет наблюдаемое ранее в экспериментах снижение теплообмена.

Для противоточной пленочной градирни с регулярной трубчатой насадкой с поверхностными интенсификаторами разработан модифицированный метод единиц переноса с целью определения тепловой эффективности по газовой и жидкой фазам и температуры охлаждаемой воды на выходе. Применен подход представления числа единиц переноса с учетом дополнительных слагаемых с коэффициентами обратного перемешивания, что позволяет косвенно учесть гидродинамическую структуру потоков и снижение эффективности процесса тепломассообмена по сравнению с моделью идеального вытеснения. Дано описание экспериментальной установки с макетом (колонной) градирни из оргстекла диаметром 200 мм и высотой 2 м. Представлены экспериментальные данные для процесса охлаждения воды в блоке регулярной насадки в виде вертикального пучка плотноупакованных полиэтиленовых труб диаметром 0,05 м с кольцевой дискретно-регулярной шероховатостью поверхности. Получены обобщенные расчетные эмпирические выражения для гидравлического сопротивления сухих и орошаемых труб, а также зависимости для объемного коэффициента массоотдачи от скорости воздуха при различных плотностях орошения. Выполнена идентификация параметров выражения модифицированного числа единиц переноса по экспериментальным данным тепловой эффективности в газовой фазе. В результате получена зависимость тепловой эффективности в газовой фазе от режимных и конструктивных характеристик регулярной насадки с учетом обратного перемешивания потоков. Показано, что обратное перемешивание снижает тепловую эффективность на 8 - 15 %, что необходимо учитывать в расчетах пленочных градирен. Приведены результаты расчета промышленной градирни СК-400 с применением представленных выражений и показано согласование тепловой эффективности работы градирни с расчетом по предложенному методу.

Проведено экспериментальное исследование влияния капиллярно-пористых покрытий, полученных методом направленного плазменного напыления, на динамику парообразования и теплообмен при кипении азота в условиях стационарного тепловыделения на медных трубчатых нагревателях диаметром 16 мм. Показано, что наличие покрытий приводит к увеличению критического теплового потока относительно гладкого нагревателя и интенсификации теплоотдачи до 3.5 раз в области малых тепловых потоков. Из анализа данных высокоскоростной видеосъемки следует, что интенсификация теплообмена при малых тепловых потоках связана со значительной активацией стабильно работающих центров парообразования. При последующем росте тепловой нагрузки интенсификация связана с существенным вкладом высокоинтенсивного теплообмена в зоне макрослоя в локальных областях между гребнями структурированных покрытий. Показано снижение угла наклона кривых кипения модифицированных нагревателей в предкризисных режимах, которое определяется пульсирующим характером поведения межфазных границ и сопровождается значительными колебаниями температуры поверхности.

В статье представлены результаты измерений методом импульсного нагрева термических сопротивлений контактов жидкого свинца с керамикой Al₂O₃ и сталью в зазорах, моделирующих теплопроводящий жидкометаллический подслой в разрабатываемых ТВЭЛах быстрых реакторов нового поколения. Описана методика получения и обработки данных экспериментов, приведены результаты оценки погрешности измерений, исследована зависимость термических сопротивлений контактов жидкого свинца в модельных зазорах от температуры и количества плавлений и кристаллизаций свинца. По результатам экспериментов проведена оценка термического сопротивления теплопроводящего жидкометаллического подслоя в ТВЭЛах.

Приводятся результаты экспериментальных исследований структуры двухфазной среды «жидкий металл-газ» в вертикальных каналах в зависимости от расхода газовой фазы и диаметра канала. В качестве жидкой среды использовался свинцово-висмутовый расплав, находящийся при температуре 160 ºС, в качестве газовой фазы - аргон. Получены данные по форме газовых пузырьков, временному изменению газосодержания в каналах, гистограммам распределения газосодержания, особенностям снарядного течения газовой фазы в расплаве металла.

В статье представлены результаты аналитического решения задачи о распространении тепла внутри массивного твердого образца при концентрированном теплоподводе к поверхности этого образца. С использованием интегральных косинус-преобразования Фурье и преобразования Ганкеля получены аналитические выражения для нестационарного распределения температуры внутри тела. Представлены примеры применения решений для оценки характерных времен достижения точек Чернова Ac₁ и Ac₃ модельных гипоэвтектоидных сталей при воздействии на них лазерного излучения. Продемонстрировано приложение указанного решения для расчета динамики охлаждения керамических образцов Al₂O₃ и SiO₂ под воздействием импактных воздушной и водяной струй.

В работе экспериментально исследуется структура газожидкостного течения и межфазный массообмен при переходе от снарядного к пузырьковому течению смеси этанол-СО₂ в горизонтальном прямом микроканале. Эксперименты выполнены для канала с прямоугольным сечением 141×385 мкм² в диапазоне приведенных скоростей газа и жидкости J_G = 0,16 - 0,8 м/с, J_L = 0,22 - 0,5 м/с. Для определения изменения объема газового снаряда по длине микроканала вследствие абсорбции СО₂ использовался метод высокоскоростной визуализации с последующей цифровой обработкой изображений. Проведены измерения частоты генерации, скорости, размеров и изменения объема газовых снарядов и пузырей по длине канала и вычислен объемный коэффициент массоотдачи со стороны жидкости. Выполнено сравнение измеренного объемного коэффициента массоотдачи с известными корреляциями и предложена новая корреляционная зависимость для перехода от снарядного к пузырьковому течению вследствие межфазного массообмена.

В работе проведены численные исследования аэродинамики и теплообмена в вихревом горелочном устройстве при факельном кислородном сжигании пылеугольного топлива. Предложенная численная методика апробирована на экспериментальных данных кислородного сжигания угля в потоке. Рассмотрено влияние концентрации кислорода в дутье на процессы воспламенения и горения угольной пыли в безазотной среде. Установлено, что для исследуемой горелки увеличение концентрации кислорода от 40,1 до 66,7 об. % приводит к изменению структуры течения, удлинению размеров факела и росту среднего значения концентрации несгоревшего твердого углерода с 0,00136 до 0,4 г/м³ на расстоянии 1,5 м от горелки.

Проведено комплексное экспериментально-расчетное исследование течения при обтекании неподвижного газового снаряда при скоростях опускного потока от 0,15 до 0,3 м/c в вертикальной трубе диаметром 20 мм. Выполнены трехмерные расчеты методом VOF (volume of fluid) в пакете OpenFOAM с применением нестационарной модели турбулентности κ-ω SST. Экспериментальное исследование гидродинамических характеристик потока проведено с использованием электродиффузионного метода. Показано влияние скорости потока на изменение формы носика газового снаряда. В ходе работы выполнено сравнение расчетных и экспериментальных данных и показано их хорошее соответствие. Изучено распределение скоростей в жидкости и газе, а также распределение толщины пленки жидкости вокруг газового снаряда. Показано, что трение на стенке в пленке жидкости вокруг газового снаряда не зависит от скорости нисходящего потока.

Представлены результаты термодинамических расчетов и экспериментальных исследований пиролиза углеводородного газа при атмосферном давлении в совмещенном плазмохимическом реакторе с получением водорода и технического углерода (сажи), содержащего наноуглеродные структуры. Технология плазменного пиролиза заключается в нагреве углеводородного газа в электродуговом совмещенном реакторе до температуры, обеспечивающей его диссоциацию на водород и технический углерод в едином технологическом процессе.

Газовая атомизация является основным способом производства металлических порошков. В мире таким способом производится 70 % всех порошков. С развитием технологий появляются области, которые приводят к росту требований к порошку по распределению частиц по размеру. В связи с этим появляются новые способы производства порошков. Один из них - плазмоструйная атомизация, которая представляет объект исследований в данной работе.