Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2026 номер 3

В статье представлены экспериментальные результаты определения интенсивности теплообмена для условий аэродинамического подвеса (свободной левитации) тела сферической формы в потоке воздуха в диффузорном канале. Измерение температур поверхности в процессе ее нагрева и скорости вращения сферы осуществлялось бесконтактными методами. Установлено, что в широком диапазоне скорости воздушного потока возникает вращательное движение сферы по двум координатам, приводящее к коренному изменению гидродинамики ее обтекания, выражающемуся в отсутствии стационарных отрывных зон как в лобовой, так и в кормовой частях. Исследования коэффициентов теплоотдачи выполнялись по нестационарной методике при разных начальных температурах поверхности сферы и числах Рейнольдса воздушного потока. Для сравнения проведено исследование неподвижно закрепленной в потоке сферы при тех же условиях. Установлено, что свободный аэродинамический подвес сферы позволяет выравнивать поле температуры поверхности и существенно интенсифицировать теплообмен по сравнению с неподвижным креплением шара. Экспериментальные результаты передачи тепла показывают, что время охлаждения уменьшается, а число Нуссельта возрастает с увеличением скорости вращения сферы на 300 - 600 %.

Выполнено экспериментальное исследование влияния плотности теплового потока на перепад давления двухфазных газожидкостных течений в плоском микроканале с локальным нагревом при фиксированной массовой скорости жидкости и вариации массовых скоростей газа. Показано, что при низких массовых скоростях газа перепад давления возрастает за счет усиления межфазного взаимодействия, при высоких - снижается из-за интенсивного испарения, осушения стенок и уменьшения трения жидкости о стенку, а при умеренных - практически не изменяется вследствие взаимной компенсации двух противоположных эффектов: роста межфазного взаимодействия и снижения трения о стенку жидкости.

Проведено экспериментальное исследование динамики формирования и отрыва капель жидкости в периодическом капельном режиме на трубках с внешним диаметром в диапазоне 0.5 ÷ 4 мм. В качестве рабочих жидкостей использовались вода, этанол, 40 %-ый водный раствор этанола и глицерин, что позволило охватить широкий диапазон физико-химических свойств (вязкость, поверхностное натяжение, плотность). Анализ динамики изменений формы капли позволил выявить три этапа циклического процесса. Для анализа использовались безразмерные параметры, позволившие сравнить экспериментальные данные, полученные при различных режимных параметрах. Установлено, что в течение всего периода формирования капли в ее центральной области возникает участок струйного течения с расходом жидкости ниже, чем через сопло. Это ведет к разделению капли на две части - верхнюю и нижнюю. Отделение нижней капли осуществляется непосредственно от формирующейся струи. Однако характеристики данного процесса существенно отличаются от аналогичных процессов отрыва капель в условиях хаотического капельного режима.

Проведено детальное систематическое экспериментальное исследование четырех типов высокочастотной и среднечастотной вторичной неустойчивостей пограничного слоя скользящего крыла в условиях доминирования мод стационарной первичной неустойчивости поперечного течения. Измерения выполнялись термоанемометром в малотурбулентной аэродинамической трубе при малой дозвуковой скорости набегающего потока в условиях возбуждения контролируемых стационарных первичных и нестационарных вторичных возмущений. Подробно исследована структура волновых фронтов нескольких типов вторичных возмущений в диапазоне частот от 100 Гц до нескольких килогерц. Обнаружен новый тип среднечастотной вторичной неустойчивости, названный типом IV. Определены волновые числа, длины волн, фазовые скорости и углы наклона волновых векторов для всех четырех типов вторичных возмущений по трем пространственным координатам, а также визуализирована эволюция во времени мгновенной пространственной структуры вторичных возмущений в широком диапазоне частот.

Выполнено численное моделирование процесса осаждения капель воды в турбулентном импульсном двухфазном потоке в цилиндрическом канале с периферийной закруткой при вариации начальной массовой концентрации капель воды с использованием Эйлерова описания. Газовая фаза описывается системой трехмерных URANS-уравнений с учетом влияния частиц на процессы переноса в несущей фазе. Турбулентность газовой фазы рассчитывается по эллиптической модели переноса рейнольдсовых напряжений, записанной также с учетом влияния дисперсной фазы. Максимум концентрации осажденной жидкости получен в области частот импульсов ƒ = 100 - 150 Гц (число Струхаля Sr = 0.4 - 0.6).

Численно исследуется процесс распространения температурных волн при наличии фазового перехода в веществе, полностью заполняющем области, такие как пластина, цилиндр или шар. На границах областей температура меняется по гармоническому закону. Температура фазового перехода принадлежит интервалу изменения температуры границ. Для моделирования фазового перехода применен метод энтальпии. Для проверки достоверности результатов проведено сравнение с аналитическими решениями и результатами других авторов. Изучено влияние безразмерных параметров и геометрических характеристик на поведение температуры в центре изучаемой области и проникающую способность температурных волн. Определена корреляционная зависимость экстремума температуры в центре области от теплофизических параметров. При достижении данного экстремума разница между средней температурой в центре области и на границах максимальна. Выявлено, что в точке экстремума средняя температура в центре области равна температуре фазового перехода. Тип экстремума зависит от отношения теплопроводностей фаз. Установлена качественная зависимость коэффициента затухания температурной волны от теплофизических параметров. Определены условия, при которых проникающая способность температурной волны будет минимальна.

Проведен анализ результатов измерений и расчетов основных характеристик термоэлектрической системы охлаждения. По данным измерений температуры и электрофизических параметров для различных температурных условий и режимов работы определены значения термических сопротивлений теплообменников, холодопроизводительности, холодильного коэффициента и температурных перепадов на элементах конструкции. При моделировании процессы теплообмена описывались интегральными соотношениями с учетом измеренных рабочих характеристик термоэлектрического модуля и термических сопротивлений устройств подвода и отвода теплоты. По результатам анализа рекомендован диапазон силы тока питания термоэлектрического модуля, обеспечивающий высокую холодопроизводительность и экономичность системы охлаждения.

В работе представлены результаты комплексного изучения реологических и вязкоупругих свойств водных растворов полиакриламида (ПАА), модифицированных одностенными (ОУНТ) и многостенными (МУНТ) углеродными нанотрубками. Исследование проведено на модульном реометре при температуре 25 °C. Установлено, что все изученные композиции на основе 0.05 масс. % ПАА имеют псевдопластичное поведение и характеризуются преобладанием упругих свойств над вязкими в линейной области деформаций сдвига. Показано, что добавление углеродных нанотрубок (УНТ) приводит к значительному изменению реологических характеристик. С ростом концентрации нанотрубок наблюдается увеличение эффективной вязкости, параметра консистенции и снижение индекса течения. Вязкоупругие модули (G′ и G′′ также возрастают, демонстрируя практически линейную зависимость от содержания УНТ. Выявлено фундаментальное различие в эффективности двух типов нанотрубок. ОУНТ проявляют значительно более сильное модифицирующее влияние по сравнению с МУНТ. При одинаковой концентрации, составляющей 0.1 масс. %, значение параметра консистенции раствора с ОУНТ в 2.2 раза выше, а модуль упругости G^, в 3.15 раза превышает значения для водного раствора ПАА с МУНТ. Причиной этого является исключительно высокое аспектное соотношение ОУНТ, обеспечивающее формирование прочной перколирующей сети при более низких пороговых концентрациях. Результаты работы свидетельствуют о возможности эффективного управления реологическими и вязкоупругими свойствами водных растворов ПАА путем добавления углеродных нанотрубок, причем степень модификации определяется типом и концентрацией нанотрубок.

Рассматривается газоструйный метод осаждения алмазных покрытий с активацией газов сверхвысокочастотным (СВЧ) разрядом. Особенностью этого метода является использование высокоскоростной струи для транспортировки газов, активированных в СВЧ-плазме в разрядной камере, к подложке, расположенной в камере осаждения. Такой подход открывает новые возможности в области газофазного синтеза алмаза, но развитие этого метода требует проведения систематических исследований. Показана эффективность этого метода. Успех исследования обусловлен систематическим численно-экспериментальным изучением отдельных процессов, участвующих в газоструйном синтезе алмазных покрытий.

Представлены результаты численного моделирования влияния периодического объемного тепловыделения на структуру сверхзвукового турбулентного течения в плоском канале с уступом и сопряженный теплообмен со встроенными в стенки чувствительными элементами датчиков тепловых потоков. Моделирование проводилось на основе осредненных по Фавру уравнений Навье - Стокса, дополненных двухпараметрической k - ω SST моделью турбулентности. Мощность источника изменялась по гармоническому закону варьировалась амплитуда колебаний при неизменной средней мощности. Установлено, что течение выходит на периодический режим с выраженным релаксационным запаздыванием. В фазе максимального теплоподвода наблюдался сдвиг волновой структуры вверх по течению и формирование локальных дозвуковых зон в ядре потока. Показано, что периодическое изменение мощности влияет на локальный теплообмен. Датчик, расположенный в расширяющейся части канала, в случае периодического режима прогревается более интенсивно, чем при постоянном источнике той же средней мощности. Обнаружена немонотонная зависимость интегрального теплового потока от амплитуды колебаний. Показано, что максимальная тепловая нагрузка на этот датчик достигается при промежуточной, а не максимальной амплитуде теплоподвода, что объясняется динамикой стабилизации ударной волны в его окрестности.

Проведено сравнительное моделирование плазменных струй, создаваемых плазмотроном постоянного тока при использовании сопел прямого и углового типов. Выполнен численный анализ разработанной авторами геометрии углового сопла, созданного для воздушно-плазменного напыления порошковых покрытий на внутренние поверхности деталей малого размера. Исследуется газодинамика смешения высокотемпературной струи плазмообразующего газа и потоков холодного транспортирующего и фокусирующего газов в сопле. Проведена валидация предложенной аэродинамической модели и алгоритма расчета, выполненная на основе сравнения координат периодических ударных ячеек (shock diamonds) по длине струи в нерасчетном режиме работы плазмотрона, которая показала приемлемое соответствие с натурными экспериментами. Рассчитано влияние охлаждения стенок на энтальпию струи и показана его значительная роль в случае применения сопла углового типа. Определены расстояния и оптимальные расходы газа, на которых профили скорости и температуры по толщине струи приобретают осесимметричный и равномерный вид.

Экспериментально исследована динамика всплытия парового пузырька Тейлора в круглом (диаметр сечения 16 мм) и кольцевом (диаметры сечения 25 и 16 мм) каналах при давлении насыщения. Пузырек формировался при вскипании перегретой дегазированной жидкости. Установлено, что скорости перемещения его лобовой и тыльной поверхностей непостоянны и зависят от режима всплытия, положения в канале и предшествующей динамики всплытия. Показано, что это поведение обусловлено пространственно-временным распределением температуры жидкости у границы пузыря. На основе полученных результатов построена карта режимов всплытия, связывающая характер движения с величиной перегрева жидкости около поверхности парового пузырька.

27 мая 2026 г. исполнилось 95 лет со дня рождения Яна Зенгерса (Jan Sengers) - классика теплофизики около- и сверхкритических флюидов, автора утонченных опы- тов по измерению теплопроводности двуокиси углерода в окрестности критической точки. Результаты проведенных исследований легли в основу его диссертации(Ph.D. thesis, Van der Waals Laboratory, University of Amsterdam, 1962).