Главная – Журналы – Поиск по журналам

Выполнено экспериментальное исследование влияния радиуса притупления передней кромки пластины на отклик пограничного слоя при воздействии N-волны при числе Маха 2. В экспериментах использовалось три модели плоских пластин с радиусами притупления передней кромки r = 0,05, 0,5, 2,5 мм. Возмущения в набегающем потоке создавались с помощью генератора на боковой стенке рабочей части аэродинамической трубы Т-325 ИТПМ СО РАН. Получено, что в набегающем потоке за N-волной имеется протяженная область повышенного уровня пульсаций, в спектре которых амплитуда увеличивается как в низкочастотной, так и в высокочастотной частях по сравнению со случаем невозмущенного свободного потока. В условиях экспериментов показано, что порождаемая N-волной неоднородность течения может оказывать большее влияние на ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое плоской пластины при увеличении радиуса притупления передней кромки.

На основе численного решения уравнений Навье-Стокса исследуется развитие неустойчивостей в сверхзвуковых изобарических струях, истекающих из сопел квадратного и прямоугольного сечений в спутный поток. Моделирование проводится при различных значениях чисел Маха струи и спутного потока. Результаты численных расчетов позволяют выявить качественные и количественные различия в развитии неустойчивости в случаях со сверхзвуковым и дозвуковым спутным потоком, а также характерные особенности течения для прямоугольных струй.

Представленная работа является продолжением цикла исследований авторов, направленных на изучение закономерностей горения жидких углеводородов в условиях подачи пара применительно к разработке низкоэмиссионных горелочных устройств. При численном моделировании горения дизельного топлива в качестве однокомпонентного аналога используется н-гептан (формула C₇H₁₆). Для верификации полученных результатов необходимы достоверные экспериментальные данные. В настоящей работе впервые экспериментально исследованы показатели горения н-гептана при распыле перегретым водяным паром в новом лабораторном атмосферном горелочном устройстве c принудительной подачей воздуха в камеру газогенерации. Проводится сопоставление результатов расчетов с данными по дизельному топливу. Выполненное сравнение показывает, что характер зависимостей газовых компонент внутри факела для дизеля и гептана отличается. Это связано в первую очередь с разной плотностью, вязкостью топлив, их воспламеняемостью и скоростью горения (зависящей, в том числе от принудительной подачи воздуха (окислителя)). При этом количественное сравнение показывает, что на границе факела значения газовых компонент довольно близки друг к другу. На состав конечных продуктов горения бóльшее влияние оказывает комплекс протекающих физико-химических процессов в присутствии пара (газификация, расщепление углеводородов, разбавление горючей смеси, образование активных радикалов OH), чем свойства топлива. Показано, что при сжигании н-гептана с распылением паровой струей сохраняются все основные особенности, характерные для горения дизеля с подачей водяного пара. Обеспечивается высокая полнота сгорания топлива и низкий уровень токсичных выбросов в атмосферу, удовлетворяющий европейскому нормативу EN:267. С увеличением доли пара в горючей смеси сохраняется тенденция к снижению CO и NO_x . Управление расходом воздуха в камере газогенерации горелки позволяет дополнительно регулировать уровень токсичных продуктов сгорания в атмосферу. Динамика зависимостей выбросов CO и NO_x повторяется для гептана и дизеля с некоторыми локальными отличиями. Также в работе выполнен анализ корректности применимости н - гептана для задач численного моделирования горения дизеля в струе пара с указанными допущениями.

Впервые проведены экспериментальные исследования по влиянию горения водорода в сверхзвуковом (число Маха М_е= 2) пограничном слое плоской пластины на ламинарно-турбулентный переход. Получено, что при инжекции (из обтекаемой модели) и горении водорода в определенном подслое пограничного слоя происходит его частичная стабилизация. Этот результат соответствует расчетным данным С.А. Гапонова, которые показали, что теплоподвод в сверхзвуковой пограничный слой способен замедлять рост возмущений, то есть может оказывать стабилизирующее воздействие на пограничный слой. Однако в целом, по сравнению со случаем без горения, при совместных процессах инжекции водорода и горения происходит дестабилизация сверхзвукового пограничного слоя (то есть дестабилизирующее влияние вдува водорода преобладает над стабилизирующим влиянием теплоподвода в пограничный слой).

Численно исследуется влияние параметров боковой струи на горение углеводородного топлива в осесимметричном канале при числе Маха 1,7. Струя подается в импульсно-периодическом режиме. Решаются осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса, замыкаемые k-ε моделью турбулентности. Горение топлива моделировалось с помощью одной реакции. Показано, что температура газогенератора для струи слабо влияет на ударно-волновую структуру потока. Определяющую роль играет давление, под которым подается боковая струя. Получена околозвуковая структура потока.

Проведено численное исследование неподвижного (висячего) снаряда Тейлора по условиям эксперимента с применением нестационарной модели k - ω SST (shear stress transport) турбулентности. Выполнен анализ режимных параметров течения жидкости и газа перед снарядом, в пленке жидкости, в снаряде и за ним. Показано хорошее совпадение результатов эксперимента и расчета для трения в пленке жидкости, а также для формы носика снаряда и толщины пленки.

Построена эволюционная интегральная модель для расчета толщины и расхода жидкости в турбулентно-волновой пленке, движущейся под действием силы тяжести и касательного напряжения трения газового потока. При выводе уравнений модели используются условно осредненные уравнения Навье-Стокса с турбулентной вязкостью, появляющейся при осреднении по высокочастотной (турбулентной) составляющей поля скорости. Описание турбулентной вязкости было предложено автором ранее в виде формулы с кубическим законом затухания в вязком подслое, с линейным поведением вдали от стенки и с учетом демпфирования турбулентности вблизи свободной поверхности пленки. Для линейных волн малой амплитуды выведено дисперсионное уравнение, дающее при малых числах Рейнольдса результаты, согласующиеся с известными расчетами по ламинарной интегральной модели.

Представленное исследование направлено на улучшение тепловой эффективности пленочного охлаждения путем размещения отверстия в V-образной поперечной траншее. Для его проведения одна из стенок поперечной траншеи была модифицирована путем добавления V-образного угла величиной 25°, 75° и 115°. Три полученных новых конструкции сравнивались по эффективности пристенной завесы с поперечной траншеей и обычным цилиндрическим отверстием (базовый случай). Основные параметры пленочного охлаждения, такие как тепловая эффективность охлаждения и общая потеря давления, исследовались при трех значениях параметра вдува: М = 0,5, 1,0 и 2,0. Таким образом, было изучено пятнадцать случаев с использованием уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу, и замыкаемой RNG k-ε- моделью турбулентности. Получено хорошее совпадение результатов CFD-расчетов с экспериментальными данными для базового случая. Показано, что использование вдува через отверстия как в поперечной траншее, так и в V-образной, повышает эффективность пленочного охлаждения. Применение V-образной траншеи способствует уменьшению размера противовращающихся вихрей (CRV) и, следовательно, повышает эффективность пленочного охлаждения. Поперечная траншея типа V2 является наиболее предпочтительной для повышения эффективности пленочного охлаждения и снижения общих потерь давления.

Разработана двумерная математическая модель регенеративного теплообменника для системы вентиляции с периодическим изменением направления потока воздуха. Такая система позволяет значительно экономить тепловую энергию для обогрева жилого помещения в зимний период. Результаты расчетов по двумерной модели сопоставляются с расчетами по одномерной модели и с экспериментальными данными. Сформулировано определение энергетической эффективности в терминах снижения потери тепловой энергии. Показано, что эффективность регенеративного теплообменника может быть больше 90 %. Методом численного моделирования проведено параметрическое исследование и определено влияние рабочих и конструктивных параметров теплообменника на энергетическую эффективность его работы. В численных расчетах выявлена группа параметров, которые наиболее сильно влияют на энергетическую эффективность системы вентиляции, и даны рекомендации по их оптимизации.

Рассматривается влияние размера капель воды, температуры и скорости обтекаемой струи сухого воздуха на интенсивность испарения. С помощью систематических исследований с использованием тепловизора показано, что температура межфазной границы спонтанно меняется. Предполагается, что неравномерность температуры на поверхности обусловлена выходом нанопузырьков пара и может быть охарактеризована их скоростью истечения. Получены эмпирические закономерности интенсивности выхода пузырьков из капли как в зависимости от времени и диаметра, так и в критериальной форме.