С использованием скоростного метода лазерно-индуцированной флюоресценции, позволяющего с высоким пространственным и временным разрешением измерять толщину волновых пленок жидкости, исследован процесс распада уединенной двумерной волны на трехмерные волны в случае пленочного течения по вертикальной пластине. Показано, что возникающий после распада уединенной волны пакет трехмерных волн оказывает существенное возмущающее воздействие на стекающую пленку и приводит к образованию струй на ее поверхности.
С.В. Алексеенко, И.С. Ануфриев, М. С. Вигриянов Михаил Степанович, Е.П. Копьев, И.С. Садкин, О.В. Шарыпов
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, 630090, Россия aleks@itp.nsc.ru
Ключевые слова: горелочное устройство, мазут, перегретый водяной пар, состав продуктов сгорания, калориметрические измерения, burner, heavy fuel oil, superheated steam, composition of combustion products, calorimetric measurements
Страницы: 11-18
Проведен комплекс экспериментальных исследований по определению тепловых и экологических характеристик процесса сжигания мазута марки М-100 при его распылении струей перегретого водяного пара в лабораторном образце нового горелочного устройства. Предложена схема сжигания жидкого топлива, исключающая засорение узких топливных каналов форсунок и эффективная при сжигании высоковязкого топлива и отходов. Реализован процесс стабильного сжигания мазута в горелочном устройстве малой мощности (7 кВт) при малых значениях концентрации токсичных выбросов и больших значениях полноты сгорания топлива.
А.В. Черданцев1,2, Д.М. Маркович1,2 1Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, 630090, Россия cherdantsev@itp.nsc.ru 2Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Новосибирск, 630090, Россия dmark@itp.nsc.ru
Ключевые слова: дисперсно-кольцевое течение, волны возмущения, волны ряби, срыв капель, взаимодействие волн, полевые измерения толщины пленки жидкости, метод лазерно-индуцированной флюоресценции, annular dispersed flow, perturbation waves, fluctuation waves, entrainment of droplets, wave interaction, field measurements of liquid film thickness, laser-induced fluorescence
Страницы: 19-33
Исследована волновая структура пленки жидкости, обдуваемой высокоскоростным потоком газа, в условиях срыва капель с поверхности пленки. Проведен анализ существующих методов измерений локальной толщины пленки жидкости и обзор классических представлений о волновой гидродинамике дисперсно-кольцевого течения, полученных на ранних этапах исследований с помощью достаточно грубых методов. На основе анализа пространственно-временных записей значений толщины пленки с высоким разрешением, полученных методом лазерно-индуцированной флюоресценции, представлено систематическое описание структуры, эволюции и взаимодействия волн различного типа. Проведено сравнение полученных результатов с результатами современных экспериментов и показана необходимость пересмотра ряда классических представлений. Предложены направления дальнейших исследований.
А.А. Губайдуллин1,2, А.В. Пяткова1,3 1Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Тюмень, Россия annyakovenko@yandex.ru 2Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия 3Институт механики и машиностроения КазНЦ РАН, Казань, Республика Татарстан, Россия
Ключевые слова: акустическое течение, цилиндрическая полость, радиус полости, термические граничные условия, свободные колебания, средняя за период температура, acoustic streaming, cylindrical cavity, cavity radius, thermal boundary conditions, free oscillations, period average temperature
Страницы: 941-951
Численно исследовано акустическое течение в вибрирующей цилиндрической полости, заполненной воздухом. Рассмотрены случаи адиабатических и изотермических граничных условий, а также случай, когда на торцах полости заданы адиабатические граничные условия, а на боковой поверхности ¾ изотермические граничные условия. Установлено значение радиуса полости, при котором осевая составляющая скорости акустического течения максимальна. Описано влияние радиуса полости и граничных условий на её торцах на свободные колебания в начальной стадии процесса, среднюю за период температуру и картину акустического течения.
На основе созданной математической модели исследуется гидродинамика ротационного биологического реактора для выращивания костной ткани по технологии in vitro . Цель работы ¾ определение оптимального режима вращения биологического реактора, обеспечивающего циклическое силовое воздействие жидкости на заселенный клетками биоматериал. За основу для создания математической модели биологического реактора выбран используемый в исследовательской практике ротационный биологический реактор, течение жидкости в котором генерируется за счет вязкости при вращении поверхности. Для математического описания течения в полости реактора привлекалась система уравнений Навье-Стокса. Режим течения в пограничном слое постулировался ламинарным. В вычислительном алгоритме используется газодинамический решатель «Fluent» пакета прикладных программ ANSYS-12. Рассмотрено четыре варианта генерации вращательного движения жидкости в полости реактора. Выполнена серия параметрических расчетов по частоте вращения f в диапазоне 0,05 £ f £ 0,25 Гц. Приведена визуализация полей скорости в меридиональной плоскости. В рабочей зоне реактора представлены и проанализированы локальные распределения на поверхности касательного напряжения и давления. Расчеты показали, что способ генерации движения жидкости путем вращения внешнего цилиндра со смещенной осью вращения лучше всего подходит для создания циклической по давлению и касательному напряжению нагрузки на биологический материал.
Т.Х. Салихов1, Ф. Рахими2, А. Махмалатиф1, Д.М. Шарифов3 1НИИ Таджикского национального университета, Душанбе, Республика Таджикистан tsalikhov@mail.ru 2Президиум АН Республики Таджикистан, Душанбе, Республика Таджикистан 3Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилёва, Нур-Султан, Республика Казахстан
Ключевые слова: температурное поле, фотоакустика, тепловая нелинейность, температурная зависимость оптического коэффициента поглощения, temperature field, photoacoustics, thermal nonlinearity, temperature dependence of optical absorption coefficient
Страницы: 963-968
Получены выражения, описывающие особенности формирования температурного поля в фотоакустической камере с учетом температурной зависимости не только теплофизических параметров всех слоев и поглощательной способности, но и оптического коэффициента поглощения образца. Выведена система нелинейных алгебраических уравнений для определения зависимости температур освещаемого слоя образца и его обратной стороны от интенсивности падающего луча. В результате численного решения этой системы получены нелинейные зависимости температур обоих сторон образца от интенсивности луча. Обнаружено, что знак термического коэффициента температурной зависимости оптического коэффициента поглощения существенно влияет на характер зависимостей приращения температур облучаемой поверхности и тыловой стороны образца от интенсивности. Также показана существенная роль подложки на формирование поля температур в фотоакустической камере.
Экспериментально исследован тепловой аккумулятор, использующий скрытую теплоту фазового перехода «твердое тело-жидкость». Для интенсификации теплообмена в его конструкции использованы гипертеплопроводящие пластины. В ходе экспериментов измерялись значения температуры и изменялся объем рабочего вещества (гексадекана). Проведен анализ теплового баланса и фазовых превращений в объеме теплового аккумулятора. Подтверждена работоспособность рассматриваемой конструкции теплового акуумулятора и высокая теплораспределяющая способность гипертеплопроводящих пластин.
В.Е. Мессерле1,2,3, А.С. Аскарова1,2, С.А. Болегенова1,2, П. Шафарик4, В.Ю. Максимов1, С.А. Болегенова2, А.О. Нугыманова1 1Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан nugymanova.aizhana@gmail.com 2НИИ экспериментальной и теоретической физики, Алматы, Казахстан 3Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия 4Чешский технический университет в Праге, Прага, Чехия
Ключевые слова: численное моделирование, тепломассоперенос, скоростные, температурные и концентрационные поля, плазменно-топливные системы, термохимическая активация, numerical modeling, heat and mass transfer, velocity, temperature and concentration fields, plasma-fuel systems, thermochemical activation
Страницы: 977-989
В статье приведены результаты численных исследований влияния термохимической активации пылеугольных потоков на процессы тепломассопереноса, происходящие в областях реальной геометрии (камеры сгорания) при сжигании в них энергетического топлива. Получены аэродинамическая картина течения, скоростные, температурные и концентрационные поля, анализ которых позволяет сделать вывод о том, что плазменная активация топлива повышает эффективность его сжигания и снижает выбросы вредных веществ в атмосферу.
В работе описана схема экспериментальной установки для плазменной газификации органических отходов с дискретной подачей их в узел загрузки. Приведены экспериментальные результаты определения процентного состава синтез-газа и его калорийности в зависимости от времени для газификации древесных опилок и полиэтиленовых гранул. Проведен расчет зависимости количества метана в составе синтез-газа от температуры и расхода кислорода. Показано, что при подаче отходов отдельными порциями значительно изменяется во времени состав, выход синтез-газа и его калорийность.