Главная – Журналы – Поиск по журналам

В статье приводятся результаты численных расчетов высокоскоростных турбулентных течений воздуха в плоском канале переменного сечения с резким расширением с учетом сопряженного теплообмена с медными пластинами, моделирующими чувствительные элементы датчиков тепловых потоков. Расчеты выполнены для условий высокоэнтальпийной аэродинамической установки импульсного типа, особенностями которой являются короткая длительность рабочего режима и нестационарные «падающие» условия на входе в модельный канал. При различных числах Маха на входе в модельный канал проанализирована волновая структура сверхзвукового течения, которая оказывает влияние на тепловые потоки на стенках. Выполнена валидация расчетного алгоритма на экспериментальных данных о прогреве чувствительных элементов датчиков тепловых потоков для нестационарных входных условий на входе в канал. Численно исследовано влияние числа Маха, статических параметров и параметров торможения на скорость прогрева чувствительных элементов, расположенных в различных частях канала. Проведено сравнение тепловых потоков, полученных в расчетах при постоянных и «падающих» условиях на входе в канал. Показано, что для повышения точности моделирования тепловых потоков необходимо учитывать интенсивность пульсаций параметров потока и их изменение по длине канала.

Тепловыделяющие сборки с плотной упаковкой перспективны с точки зрения повышения коэффициента конверсии и теплоотдачи в малых модульных реакторах. Основной особенностью течения в плотных упаковках является формирование квазипериодических крупномасштабных пульсаций скорости в зазоре между ТВЭЛами, которые приводят к усилению перемешивания между подканалами и сильно увеличивают теплообмен между твэлами и теплоносителем. Появление крупномасштабных пульсаций напрямую связано с отношением шага к диаметру (P/D) пучка стержней и числом Рейнольдса (Re). В настоящей работе при помощи метода PIV с высоким временным разрешением экспериментально исследуется нестационарная структура течения в зазоре между плоской стенкой и тремя стержнями с относительным шагом P/D = 1,077. Представлены осредненные, в том числе трехмерные, характеристики течения. Исследовано влияние числа Re на колебания потока в зазоре. При помощи метода POD проведен анализ пространственных наиболее энергетических мод течения. Полученные результаты указывают на наличие нескольких бегущих волн, распространяющихся по потоку. Обнаружена модуляция колебаний потока в зазоре. Результаты исследования хорошо согласуются с результатами других авторов.

Турбулентные течения в плоском диффузоре характеризуются наличием в профилях пульсаций продольной скорости двух локальных максимумов. В работе выполнено экспериментальное исследование механизма формирования турбулентной структуры потока в плоском диффузоре. С этой целью проведены измерения параметров кинематической структуры течения в диффузоре с углом раскрытия 2,5°. С применением оптического метода измерений получены профили скоростей и турбулентных характеристик потока в характерных сечениях канала, на основе которых выявлены вторичные течения в диффузоре. Предложена физическая модель формирования турбулентной структуры потока. В рамках нее наличие высокой степени турбулентных пульсаций вдали от стенки увязывается с конвекцией турбулентности из пристеночной области в ядро потока вторичным течением в виде усредненного спирального движения среды в плоском диффузоре.

В работе представлен метод молекулярного моделирования коэффициентов переноса жидкостей, являющийся альтернативой методу молекулярной динамики. Коэффициенты переноса определяются с помощью флуктуационно-диссипационных теорем. Динамика молекул рассчитывается стохастически, причем межмолекулярные силы задаются с помощью созданной базы данных межмолекулярных сил. Построена функция распределения межмолекулярных сил и получена формула для ее аналитической аппроксимации. Эффективность метода продемонстрирована на примере расчета коэффициентов вязкости и теплопроводности жидких аргона и бензола. Полученные данные сопоставлены с данными экспериментов и молекулярно-динамического моделирования, установлено их хорошее согласование. Показано, что при сопоставимой точности моделирования развиваемый метод оказывается существенно более экономичным по времени по сравнению с методом молекулярной динамики.

Выполнено экспериментальное исследование сверхзвуковых газожидкостных струй коаксиальной форсунки при высокой концентрации жидкости. Использовался комплекс оптической диагностики газокапельных потоков: методы визуализации и PIV (particle image velocimetry), лазерный доплеровский анемометр и прибор Malvern Spraytec для изучения дисперсного состава спрея. Исследования показали, что профили скорости и концентрации капель с ростом расхода меняются: за головным скачком появляется протяженная зона с малыми скоростями капель, концентрация при этом уменьшается значительно медленнее, чем при низких расходах. Малый рост энергии струи при расходах жидкости свыше 100 л/ч и заметное увеличение размеров капель свидетельствуют об исчерпании возможностей струи газа по разрушению жидкости на указанных режимах.

Проведено экспериментальное исследование динамики парового пузырька, всплывающего в кольцевом канале при субатмосферном давлении. Образование парового пузыря происходит после вскипания перегретой дегазированной жидкости в кольцевом канале, состоящем из двух стеклянных трубок диаметрами 25 и 16 мм. Исследование показало, что динамика паровой полости при всплытии парового пузырька в кольцевом канале имеет качественное отличие от динамики указанного газового пузырька и при этом демонстрирует много общего с динамикой парового пузырька Тейлора, всплывающего в круглой трубке малого диаметра. Одной из особенностей поведения паровой полости в кольцевом канале является то, что в пульсационном режиме на стадии схлопывания паровая полость может распадаться на несколько частей.

Проведено исследование отражения гидравлических прыжков на мелкой воде. Получены теоретические критерии перехода между регулярным и маховским отражениями, показано существование области углов падения, в которой возможны оба типа отражения. При численном моделировании наблюдался согласующийся с теоретическими предсказаниями гистерезис перехода. Показано, что гистерезис может быть получен при плавном изменении как угла клина, генерирующего гидравлический прыжок, так и числа Фруда набегающего потока.

В работе исследуется переход от кинетического к диффузионному горению с применением оптических методов диагностики. Получены экспериментальные данные о полях температуры, составе и скорости движения газа вблизи передней кромки пламени водорода, истекающего из щели 2×20 мм в воздух. Методом балансов в уравнениях переноса энергии, импульса и вещества получено распределение скорости образования продуктов сгорания, интенсивности тепловыделения и давления. Показано, что при переходе к диффузионному горению тепловыделение по длине пламени снижается медленней, чем скорость образования воды.

В приближении Дана - Линя - Алексеева и при постоянных числах Прандтля и Шмидта сформулирована задача гидродинамической устойчивости пограничного слоя с диффузионным горением, которая сводится к решению системы обыкновенных дифференциальных уравнений десятого порядка с однородными граничными условиями. При числах Льюиса, равных единице, она может быть понижена до восьмого порядка. В невязком приближении задача устойчивости сводится к интегрированию одного дифференциального уравнения второго порядка. На основе полученных уравнений устойчивости и расчетов стационарных параметров течения прямым численным моделированием впервые исследована устойчивость сверхзвукового пограничного слоя с диффузионным горением на проницаемой пластине с подачей водорода через ее поры. При числе Маха M = 2 с помощью расчетов установлена возможность стабилизации течения пламенем. Показано, что в рамках невязкой теории устойчивости могут быть получены достаточно надежные данные о максимальных степенях роста возмущений.

21 июня 2023 года на 76-м году ушел из жизни Зинфер Ришатович Исмагилов, академик РАН, Заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат премии имени В. А. Коптюга и международной премии “Глобальная энергия”, всемирно известный ученый в области углехимии, углеродных материалов и гетерогенного катализа, научный руководитель Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН. В 2011 году академик З. Р. Исмагилов стал инициатором симпозиума “Углехимия и экология Кузбасса” и бессменным председателем оргкомитета симпозиума, который в этом году двенадцатый раз подряд собрал ученых из многих городов России и других стран. По инициативе Зинфера Ришатовича в этом году XII Международный российско-казахстанский симпозиум “Углехимия и экология Кузбасса” вошел в общую программу церемонии объявления лауреатов Международной премии “Глобальная энергия”.