Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2016 номер 5

В статье приведены данные по влиянию шероховатости затупленной носовой части конуса на положение ламинарно-турбулентного перехода. Исследования выполнялись при числе Маха 5,95. Получено, что положение шероховатости играет существенную роль в процессе перехода, обнаружены критические числа Рейнольдса, при которых ламинарно-турбулентный переход происходит на носке модели. Впервые обнаружен гистерезис положения перехода.

Перестройка нестационарной отрывной картины низкоскоростного обтекания воздухом полукругового профиля при его нулевом угле атаки со смещением точки отрыва к задней кромке возникает при размещении на тыльной стороне профиля вихревой ячейки со щелевым отсосом и выбросом в ближний след. Диаметр ячейки составляет 0,2 хорды, а перепад давления на вентиляторе в системе отсоса равняется удвоенному скоростному напору. При этом кардинально изменяются интегральные силовые характеристики: подъемная сила из ультранизкой отрицательной становится положительной, а лобовое сопротивление уменьшается вдвое. Статическое давление падает в два-три раза на верхней дужке и повышается вдвое на нижней, причем уровень пульсаций давления понижается более, чем на порядок величины.

Рассматривается методика построения сверхзвуковых кольцевых воздухозаборников с изоэнтропическими поверхностями торможения. В качестве базовой конфигурации воздухозаборника используется контур изоэнтропического сверхзвукового сопла, построенный методом характеристик для течения невязкого газа с заданными равномерными параметрами на входе и выходе. При помощи численных методов рассчитывается обращенное течение вязкого газа в рассматриваемом контуре и определяются реальные рабочие характеристики полученного воздухозаборника фиксированной геометрии в диапазоне условий его применения. В процессе расчетов подбираются размеры минимального сечения, обеспечивающие запуск воздухозаборника без выбитой головной волны на входе.

С помощью цифровой трассерной визуализации изучено затухание дальнего следа и его турбулентных пульсаций за двумя тонкими дисками одинакового диаметра D, ориентированными перпендикулярно набегающему потоку. Экспериментальное исследование выполнено в водяном канале (Re ≈ 2·10⁵) при варьировании расстояния между дисками (L_х = 4-8 D) и сдвига их осей между собой (0, 0,5D и 1D ). Выяснилось, что дефицит скорости за двумя дисками слабо зависит от L_x, а при L_х > 40D для всех случаев становится неразличимым от уровня турбулентных пульсаций набегающего потока. Установлено, что затухание дефицита средней скорости и его турбулентных пульсаций в следе за тандемом дисков можно описать аналогичной аналитической зависимостью с показателем степени -2/3, как и для затухания следа за одиночным диском. Однако на одинаковом удалении вниз по потоку величина дефицита за двумя дисками существенно превышает соответствующее значение за одиночным диском. Пульсации скорости в дальнем следе за парой дисков также слабо зависят от продольного размера L_x, но в тоже время, в отличие от дефицита скорости их уровень не сильно отличается от уровня пульсаций за одиночным диском.

Выполнен численный анализ вырождения закрученного турбулентного следа за самодвижущимся телом. Показано, что начиная с расстояний порядка 100 диаметров от тела течение становится практически бессдвиговым. Построена упрощенная математическая модель дальнего закрученного следа за самодвижущимся телом.

Представлены результаты численного моделирования турбулентной структуры проникающей конвекции над городским островом тепла малого относительного удлинения в устойчиво стратифицированной покоящейся среде. Использованы представления градиентной диффузии для турбулентных потоков импульса и тепла, зависящие от трех параметров ¾ кинетической энергии турбулентности, скорости ее спектрального расходования и дисперсии температурных флуктуаций. Эти параметры находятся из замкнутых дифференциальных уравнений баланса в RANS-приближении описания турбулентности. Распределения осредненных полей скорости и температуры, а также турбулентных характеристик хорошо согласуются с данными экспериментальных измерений.

Представлены результаты численного моделирования структуры полидисперсного неизотермического пузырькового турбулентного течения и теплообмена за внезапным расширением трубы. Исследование выполнено при изменении начального диаметра воздушных пузырьков в диапазоне d_m1 = 1-5 мм и их объемного расходного газосодержания β = 0-10 %. Мелкие пузырьки присутствуют практически по всему сечению трубы, тогда как крупные проходят в основном только через ядро течения и сдвиговый слой смешения. Увеличение размера дисперсной фазы вызывает рост турбулентности в жидкой фазе за счет турбулизации течения при отрывном обтекании жидкостью крупных пузырьков. Добавление воздушных пузырьков вызывает значительное уменьшение длины отрывной зоны и возрастание теплообмена, причем эти эффекты возрастают с ростом размера пузырьков и их количества.

Существуют различные способы стыковки работы турбокомпрессора с двигателем, и турбина с измеряемой геометрией является наиболее привлекательным методом, позволяющим спроектировать турбину экономичной, с высокой эффективностью и мощностью в широком диапазоне условий работы. Эти проектные ограничения накладываются для того, чтобы снизить тепловую нагрузку и улучшить тепловой КПД двигателя. В статье представлен оригинальный метод проектирования лопаток с регулируемым соплом для комбинированных турбин, разработанных в результате предыдущих экспериментальных и численных исследований. Оценка нового устройства проведена с помощью численного моделирования в широком диапазоне скоростей вращения, отношений давлений и разных углах наклона лопаток. Расчет сжимаемого турбулентного стационарного течения осуществлен с использованием пакета программ ANSYS CFX. Численные данные хорошо согласуются с экспериментальными для бессопловой конфигурации. Результаты показывают, что в случае регулируемых сопел рабочие характеристики турбины существенно улучшаются при низких оборотах.

Представлены результаты численного моделирования пленочного (завесного) охлаждения модели входной кромки лопатки турбины при подаче охладителя через ряды цилиндрических отверстий, размещенных в полусферических углублениях и траншеях, при изменении параметра вдува от 0,5 до 2,0. Размеры расчетной модели и исходные данные приняты характерными для лопатки турбины высокого давления высокотемпературного газотурбинного двигателя. Моделирование выполнено с помощью программного комплекса ANSYS CFX. Проведен сравнительный анализ полученных результатов с базовым вариантом (без углублений) как на участке входной кромки, так и на плоской поверхности за ним.

В статье рассматривается численное моделирование построения новых конфигураций для эффективного пленочного охлаждения, в частности для зоны переднего края лопатки между перфорационными отверстиями, где охлаждение особенно важно. Предложенные конфигурации, основанные на тангенциальной щели вдува и адаптированные к зоне переднего края асимметричной лопатки, сравнивались с конфигурацией щели с постоянной шириной. Были разработаны и численно протестированы три альтернативные конфигурации для нахождения той, у которой самая высокая эффективность пленочного охлаждения. Моделирование проводилось при стабильном отношении плотностей, составлявшим 1,0, и параметре вдува, равном 0,7. Для оценки покрытия лопатки охлаждающей газовой пленкой вводился новый параметр - Rc. Численное моделирование показало, что все три предложенные конфигурации обеспечивают лучшую тепловую защиту из-за большего покрытия охлаждающей пленкой, чем для исходного случая. Уровень усиления охлаждения превышает 34 %, при некотором преимуществе для случая 1. На спинке лопатки использование тангенциальных щелей представляет особый интерес, когда величина разрешенной адиабатической эффективности находится в интервале от 0,3 до 0,5.

В работе представлены экспериментальные результаты по изучению образования покрытия при холодном газодинамическом напылении за маской с поперечным размером 0,3-1 мм, расположенной на различных расстояниях от подложки. Получены образцы покрытий и измерены их профили в окрестности затененной области на поверхности преграды. На примере напыления порошков алюминия и меди показано, что для получения четкой зоны без покрытия маска должна располагаться на расстоянии от подложки менее предельного, определяемого параметрами напыления. Наиболее четкая граница маскированной зоны получается при минимальном расстоянии установки маски, которое зависит, в первую очередь, от толщины покрытия. В зависимости от параметров напыления с увеличением дистанции установки маски может наблюдаться как монотонное уменьшение ширины маскированной зоны, так и ее увеличение на некоторых дистанциях. Экспериментальные данные могут быть обобщены нормировкой на поперечный размер маски при прочих равных условиях.

Проведено исследование сорбционных характеристик композитного сорбента, созданного на основе псевдобемита и синтетических микросфер из натрийборсиликатного стекла, с целью применения сорбента в мембранно-сорбционных технологиях выделения гелия из природного газа с его одновременной осушкой. Экспериментально показана проницаемость исследуемого композитного сорбента по отношению к гелию и непроницаемость его для воздуха и метана. В условиях эксперимента значение абсолютной влажности газовой смеси после прохождения через сорбент было снижено с 21,1 до 0,013 г/м³. Показано, что темпы поглощения гелия композитным сорбентом увеличились почти на два порядка по сравнению с исходными микросферами. Установлено, что степень насыщения композитного сорбента парами воды практически не оказывает влияния на темпы поглощения гелия. Показана принципиальная возможность оптимального использования данного композитного сорбента путем совмещения процессов осушки природного газа от водяных паров и извлечения из него гелия, что может позволить сократить технологическую схему предварительной подготовки природного газа.

Приведено обоснование актуальности применения методов рекуперации энергии отработавших газов. Описан принцип работы термоэлектрического генератора, предложен вариант его конструкции, а также проведено сравнение эффективности различных конструктивных методов интенсификации теплообмена. Конструкции сравниваются с базовой конфигурацией без интенсификаторов теплообмена по отношению коэффициентов газодинамического сопротивления ξ/ξ₀ и отношению безразмерных критериев Nu/Nu₀. По результатам сравнительного анализа сделаны выводы о применимости методов интенсификации теплообмена в конструкции термоэлектрогенераторов для транспортных средств различного назначения.

В статье приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований получения высокотемпературных силикатных расплавов с использованием энергии низкотемпературной плазмы в принципиально новой установке. Разработана и численно реализована математическая модель нестационарных режимов конвективного тепломассопереноса в предположении неньютоновского характера движения среды в объеме плавильной печи при плазмохимическом синтезе высокотемпературных силикатных расплавов. Проведены эксперименты по плавлению силикатсодержащих материалов с использованием энергии низкотемпературной плазмы. Экспериментальным путем установлены зависимости для динамического коэффициента вязкости различных силикатных материалов (базальт, зола, отходы горючих сланцев).

Исследованы электрические и тепловые характеристики плазменно-резистивной печи в зоне сушки при утилизации техногенных отходов. Получены зависимости выделения мощности в зоне сушки при различных удельных электросопротивлениях шихты. Показано, что введение дополнительного резистивного нагрева в зоне сушки снижает нагрузку на плазмотрон, увеличивая ресурс работы электродов.

В работе представлены экспериментальные данные по изучению ламинарно-турбулентного перехода при течении наножидкостей в трубе. Показано, что переход в течениях таких жидкостей наблюдается при меньших числах Рейнольдса, чем в базовой жидкости. Степень дестабилизации течения растет с увеличением концентрации наночастиц и уменьшением их размера. С другой стороны, в турбулентном режиме течения наличие частиц в потоке приводит к подавлению мелкомасштабных турбулентных пульсаций. Приводятся корреляции измеренных коэффициентов вязкости рассмотренных наножидкостей.

Рассматривается применение метода взвешенных невязок для расчета теплопереноса в движущихся тонких пленках жидкости. В качестве примера решена задача о пленке, движущейся под действием газового потока по нагреваемой горизонтальной стенке. Получено хорошее совпадение с численным решением задачи конечно-разностным методом.

На основе вариантного численного трехмерного моделирования аэродинамики и топочных процессов при факельном сжигании бурого угля Канско-Ачинского бассейна в усовершенствованной вихревой топке с дополнительным нижним дутьем проведен анализ интегральных показателей этой топки для ряда режимов в зависимости от тонины помола и от расхода угля, установлен предпочтительный режим работы топки.

7 августа 2016 года исполнилось 70 лет известному ученому, специалисту в области динамики вязкого газа, доктору физико-математических наук профессору Анатолию Александровичу Маслову.

8 сентября 2016 года исполнилось 50 лет известному ученому, исследователю в области высокоскоростной аэрогазодинамики и экспериментальных методов исследования газовых потоков, доктору физико-математических наук, член-корреспонденту Российской академии наук Александру Николаевичу Шиплюку.

13 августа 2016 года ушел из жизни выдающийся ученый в области механики жидкости и газа, доктор технических наук, заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии Совета Министров СССР, премии имени профессора Н.Е. Жуковского, профессор, заместитель главного редактора нашего журнала Анатолий Михайлович Харитонов.