Главная – Журналы – Поиск по журналам

Исследована динамика изменения температуры поверхности капли воды, лежащей на структурированной подложке из черного кремния, нагретой до 90 ℃. Проанализированы свойства смачивания черного кремния при нагреве подложки в диапазоне температур 30 - 90 ℃. Посредством тепловизионного исследования определено, что при температурах, близких к температуре кипения на границе жидкость - черный кремний, формируются центры парообразования. Исследована динамика изменения температуры на поверхности тонкой капли жидкости на последних стадиях испарения, в том числе при образовании и дальнейшем развитии зародышей пузырей внутри капли. Показано, что наличие конвекции и пузырей приводит к неоднородности поля температур.

Представленное исследование направлено на повышение экологической эффективности путем установления зависимости параметров оптимального горения жидких углеводородных топлив (дизельное топливо, сырая нефть, мазут, керосин, отработанное масло) от их физических свойств при использовании парового распыла перегретым паром. Методология включает построение режимных карт концентрации CO с аппроксимацией радиально-базисными функциями и сглаживанием медианным фильтром. В ходе исследования установлена статистически значимая линейная зависимость между угловыми коэффициентами уравнений оптимального режима и числом Лапласа (r = 0.834, R² = 0.7). На основе полученных зависимостей предложено уравнение для расчета оптимального расхода перегретого водяного пара в зависимости от числа Лапласа для оптимального режима горения жидких углеводородных топлив в атмосферном горелочном устройстве с паровым распылом и камерой газогенерации для снижения эмиссии вредных веществ.

Разработана, изготовлена и исследована установка получения водорода из метана путем его пиролиза. Нагрев и пиролиз метана выполняется за счет сжигания части метано-водородной смеси (60 % водорода и 40 % метана), получаемой в процессе пиролиза (расход на собственные нужды). Выполнен тепловой расчет установки с учетом теплоты, затрачиваемой на пиролиз, а также потерь через тепловую изоляцию и с уходящими газами. Определены тепловая мощность установки и ее коэффициент полезного действия. Использование метано-водородной смеси в качестве топлива позволяет снизить выбросы CO₂ в окружающую среду по сравнению с известными методами получения водорода.

С помощью интегрального метода теплового баланса получены аналитические решения задач формирования динамического и теплового пограничных слоев в реакторе пиролиза (термического разложения) метана при переменных в пределах этих слоев значениях вязкости и температуропроводности. Показано, что на внутренней поверхности стенки металлического реактора, нагретой до температуры 1000 °С, вследствие высокой вязкости и температуропроводности образуется слой неподвижного газа, имеющего такую же температуру, что и стенка. Изотахи и изотермы в указанном слое расположены перпендикулярно поверхности стенки. Формирование пограничных слоев в этом случае происходит на некотором расстоянии от стенки, в пределах которого скорость практически равна нулю, а температура равна температуре стенки, значительно превышающей температуру газа за пределами пограничных слоев. В пристеночном слое неподвижного газа при высокой температуре происходит интенсивное образование углерода (пиролизного графита), отлагающегося на стенках реактора, вплоть до полного зауглероживания проходного сечения последнего и останова процесса пиролиза.

Для создания эффективного микроканального реактора по производству водорода выполнено экспериментальное исследование паровой конверсии монооксида углерода в щелевом кольцевом канале. Микроканальный реактор образован зазором субмиллиметрового размера между двумя цилиндрами, при этом на внешнюю сторону внутреннего цилиндра нанесен катализатор. В качестве катализатора использовалась платина, нанесенная на оксид церия. Экспериментально исследовались тепловые характеристики реакции сдвига с образованием диоксида углерода и водорода. Опыты выполнялись при соотношении водяной пар - монооксид углерода 3:1 при разных расходах смеси. Показано, что четырехкратное увеличение расхода смеси приводит к существенному росту перепада температур между входом и выходом реактора, вызванному тепловыделением реакции (с ΔT ≈ 20 °С при времени контакта 189 мс до 80 °С при времени контакта 46 мс). Анализ состава выходящего газа показал, что с увеличением расхода смеси существенно снижается степень конверсии монооксида углерода.

В работе представлено прямое численное моделирование ламинарного пламени предварительно перемешанной метановоздушной смеси с использованием детального кинетического механизма. В ходе исследования численный модуль laminarSMOKE дополнился решением задачи сопряженного теплообмена между пламенем и стенками сопла. Влияние изменения изотермического граничного условия на стенке сопла на условие сопряженного теплообмена привело к увеличению температуры передней кромки сопла, уменьшению градиента плотности потока вблизи границы сопла и снижению амплитуды низкочастотных пульсаций фронта пламени, вызванных эффектами плавучести.

Рассмотрение переходных процессов в экспериментальных зависимостях угла тангажа от времени при свободном вращательном движении тела позволило обнаружить конечные участки с постоянной амплитудой колебаний - квазиавтоколебания. На основе статистического анализа показано, что наиболее вероятная минимальная разница между амплитудами автоколебаний, включая квазиавтоколебания, при приведенной частоте колебаний 0.02 близка к 1 градусу.

Исследование суперкавитационных полостей проводилось в щелевом канале с расположенном в нем теле крыловой формы. Угол атаки крыла составлял 21°. Исследования динамики трассирования плоских ка-витационных пузырей проводились с использованием высокоскоростной камеры. Методами алгоритмической диагностики двухфазного потока детектировались размеры пузырей, их скорость перемещения, направление движения и пространственное распределение. Показано, что существует три типа суперкавитационных полостей, возникающих в щелевых каналах: прозрачная пульсирующая кавитационная полость с периодическим вихреобразованием в месте ее замыкания; пар и пароводяная смесь, сосуществующая внутри полости; полость, полностью заполненная жидкостью с трассирующими внутри парогазовыми пузырями. Определено, что движение пузырьков внутрь суперкавитационной полости происходит от границ каверны к центру, их дальнейшему перемещению к передней части полости и слиянию с ней. Максимальная скорость перемещения пузырей составляет половину скорости набегающего потока.

Подробно рассмотрено формирование и развитие вихревой системы, возникающей при срыве сверхзвукового потока воздуха на ребре двугранной модели с углом раскрытия ее граней 270°. Появление срывного вихря над боковой гранью четко фиксируется на угле атаки α = 1º. Уже при α ∽ 2º под срывным вихрем вблизи ребра угловой конфигурации возникает отрыв пограничного слоя. С ростом перепада давления между верхней и боковой гранями модели размеры этого отрывного течения увеличиваются и при α = 3.7º появляется новое вихревое образование (вторичный вихрь). На угле атаки α = 8º четко фиксируется наличие третичного вихря, расположенного над вторичным вихрем, который практически не влияет на распределение давления и поведение предельных линий тока на боковой грани. На этом же угле α наблюдаются повторные отрывы тонких пограничных слоев вблизи ребра угловой конфигурации и под увеличившимся вторичным вихрем. В диапазоне углов атаки α = 8º - 24º размеры указанных локальных отрывов пограничного слоя изменяются мало. Показано, что на основе анализа картин предельных линий тока и распределения давления на поверхности практически невозможно выявить истинную пространственную структуру сложных вихревых систем без привлечения дополнительных данных.

Представлены теоретические модели аэротермохимического взаимодействия между поверхностью обтекания и диссоциированным воздухом для случая горения и сублимации в окрестности передней критической точки затупленного тела. Проведено обобщение методов и результатов исследований с целью получения решения на основе метода подобия для случая горения и сублимации на примере графита в произвольном сечении конуса, сферы, клина, цилиндра, пластины и затупленного по сфере конуса при ламинарном режиме течения с большими числами Рейнольдса. Для различных геометрических форм в широком диапазоне условий гиперзвукового обтекания представлены вычисления потока массы, теплового потока и коэффициента сопротивления трения, результаты которых связываются универсальными зависимостями, выраженными через энтальпию торможения, давление, градиент скорости, параметр градиента давления и температуру поверхности.