Инженерно-физический журнал

ТОМ 97, №3

ТРЕХСЛОЙНАЯ ЗАДАЧА О ТЕПЛООБМЕНЕ В СРЕДЕ СО ВСТРЕЧНЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ
С использованием асимптотического метода показано, что трехслойная задача о сопряженном теплообмене в анизотропной среде со встречными течениями жидкости, сформулированная в нулевом приближении, эквивалентна аналогичной задаче, сформулированной с использованием закона Ньютона. Установлено, что в случае равномощных встречных течений в среде суммарный конвективный перенос тепла подавлен, а среда приобретает новые свойства, заключающиеся в возникновении теплового потока смешанной природы, величина которого определяется соотношением, схожим с законом теплопроводности Фурье. Это означает, что при наложении градиента температуры на трехслойную систему равномощных встречных течений в ней возникает тепловой поток, величина которого пропорциональна градиенту температуры, и который направлен в противоположном по отношению к нему направлении. Эффективный коэффициент теплопроводности среды, генерируемой в ней встречными течениями жидкости, разделенными неподвижным слоем, пропорционален квадрату скорости этих течений. Наличие неподвижного слоя среды между встречными течениями жидкости приводит к увеличению генерации тепла, поток которого намного превышает молекулярный поток даже при его низкой скорости. Процессы такого рода обеспечивают массообмен в живых организмах и их теплообмен с окружающей средой.
Автор: А. И. Филиппов
Ключевые слова: теплообмен, встречные течения, эффективный коэффициент теплопроводности, градиент температуры
Стр: 549

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА
Предложен общий подход к определению коэффициента полезного действия теплообменных аппаратов при различных схемах движения теплоносителей на основе учета их конечной равновесной температуры. Разработана методика расчета этой температуры для прямоточной схемы движения теплоносителей. Предложенный подход позволяет единообразно определять и корректно сравнивать между собой КПД теплообменных аппаратов при противотоке, прямотоке и перекрестном токе горячего и холодного теплоносителей. Приведены результаты расчета КПД теплообменных аппаратов с теплоносителями, применяемымив производстве сжиженного природного газа. Показано, что максимальная эффективность работы теплообменного аппарата достигается при испарении холодного теплоносителя (хладагента), характерном для процессов сжижения газов.
Автор: О. М. Соковнин
Ключевые слова: теплообменный аппарат, прямоток, противоток, перекрестный ток, коэффициент полезного действия, конечная равновесная температура
Стр: 559

ВЛИЯНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ РАДИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ НА ТЕПЛООБМЕН ЖИДКОСТИ В СФЕРИЧЕСКОМ СЛОЕ
Представлены результаты численного моделирования нестационарного теплообмена электропроводной жидкости в сферическом концентрическом слое при учете диссипации джоулевой теплоты. Исследовано влияние граничных условий для радиальной составляющей магнитной индукции на эволюцию теплообмена, гидродинамики, магнитной индукции и распределения чисел Нуссельта при малых значениях магнитного числа Рейнольдса. Определены значения магнитного числа Рейнольдса, при которых происходит изменение интенсивности теплообмена на поверхностях слоя жидкости
Автор: С. В. Соловьев
Ключевые слова: математическое моделирование, нестационарный теплообмен, магнитная гидродинамика, диссипация джоулевой теплоты, сферический слой
Стр: 566

ОХЛАЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ АЛЮМИНИЕВОГО КОЛЬЦЕВОГО ТЕРМОСИФОНА, СОДЕРЖАЩЕГО ДВА ИСПАРИТЕЛЯ И ОДИН КОНДЕНСАТОР
Представлены результаты исследований параметров нового плоского алюминиевого термосифона, испаритель которого содержит две идентичные панели, работающие параллельно, каждая из которых имеет 8 мини-каналов. Панели объединены едиными паровым и жидкостным коллекторами. Рабочая жидкость — ацетон. Проведено исследование влияния тепловой нагрузки и степени заполнения термосифона рабочей жидкостью на коэффициенты теплообмена испарителя, конденсатора и термическое сопротивление термосифона.
Автор: А. А. Артюх, Д. И. Садченко, Л. Л. Васильев
Ключевые слова: термосифон, теплообмен, испаритель, конденсатор, охлаждение, мини-каналы, термическое сопротивление
Стр: 581

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАРОТУРБОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНТУРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
Рассмотрен вопрос применения парогенераторной установки, работающей по циклу Ренкина для утилизации части тепловой энергии в составе системы обеспечения теплового режима космического аппарата. Тепловая энергия, выделяемая приборно-агрегатным оборудованием, отводится на выносные радиаторы с помощью контурных тепловых труб, после чего излучается в космическое пространство. Часть тепла при этом переходит в электроэнергию для поддержания функционирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры. В работе произведена оценка влияния парогенераторной установки на системы теплового режима (при предварительном решении системы теплогидравлических уравнений с характерными начально-граничными условиями контурных тепловых труб), ее проектные параметры, такие как площадь выносных радиаторов и масса системы, и сделаны выводы о целесообразности ее использования. Данная система обеспечения теплового режима с применением контурных тепловых труб может быть полезна для энергозатратных беспилотных космических аппаратов при низких ограничениях на массогабаритные характеристики аппарата.
Автор: Н. О. Борщев
Ключевые слова: система обеспечения теплового режима, парогенераторная установка, цикл Карно, площадь выносного радиатора-излучателя, цикл Ренкина
Стр: 590

ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ МЕМБРАННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДА КАК АЛЬТЕРНАТИВА АБСОРБЦИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ
Рассмотрены вопросы применения для производства холода в смесевых холодильных машинах процессов разделения в мембранных аппаратах в качестве альтернативы абсорбционным холодильным машинам, что позволит обеспечить более стабильный процесс получения холодильного агента из смеси, снизит материальные затраты на производство холодильной установки и повысит энергоэффективность холодильной установки, работающей на смесевых компонентах. Проведен анализ применения традиционной абсорбционной и мембранной холодильных машин с точки зрения энергоэффективности и количества рабочих элементов. Приведена первичная методика расчета процесса разделения смеси абсорбент–холодильный агент на основе процессов обратного осмоса.
Автор: М. В. Шамаров
Ключевые слова: холодильная установка, абсорбция, разделительная мембрана, селективность, площадь разделения, абсорбент, холодильный агент
Стр: 600

ТЕПЛООБМЕННИКИ НА БАЗЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ ШВАРЦА ТИПА Р, АДАПТИРОВАННЫЕ К АДДИТИВНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ
Внедрение аддитивных технологий может потребовать обновления методов разработки теплообменных аппаратов (ТА). Вариант методологии параметрического проектирования ТА продемонстрирован на поверхности Шварца типа Р. 3D-расчетом порядной репрезентативной модели ТА получены данные для вывода эмпирических критериальных зависимостей, пригодных для быстрого инженерного расчета теплогидравлических характеристик ТА. В рамках технологической апробации производства ТА на поверхностях Шварца типа P продемонстрированы возможности их масштабирования и снижения шероховатости в ходе постобработки для различных материалов.
Автор: А. Л. Светлаков, И. А. Гулимовский, И. С. Вербанов, Д. В. Маслова
Ключевые слова: теплообменник, поверхность Шварца типа P, теплогидравлические критериальные зависимости, аддитивное производство, технологическая апробация
Стр: 608

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБЫ С ПОСТОЯННОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ПРИ БОЛЬШИХ ВРЕМЕНАХ
Дано решение задачи о распределении тепла вокруг цилиндрического стержня бесконечно малого радиуса и с постоянной температурой. Полученное решение относится к новому классу автомодельных задач с произвольным положительным параметром, сколь угодно приближающимся к нулю. На основе полученных результатов найдено асимптотическое (при больших временах) выражение для коэффициента теплоотдачи цилиндрической трубы с теплоизоляционной оболочкой.
Автор: К. О. Сабденов
Ключевые слова: коэффициент теплоотдачи, потеря тепла, труба с теплоизоляцией, автомодельная задача
Стр: 619

БРОУНОВСКАЯ ДИФФУЗИЯ НАНОЧАСТИЦ В ЖИДКОСТИ И "ЛАЗЕРНАЯ МЕЛЬНИЦА"
Изложен принцип работы так называемой "лазерной мельницы", позволяющей получать из коллоидного раствора наночастиц разного размера ансамбли практически монодисперсных сферических металлических наночастиц. Лазерная мельница возникает в результате воздействия мощного импульсно-периодического лазерного излучения на такой раствор, при этом характерный размер образующихся монодисперсных наночастиц много меньше длины волны лазерного излучения.
Автор: С. П. Фисенко
Ключевые слова: коэффициент поглощения, теплота испарения, длина волны излучения, энергия лазерного пучка
Стр: 628

НАНОГРАНУЛЯРНАЯ ПРИРОДА CSH: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ НАНОИНДЕНТИРОВАНИЕМ
Гидратация цементных материалов сопровождается образованием гидросиликатов кальция (CSH). Соответственно, процесс гидратации завершается в ранний, средний и поздний периоды, приводя к образованию двух типов фаз CSH: низкой плотности (LD) и высокой плотности (HD). В нормальных условиях обычно LD CSH образуется в среднем периоде, тогда как на более поздней стадии преобладает образование HD CSH. С помощью метода наноиндентирования становится возможным объяснение наногранулярной природы CSH геля, которая характеризуется контактными силами частиц CSH геля для этих фаз. Исследования образцов цементного камня при В/Ц = 0.21 и содержании в комбинированной добавке гидротермальных наночастиц SiO₂ 0.000006 мас.% и многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) 0.00004 мас.% по цементу показали, что эффект влияния наночастиц на структуру CSH геля становится более выраженным, поскольку объемная доля LD фазы CSH геля с малой плотностью упаковки наногранул становится значительно ниже, чем доля HD фазы с повышенной гексагональной плотностью упаковки наногранул.
Автор: Е. Н. Полонина, С. Н. Леонович, С. А. Жданок
Ключевые слова: наночастицы, наноиндентирование, наногранулы, плотность упаковки
Стр: 632

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНДЕНСАЦИИ НАНОЧАСТИЦ SiO2 В УСЛОВИЯХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
Предложена модель, описывающая процессы зарождения и роста наночастиц SiO₂ из газовой фазы, формируемой в плазмохимическом реакторе дугового разряда. Величина медианного диаметра при температуре Т > 1500 K определяется скоростью нуклеации, осаждения молекул на сформировавшиеся частицы и скоростью коагуляции сформировавшихся частиц. Основными процессами, определяющими изменение медианного диаметра при температуре 1000 < Т < 1500 K, становятся осаждение и коагуляция. При низкой температуре Т < 1000 K изменение медианного диаметра происходит вследствие осаждения молекул из газовой фазы на сформировавшиеся частицы.
Автор: О. В. Матвиенко, В. В. Шеховцов
Ключевые слова: нанопорошок диоксида кремния, нуклеация, конденсация, коагуляция, численное моделирование
Стр: 640

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ СМЕСЕВЫХ ХЛАДАГЕНТОВ R-125/R-134А И R-32/R-125
Проанализированы результаты измерений теплопроводности в газовой фазе шести бинарных смесевых хладагентов, состоящих из гидрофторуглеродов R-125, R-134a и R-32. Для каждой смеси приведено уравнение расчета ее теплопроводности в зависимости от температуры и давления. Уточнена предложенная ранее модель прогнозирования теплопроводности паров смесевых хладагентов в широком диапазоне параметров состояния в применении к системам R-125/R-134а и R-32/R-125.
Автор: Е. П. Расчектаева, С. В. Станкус
Ключевые слова: теплопроводность паров, экспериментальные данные, смеси хладагентов, прогнозирование
Стр: 651

К ВОПРОСУ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ТЕРМОГРАММ ПО СТВОЛУ СКВАЖИНЫ ПРИ РАЗГАЗИРОВАНИИ НЕФТИ С УЧЕТОМ ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА
На основе численного моделирования термогидродинамических процессов в стволе скважины в условиях разгазирования нефти исследуется возможность оценки коэффициента растворимости газа в нефти и дебита в скважине на основе анализа распределения температуры по стволу скважины. Показано, что разгазирование нефти в стволе скважины или в пласте приводит к формированию температурных аномалий охлаждения, которые могут быть использованы для решения определенных нефтепромысловых задач. Полученные результаты могут быть использованы при планировании промыслово-геофизических исследований и интерпретации результатов температурных исследований скважин при добыче газированной нефти.
Автор: И. В. Канафин, Р. Ф. Шарафутдинов, Р. А. Валиуллин, Ф. Ф. Давлетшин
Ключевые слова: термометрия, двухфазный поток, разгазирование нефти, теплота разгазирования нефти, скважина
Стр: 656

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕТРОГРАДНОГО КОНДЕНСАТА ИЗ ИСТОЩЕННЫХ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ СКВАЖИНАМИ
На основании математического моделирования исследованы процессы сегрегационного разделения углеводородных фаз в режиме истощения и извлечение ретроградного конденсата из истощенных газоконденсатных залежей. Установлено, что проявление сегрегационных процессов при истощении газоконденсатных залежей приводит к образованию техногенной конденсатной оторочки вблизи газоводяного контакта. Эффективным способом извлечения ретроградного конденсата из техногенных конденсатных оторочек является заводнение.
Автор: М. С. Халилов
Ключевые слова: режим истощения, ретроградный конденсат, фазовое состояние газоконденсатных смесей, математическое моделирование, изотермическое течение
Стр: 664

ДИНАМИКА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В СКВАЖИНЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСОВ С ПАКЕРАМИ
Исследуется возможность использования штанговых глубинных насосов для отбора нефти из подпакерного пространства добывающей скважины как способа непрерывного возбуждения в стволе скважины колебаний гидродинамического давления для волнового воздействия на призабойную зону этой скважины. Воздействие импульсов гидродинамического давления на продуктивный пласт в приствольной зоне скважины способствует очистке порового пространства породы от закупоривающих его микрочастиц, развитию трещинной системы в породе, снижению эффективной вязкости пластовых флюидов, обладающих вязкопластичными свойствами и др. Такое воздействие приводит к повышению продуктивности добывающих скважин. Методами математического моделирования получено аналитическое выражение, с высокой точностью описывающее динамику гидродинамического давления в стволе скважины за один период работы штанговых глубинных насосов. Показано, что в высокопроницаемых пластах с вязкостью пластового флюида, близкой к вязкости воды, амплитуда колебаний гидродинамического давления в подпакерной зоне ствола скважины относительно невелика и измеряется величинами порядка сотых долей МПа. При снижении проницаемости породы-коллектора, повышении вязкости пластового флюида, росте дебита скважины амплитуда колебаний давления возрастает до ~1 МПа и более, что обусловливает высокую эффективность волнового воздействия на призабойные зоны скважин. Полученные результаты могут быть использованы для оценки эффективности использования штанговых глубинных насосов в сочетании с пакерами для стимулирования фильтрационных процессов в призабойных зонах нефтедобывающих скважин.
Автор: А. М. Свалов
Ключевые слова: добывающая скважина, штанговый глубинный насос, пакер, волновое воздействие, продуктивность скважины
Стр: 672

РЕОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВОДЫ В МИКРОТРЕЩИНАХ
Исследованы реофизические явления при течении вязкой жидкости (воды) в плоских микрощелях различной раскрытости. Экспериментально рассмотрена роль электрокинетического фактора в проявлении нелинейного реологического эффекта в потоке воды в модели микроканала — превращении ньютоновской жидкости в неньютоновскую. Сняты кривые течения воды и на основе бингамовской модели оценены ее реологические параметры при различной раскрытости микрощели. Установлено, что неньютоновский характер воды в микрощелях обуславливается главным образом значением электрокинетического потенциала потока, и путем его уменьшения, используя антистатические добавки, можно значительно ослабить нелинейный характер течения.
Автор: Ф. Г. Велиев, М. A. Мамедова, А. Р. Асланова
Ключевые слова: микротрещина, раскрытость микрощели, кривые течения, двойной электрический слой, потенциал протекания, антистатические добавки, предельное напряжение сдвига, структурная вязкость
Стр: 679

СИЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИХРЕВОГО КОЛЬЦА НА ПЛОСКУЮ ПРЕГРАДУ
Выполнено численное моделирование взаимодействия вихревого кольца с нормально расположенной плоской преградой на основе нестационарных уравнений Навье–Стокса, для дискретизации которых использовался метод конечных объемов. Представлена качественная картина изменения структуры вихревого кольца при его взаимодействии с преградой. Определены распределения давления на преграде и изменение продольной силы, действующей на преграду, во времени.
Автор: К. Н. Волков, В. Н. Емельянов, И. Е. Капранов
Ключевые слова: вычислительная газовая динамика, вихревая динамика, вихревое кольцо, завихренность, преграда
Стр: 684

ТЕРМОАКУСТИЧЕСКОЕ АДВЕКТИВНОЕ ТЕЧЕНИЕ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СЛОЕ ЖИДКОСТИ
Представлено точное аналитическое решение уравнений Навье–Стокса, описывающее в приближении Буссинеска течение несжимаемой жидкости во вращающемся вокруг вертикальной оси плоском горизонтальном слое с твердыми границами. Течение имеет адвективную и термоакустическую природу и вызвано постоянным продольным градиентом температуры на границах слоя и распространением в жидкости акустической волны. Длина акустической волны предполагается сравнимой с толщиной слоя, а период акустических колебаний жидкости малым по сравнению с характерными конвективными временами, что делает эффективным описание осредненного течения жидкости. Изучаются свойства полученного решения, влияние числа Тейлора на профили скорости и температуры течения при фиксированных значениях чисел Грасгофа, Рейнольдса и Прандтля
Автор: К. Г. Шварц
Ключевые слова: горизонтальная конвекция, адвективные течения, точное решение, звуковая волна, вращение
Стр: 691

ЧИСЛЕННАЯ ВЕРИФИКАЦИЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ О СХЛОПЫВАНИИ ПУСТОЙ ПОЛОСТИ В ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ
Приведены детали расчета критического числа Рейнольдса, разделяющего два различных типа смыкания пузырька в вязкой жидкости
Автор: Н. С. Хабеев, М. Ф. Теймуров
Ключевые слова: пузырек, схлопывание, вязкая жидкость
Стр: 699

ЭЛЕКТРОВИХРЕВОЕ ТЕЧЕНИЕ МЕЖДУ ДВУМЯ ЦИЛИНДРАМИ В ЛИНЕЙНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ
Решена задача об электровихревом течении между двумя цилиндрами в автомодельной постановке в рамках стоксового приближения, предполагающего довольно низкую скорость течения и его быстрый выход на стационарный режим, что позволяет заметно упростить решение уравнения Навье–Стокса и установить взаимосвязь между различными параметрами течения. Представлены результаты аналитического решения задачи, которые подкрепляются численными оценками.
Автор: Е. А. Михайлов, А. П. Степанова, А. А. Таранюк, А. Ю. Чудновский
Ключевые слова: электровихревое течение, жидкий металл, автомодельность, уравнение Навье–Стокса.
Стр: 703

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КУМУЛЯТИВНЫХ ЗАРЯДОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ОБЛИЦОВКАМИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ЧАСТИЦ
Испытания объектов ракетно-космической техники в наземных условиях на стойкость к ударному воздействию метеороидов и осколков космического мусора могут проводиться с использованием кумулятивных зарядов. Для обоснования конструктивных параметров кумулятивных зарядов, обеспечивающих формирование алюминиевых частиц в широком скоростном диапазоне (от 2.5 до 16 км/с), проведено численное моделирование процесса формирования в рамках двумерной осесимметричной задачи механики сплошных сред с использованием вычислительных комплексов ANSYS/AUTODYN, ЭРУДИТ и KOLDUN. В расчетах рассмотрены кумулятивные заряды диаметром от 20 до 100 мм с алюминиевыми облицовками различной формы. Показано, что формирование частиц со скоростями, близкими к нижней границе рассматриваемого диапазона, обеспечивается пологими сегментными облицовками дегрессивной толщины. Для формирования более скоростных частиц со скоростями свыше 5 км/с предложено использовать комбинированные облицовки, струеобразующая часть которых имеет форму полусферы постоянной толщины либо форму полуэллипсоида или полусуперэллипсоида вращения дегрессивной толщины.
Автор: В. И. Колпаков, С. В. Федоров, Е. П. Виноградова, И. А. Болотина
Ключевые слова: космический мусор, метеоритное воздействие, высокоскоростной алюминиевый элемент, взрыв, кумулятивный заряд, сегментная облицовка, комбинированная облицовка, численное моделирование
Стр: 711

ДИНАМИКА ПРОНИКАНИЯ В БЕТОН МАКЕТОВ УДАРНИКОВ В ОТСУТСТВИЕ И ПРИ НАЛИЧИИ ОТДЕЛЯЕМОГО ПОДДОНА
На основе численного моделирования в рамках двумерной осесимметричной задачи механики сплошных сред проанализировано проникание в полубесконечную бетонную преграду макетов ударников диаметром 14 и 18 мм с начальной скоростью 1200 м/с без учета и с учетом влияния отделяемого поддона, используемого для разгона макетов в стволе баллистической установки. При моделировании проникания макетов ударников в поддоне зафиксировано снижение глубины проникания чуть более чем на 10% с увеличением максимальной перегрузки в сравнении со случаем проникания в отсутствие поддона. Выявлена причина отрицательного влияния поддона на проникание макетов ударников, состоящая в увеличении касательных напряжений, действующих на поверхности контакта макетов с прилегающим слоем разрушенного бетона, вследствие поджатия этого слоя поддоном, пока не произошло полного отделения поддона от макета ударника.
Автор: С. В. Федоров, В. А. Велданов, А. Л. Исаев, А. Ю. Перфильев, Н. А. Федорова
Ключевые слова: бетонная преграда, макет ударника, отделяемый поддон, высокоскоростное проникание, глубина проникания, перегрузка, численное моделирование
Стр: 721

ПРИМЕНЕНИЕ КРИТЕРИЯ ПОДОБИЯ ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОБОБЩЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ
Рассмотрено применение нового критерия подобия осадкообразования, содержащего электрохимическое число. Проведено обобщение результатов экспериментальных исследований в различных средах в условиях естественной конвекции. Выведены новые критериальные уравнения теплообмена. Разработана методика расчета теплоотдачи при локальном образовании осадков на поверхности теплообмена.
Автор: К. В. Алтунин
Ключевые слова: естественная конвекция, число подобия, осадкообразование, керосин, вода, воздух
Стр: 731

NUMERICAL STUDY ON A CONDUCTING WAVY FIN IN A RECTANGULAR CAVITY
The transition of the steady fluid flow in a differently heated cavity with an adiabatic wavy fin installed on its hot wall to the unsteady one under the action of this fin was simulated numerically depending on the geometry of the fin. It was established that the thermal behavior of the fluid in the cavity is greatly dependent on the relative undulation of the fin, and the heat transfer in the cavity increases with increase in the fin-developed heat exchange surface of the cavity
Автор: M. S. Bouchouicha, O. Ladjedel, K. Boualem, F. Zemani, T. Yahiaoui
Ключевые слова: cavity, wavy fin, ripple, natural convection, Rayleigh number
Стр: 740

INFLUENCES OF VARIABLE VISCOSITY AND VARIABLE THERMAL CONDUCTIVITY ON A MIXED CONVECTIVE HYDROMAGNETIC FLOW IN A VERTICAL CHANNEL WITH THERMOPHORETIC DEPOSITION
The influences of variable viscosity and thermal conductivity on a steady, laminar, viscous, incompressible, hydromagnetic flow passing through a channel filled with a porous medium are investigated. The effects of heat source, thermal radiation, thermophoretic deposition, and Soret and Dufour numbers are considered. The governing equations are solved by the MATLAB bvp4c solver. It is found that increases in the viscosity parameter, thermal conductivity parameter, and the thermophoretic coefficient reduce the fluid velocity, while increasing radiation parameter and Dufour number enhance it. An increase in the thermal conductivity parameter raises the concentration, but reduces the temperature. The influences of the relevant parameters on the skin friction and Sherwood and Nusselt numbers are presented in tabular form and analyzed.
Автор: U. J. Das and I. Patgiri
Ключевые слова: hydromagnetic flow, variable viscosity, variable thermal conductivity, thermophoretic deposition, thermal radiation, bvp4c solver
Стр: 748

ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОТЖИГА НА ОПТИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ, ИМПЛАНТИРОВАННОГО ИОНАМИ ИНДИЯ И МЫШЬЯКА
Исследованы оптические и структурные свойства слоев кремния, имплантированных ионами индия и мышьяка и подвергнутых импульсному лазерному отжигу. С использованием методов резерфордовского обратного рассеяния и каналирования показано, что после импульсной лазерной обработки имплантированных слоев кремния доля атомов индия и мышьяка в решетке кремния составляет 31–35%. По спектрам поглощения излучения имплантированными и отожженными слоями кремния установлено, что в ближнем ИК диапазоне (1.1–2.4 мкм) степень поглощения излучения этими слоями больше на несколько порядков величины по сравнению с исходными слоями (эффективность поглощения составляет 50–60%). В среднем ИК диапазоне (3–25 мкм) эффективность поглощения квантов света легированным слоем кремния выше примерно в три раза по сравнению с нелегированным при плотности энергии лазерных импульсов 2.0–2.5 Дж/см² . В спектрах фотолюминесценции слоев кремния обнаружена широкая полоса в области 1.1–1.6 мкм.
Автор: Ф. Ф. Комаров, О. В. Мильчанин, И. Н. Пархоменко, П. В. Кучинский, А. Е. Альжанова, М. А. Моховиков, E. Wendler
Ключевые слова: гипердопированный кремний, импульсный лазерный отжиг, резерфордовское обратное рассеяние, спектры поглощения излучения, фотолюминесценция
Стр: 758

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННЫМ МЕТОДОМ АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ С ВЫСОКИМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Исследован процесс осаждения алмазоподобного углеродного покрытия на подложку в результате воздействия излучения технологического лазера (t ~ 20 нс, λ = 1.06 мкм) на мишень из высокоориентированного пиролитического графита марки УПВ 1 в вакууме. Показано, что путем изменения плотности мощности лазерного излучения на поверхности мишени, скорости сканирования лазерного луча по этой поверхности, частоты следования лазерных импульсов и температуры подложки, можно управлять в широких пределах соотношением sp² - и sp³ -углеродных связей в осаждаемом покрытии. Установлено, что формирование указанного покрытия с преимущественным содержанием sp³ -связанного углерода реализуется при плотности мощности лазерного излучения q ≥ 5.6 ⋅ 108 Вт/см² . При этом целесообразно подбирать частоту импульсов лазерного излучения и скорость сканирования лазерного луча по поверхности мишени таким образом, чтобы в одну область поверхности мишени последовательно попадало от 10 до 14 лазерных импульсов. Показано, что при температуре подложи T ≥ 423 K происходит резкое уменьшение sp³ -связанного углерода в покрытии и ухудшение его свойств
Автор: В. К. Гончаров, Г. А. Гусаков, М. В. Пузырёв
Ключевые слова: эрозионный лазерный факел, ионные потоки, алмазоподобные углеродные покрытия
Стр: 766

HYBRID LATTICE BOLTZMANN METHOD FOR 3D NATURAL CONVECTION COMBINED WITH VOLUMETRIC RADIATION
A hybrid lattice Boltzmann model was developed to examine the effect of volumetric thermal radiation on three-dimensional natural convection. Within this model, a fluid flow was computed by the lattice Boltzmann method in terms of the D3Q19 scheme and Bhatnagar–Gross–Krook approximation. On the other hand, a finitedifference technique was applied to solve the energy equation. To determine the radiative heat flux, the Rosseland approximation was used. The effect of the Rayleigh number Ra and the radiation parameter Rd on the temperature, flow behavior, and the mean Nusselt number was studied in the ranges 10⁴ ≤ Ra ≤ 10⁶ and 0 < Rd ≤ 5. It was found that thermal radiation weakened natural convective mechanism of heat transfer. The mean convective Nusselt number increased with the Rayleigh number and decreased with increase in the radiation parameter.
Автор: A. Nee and A. K. Hussein
Ключевые слова: Rosseland radiation, BGK approximation, D3Q19 scheme, finite-difference method
Стр: 779

ПРИБЛИЖЕННОЕ АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ БРАТУ
Представлены три новых подхода к решению задачи Брату. Первый из них реализует идею последовательного дифференцирования исходного уравнения задачи с разложением искомой функции в точке симметрии области. Второй подход связан с осуществлением дополнительного интегрирования дифференциального уравнения Брату и представляет собой гибридный интегральный метод. Третий подход основан на совместном применении последовательного дифференцирования уравнения Брату, гибридного интегрального метода, двухточечного разложения искомой функции и дополнительного интегрального соотношения. Указанные подходы отличаются простотой и сводят решение задачи Брату к решению системы линейных алгебраических уравнений. Численные результаты решения задачи продемонстрировали высокую эффективность предложенных подходов, дающих решения, точность которых выше на три– пять порядков точности аналогичных решений на основе известных численных и численно-аналитических методов. Особенно это относится к третьему подходу, который позволяет получить два классических решения задачи Брату достаточно просто и с очень высокой точностью. Показано, что для получения приближенного решения задачи Брату с использованием этого подхода требуется малое число членов ряда, при этом решения быстро сходятся и очень точно аппроксимируют задачу.
Автор: В. А. Кот
Ключевые слова: краевая задача Брату, уравнение Брату, гибридный интегральный метод, обобщенный интегральный метод
Стр: 787

СВОБОДНО-КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН НА МНОГОРЯДНЫХ ПУЧКАХ ОРЕБРЕННЫХ ТРУБ С КРУГЛЫМИ РЕБРАМИ
Использование свободной конвекции в различных отраслях промышленности возрастает, что связано с увеличением тепловых нагрузок, а также с усилением внимания к энергетической эффективности. Так для аппаратов воздушного охлаждения при определенных параметрах наружного воздуха существует возможность отключения приводов вентиляторов и эксплуатация аппаратов в энергосберегающем режиме свободной конвекции. При этом отличительной особенностью режима свободной конвекции являются невысокие значения коэффициентов теплоотдачи, для компенсации которых применяется увеличение поверхности теплообмена со стороны воздуха путем оребрения труб. С целью повышения эффективности процессов теплоотдачи целесообразно проводить оптимизацию геометрических параметров и компоновки пучка, числа рядов, расположения пучка в пространстве. В статье представлен обзор экспериментальных и численных исследований теплоотдачи многорядных горизонтальных и наклонных пучков оребренных труб в режиме свободной конвекции. Данная статья является продолжением статьи [1], в которой представлен обзор экспериментальных и численных исследований свободно-конвективного теплообмена на воздухоохлаждаемых круглоребристых трубах и однорядных пучках из них. Важно отметить, что характер зависимостей теплоотдачи однорядных пучков от поперечного шага труб принципиально отличается от подобных зависимостей для многорядных шахматных пучков из-за влияния верхних рядов.
Автор: Е. С. Данильчик, Г. С. Маршалова, А. Б. Сухоцкий
Ключевые слова: аппарат воздушного охлаждения, свободная конвекция, биметаллическая оребренная труба, теплообменный многорядный пучок, число Нуссельта, число Грасгофа, число Релея
Стр: 814

ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ