ТОМ 97, №5

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОГО НАГРЕВА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ ТЕПЛООБМЕНА. 1. РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ
Для современной космической техники характерны конструкции, работающие в условиях интенсивных, часто экстремальных тепловых воздействий. Общая тенденция развития техники связана с увеличением числа ответственных теплонагруженных технических объектов, с ужесточением условий их теплового нагружения при одновременном повышении надежности и ресурса, снижении материалоемкости. Для космических аппаратов обеспечение тепловых режимов является одним из важнейших разделов проектирования, определяющим основные проектно-конструкторские решения. Характерными особенностями современных теплонагруженных конструкций космической техники являются нестационарность, нелинейность, многомерность и сопряженный характер процессов тепломассообмена. Эти особенности ограничивают возможность использования многих традиционных расчетно-теоретических и экспериментальных методов исследований. В конструкциях тепловой защиты современных объектов космической техники широко используются высокопористые теплоизоляционные материалы с низкой теплопроводностью. Эти материалы, как правило, имеют структуру с открытыми порами. Это приводит к тому, что теплофизические свойства этих материалов существенно зависят от давления газа среды, в которой работают теплозащитные конструкции на их основе. Также можно заметить, что по мере увеличения давления окружающей среды наблюдается более интенсивный рост коэффициента теплопроводности. Целью данной работы является разработка комплекса экспериментальных и математических средств системы идентификации свойств высокопористых материалов, функционирующих в условиях не только изменяющихся тепловых нагрузок, но и переменного давления.
Автор:  С. А. Будник, А. В. Ненарокомов, Д. М. Титов, Д. Л. Ревизников
Ключевые слова:  высокопористые материалы, обратные задачи теплопереноса, метод итерационной регуляризации, обработка экспериментальных измерений
Стр:  1105-1117

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТЕНЗОРА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ АЗОТНОЙ ТЕПЛОЗАЩИТЫ МЕТОДОМ ИТЕРАЦИОННОЙ РЕГУЛЯРИЗАЦИИ
Рассматривается метод параметрической идентификации симметричного тензора теплопроводности для криогенной азотной теплозащиты, термостатирующей алюминиевый каркас цилиндрической емкости, заполненной азотом. Эта задача решается как задача поиска глобального минимума среднеквадратичного функционала невязки между теоретическим полем температур и уставной максимальной температурой теплозащиты. Для этого необходимо решить "прямую" задачу теплообмена внутри теплозащитного покрытия при выбранном начальном приближении компонент вектора теплопроводности и их базисных функций, учитывающих их зависимость от температуры. В качестве метода оптимизации выбран метод сопряженных направлений как наиболее точный метод первого порядка сходимости. Для реализации данного метода необходимо найти компоненты градиента исследуемого функционала невязки. Шаг спуска в этом методе ищется исходя из минимума целевого функционала на каждой расчетной итерации, что соответствует методу итерационной регуляризации. Критерием остановки итерационного процесса является суперпозиция погрешностей, которые вносят некорректность в постановку исследуемой задачи.
Автор:  Н. О. Борщев
Ключевые слова:  метод итерационной регуляризации, метод сопряженных направлений, метод тепловых балансов, криогенная температура
Стр:  1118-1129

ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА ТЕПЛОВОЙ ДИАГНОСТИКИ МНОГОСВЯЗНЫХ КОНСТРУКЦИЙ C РАЗНОРОДНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Исследована обратная задача об определении теплофизических характеристик многосвязных конструкций c разнородными материалами, которые приняты в качестве признака их диагностики. Методика диагностики базируется на решении обратной задачи об определении теплофизических характеристик объектов в вариационной формулировке. Функционал качества для этой формулировки является новым, не использованным ранее в теории обратных задач и диагностики. Доказана теорема однозначной разрешимости рассматриваемой обратной задачи, представлен итеративный алгоритм ее решения и установлены экстремальные свойства функционала качества. Предлагаемая методика основана на наблюдениях вне объекта и допускает диагностику в неразрушающем бесконтактном режиме. Обсуждаются исходные данные с погрешностью и влияние эталона на решение.
Автор:  А. М. Пашаев, А. Д. Искендеров, М. А. Мусаева
Ключевые слова:  вариационный метод, обратная задача, разрешимость, тепловая диагностика, теплофизические характеристики
Стр:  1130-1138

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ПОВЕРХНОСТИ СИСТЕМОЙ ЗАТОПЛЕННЫХ СТРУЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ
Экспериментально исследованы теплообмен на теплонапряженной поверхности и критический тепловой поток от нее при охлаждении поверхности системой распределенных импактных затопленных микроструй диэлектрической жидкости в зависимости от скорости струй при начальном недогреве жидкости в них до температуры насыщения на 40 ± 2^o С. Эксперименты проведены для 36 струй диэлектрической жидкости HFE-7100 с начальным диаметром 174 мкм, вытекающих из сопел, расположенных на расстоянии 1 мм от охлаждаемой поверхности. Установлено, что коэффициенты теплоотдачи поверхности и критический тепловой поток от нее определяются скоростью струй, действующих на поверхность, и начальным недогревом охлаждающей жидкости и значительно превышают соответствующие значения при кипении в большом объеме и при охлаждении поверхности одиночной струей при малом недогреве жидкости до температуры насыщения
Автор:  А. С. Шамирзаев, А. С. Мордовской, В. В. Кузнецов
Ключевые слова:  импактные микроструи, недогретое кипение, диэлектрическая жидкость, теплоотдача, критический тепловой поток
Стр:  1139-1144

PERFORMANCE ANALYSIS OF A HVAC SYSTEM WITH A HEAT RECOVERY WHEEL FOR A HOSPITAL BUILDING
An eff ective heating, ventilation, and air conditioning system has been designed for a three storey north-oriented hospital building. The heat load of this building was calculated using the Hourly Analysis Program software with regard for the recovery of the energy from the exhaust air stream with the use of a heat recovery wheel reducing the temperature of the supply air stream and lowering the load on the air handling unit in the building. The results obtained show that a heat recovery wheel attached to a heating, ventilation, and air conditioning system makes it possible to improve the indoor air quality with conservation of 30% of the the electrical energy.  
Автор:  N. Alam , M. Mohiuddin , D. Sharma , S. P. Patil , M. Warimani , Z. Hasanf, S. A. Zaki , N. Othman
Ключевые слова:  heating, ventilation, and air conditioning system, heat recovery wheel, air handling unit, heat load
Стр:  1145-1152

THE EFFECT OF REVERSE AND OPPOSITE INJECTION ON THE FILM COOLING PERFORMANCE OF A SYMMETRICAL TURBINE BLADE
A numerical investigation on the film cooling performance of a symmetrical turbine blade is carried out for reverse injection (RH), forward injection (FH), and opposite injection (OH) which combines forward and reverse injection holes. Another objective of this work is to study the effect of the distances between the injection holes, and three different distances are considered. Five configurations are computed for five blowing ratios. A coolant flow is injected through holes inclined at 110 and 70o for reverse and forward jets, respectively. The laterally averaged film cooling effectiveness is obtained using commercial software ANSYS-CFX. In addition, several velocity vectors and contours are presented for analyzing the thermal behavior. The numerical model is based on the Navier– Stokes equations and the Reynolds stress turbulence model (SSG-RSM). The obtained results enable one to choose configurations with high film cooling effectiveness for different blowing ratios.
Автор:  K. Boualem, F. Ben Ali Kouchih , O. Ladjedel , T. Yahiaoui , and A. Azzi
Ключевые слова:  reverse injection, forward injection, opposite injection, symmetrical turbine blade
Стр:  1153-1160

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ В ТРУБОПРОВОДАХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Приведено физическое описание образования отложений продуктов коррозии на поверхностях трубопроводов систем теплоснабжения и исследовано влияние различных факторов на данный процесс. Проведен анализ существующих моделей образования коррозионных отложений. Разработана математическая модель образования отложений продуктов коррозии при движении жидкости в трубопроводах систем теплоснабжения в области линейной скорости роста отложений при постоянной температуре теплоносителя. Модель основана на уравнениях сохранения массы растворенного деполяризатора и взвешенных в растворе твердых частиц. Параметрические расчеты, выполненные на основе разработанной математической модели, показали возможность существования максимума толщины слоя отложений продуктов коррозии по длине трубы.
Автор:  А. Б. Гаряев, М. Ю. Юркина, Т. А. Матухнов, О. Д. Матухнова
Ключевые слова:  отложения, продукты коррозии, математическая модель, система теплоснабжения, трубопроводы, частицы
Стр:  1161-1168

АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МИКРОВЗРЫВА КОМПОЗИТНОЙ КАПЛИ УГЛЕВОДОРОД–ВОДА
Представлено аналитическое решение задачи о прогреве композитной сферической капли, состоящей из жидкого углеводорода и микрокапли воды, в потоке горячего газа. Микрокапля воды расположена в центре капли углеводорода. На границе сред углеводород–вода заданы условия сопряжения, на внешней границе капли углеводорода — условие конвективного теплообмена. Нестационарная температура капли представляется аналитической формулой, которая является разложением решения по собственным функциям задачи Штурма–Лиувилля. Собственные значения находятся численным путем из характеристического уравнения. Выведено условие ортогональности собственных функций в композитной капле с разрывными теплофизическими свойствами. Результаты расчетов по полученной аналитической формуле удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Обсуждаются ошибочные методики решения в представленных ранее публикациях других авторов.
Автор:  И. В. Деревич, Д. И. Матюхина
Ключевые слова:  композитное углеводородное топливо, собственные функции и собственные значения задачи Штурма–Лиувилля, условия сопряжения, сферические функции Бесселя
Стр:  1169-1179

ТОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ЗАДАЧ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕРМОКАРСТА
Построены точные решения некоторых задач о протаивании мерзлого грунта в процессе просачивания в него воды в результате таяния подземного льда и связанного с этим нарушения механической целостности грунта (термокарста). Выявлены факторы термокарста мерзлого грунта, определяемые спецификой тепломассопереноса в нем. Исследовано влияние пористости горных пород, изменяющейся в ходе их плавления, на ход процесса термокарстообразования в целом. Построено аналитическое решение задачи о термокарсте. Получено выражение для скорости термокарстообразования в мерзлом грунте.
Автор:  М. Г. Храмченков
Ключевые слова:  термокарст, теплота плавления льда, температура фазового перехода, задача Лямэ–Клапейрона, математическая модель, скорость фронта
Стр:  1180-1184

ОДНОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОТОКА НАНОАЭРОЗОЛЯ В ПРОТОЧНОМ РЕАКТОРЕ ПРИ НАЛИЧИИ ДИФФУЗИИ И КОАГУЛЯЦИИ ЧАСТИЦ
Изучено влияние осаждения наночастиц аэрозоля, движущегося в проточном реакторе с постоянной скоростью, на стенки канала реактора и коагуляции этих частиц в результате их броуновской диффузии на параметры наноаэрозоля. Построена простая одномерная модель, описывающая адекватным образом диффузию, коагуляцию и осаждение частиц наноаэрозоля в широком диапазоне изменения числа Кнудсена. Аналитическим путем показано, что с увеличением расстояния от входа в реактор объемная доля частиц в наноаэрозоле уменьшается по экспоненциальному закону, а радиус кластеров, образующихся в наноаэрозоле в результате коагуляции его частиц, увеличивается и стремится к предельному (максимальному) значению. Получено нелинейное интегро-дифференциальное уравнение для радиуса кластеров, из которого выведены компактные формулы для приближенного вычисления его предельного значения. Приведены характерные распределения радиусов кластеров и их концентраций вдоль канала реактора, полученные численным методом. Обнаружено, что если этот канал имеет достаточно большую длину, то в процессе движения в нем кластеры увеличиваются до их предельного размера. Обсуждается влияние определяющих параметров потока наноаэрозоля на входе в проточный реактор на распределение его дисперсных характеристик вдоль канала реактора, на предельный размер кластеров в нем и на характерную длину канала, на которой процессы осаждения и коагуляции частиц наноаэрозоля полностью завершаются. Сравнение результатов расчетов параметров наноаэрозоля, движущегося в проточном реакторе, по одномерной и двумерной моделям, показало, что простая одномерная модель вполне адекватно описывает поведение этих параметров.
Автор:  Т. Р. Аманбаев
Ключевые слова:  наноаэрозоль, проточный реактор, диффузия, осаждение, коагуляция, кластеры, число Кнудсена
Стр:  1185-1194

МАССОПРОВОДНОСТЬ ПРИ СУШКЕ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТОГО КОЛЛОИДНОГО МАТЕРИАЛА, ПОДВЕРЖЕННОГО УСАДКЕ
Экспериментально исследованы массопроводные (диффузионные) свойства коллоидного капиллярнопористого материала (груши, нарезанной на пластины толщиной 5 мм, при их конвективной сушке) в функции от влагосодержания материала при различных значениях температуры сушильного агента (воздуха). Поскольку образец груши при сушке дает значительную усадку, то при расчете коэффициента массопроводности учтено изменение толщины образца в ходе процесса. Параллельно была исследована линейная усадка указанного материала. Зависимости коэффициента массопроводности от влагосодержания материала k = f(u) получены из кривых сушки на основе зонального метода при постоянной температуре сушильного агента tc. Они представляют собой вогнутые к оси абсцисс возрастающие с влагосодержанием зависимости, что типично для высушиваемых материалов. Минимальные значения коэффициента массопроводности на графиках k = f(u) изменяются от 0.3.10−10 м² /с при 30^о С до 2.2.10−10 м² /с при 60^о С. С изменением влагосодержания материала коэффициент массопроводности изменяется кратно. Данные по усадке для инженерных расчетов были описаны уравнением. Показана возможность описания температурной зависимости коэффициента массопроводноти (диффузии влаги) уравнением Аррениуса. Получены значения параметров уравнения Аррениуса. 
Автор:  С. П. Рудобашта, В. М. Дмитриев
Ключевые слова:  конвективная сушка, массопроводность, усадка, капиллярно-пористый коллоидный материал
Стр:  1195-1200

КВАЗИДИФФУЗИОННАЯ СЕПАРАЦИЯ ПРИ АКТИВИРОВАНИИ СДВИГОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В БЫСТРОМ ГРАВИТАЦИОННОМ ПОТОКЕ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА
Изложены результаты исследования эффектов сепарации сферических частиц с различной плотностью в быстром гравитационном потоке на шероховатом скате при варьировании параметрами течения с целью повышения эффективности процесса. Установлена определяющая роль в процессе эффекта квазидиффузионной сепарации, интенсивному проявлению которого способствует формирование в потоке s-образных профилей доли пустот и скорости. Представлены результаты экспериментального и аналитического исследования эффективности сепарации частиц по плотности в быстром гравитационном потоке при активировании сдвиговых деформаций продольными импульсами. Установлено, что при импульсном воздействии на частицы открытой поверхности потока в его центральной части формируется зона с характерным s-образным перегибом профилей скорости и доли пустот, функционирующая подобно квазидиффузионному сепаратору, повышающему эффективность процесса
Автор:  В. Н. Долгунин, О. О. Иванов, К. А. Куди
Ключевые слова:  зернистый материал, быстрое гравитационное течение, активация сдвиговых деформаций, сегрегация, квазидиффузионная сепарация
Стр:  1201-1210

КИНЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СУШИЛКИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ЛОТКОВОГО ТИПА С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ
Для проведения непрерывного процесса сушки дисперсного материала получили применение сушилки лоткового типа, которые характеризуются улучшенной гидродинамической структурой потока твердой фазы. В статье представлено математическое описание кинетики сушки материала на основе теоретического метода, использующего данные по теплофизическим характеристикам материала и учитывающего продольное перемешивание твердой фазы на основе диффузионной модели. Получено аналитическое решение соответствующей задачи, которое выражает изменение влагосодержания частиц по длине лотка. Разработана методика инженерного расчета сушилки на основе данной модели. Дан пример расчета сушилки рассматриваемого типа для сушки зерна кукурузы с использованием литературных данных по коэффициенту массопроводности (коэффициенту диффузии влаги в зерне), фазовому концентрационному равновесию и коэффициенту продольной диффузии. Проанализировано влияние секционирующих перегородок на кинетику сушки дисперсного материала в аппарате лоткового типа. Показано, что их установка существенно улучшает гидродинамическую структуру потока, что сокращает длину лотка.
Автор:  С. П. Рудобашта, Г. А. Зуева, Г. В. Хандогин
Ключевые слова:  сушилка, лоток, дисперсный материал, псевдоожиженный слой, кинетический расчет, аппарат непрерывного действия
Стр:  1211-1222

ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ФАКЕЛА ЕЕ РАСПЫЛА ЭЖЕКЦИОННОЙ ФОРСУНКОЙ
Представлены новые экспериментальные данные по влиянию поверхностного натяжения жидкости на дисперсность капель в факеле распыла эжекционной форсунки с прямоточной и закрученной подачами газа. Измерены распределения капель по размерам с использованием оптического метода малых углов индикатрисы рассеяния. Продемонстрировано уменьшение медианного диаметра капель дистиллированной воды в факеле распыла примерно на 10–17% при снижении коэффициента поверхностного натяжения воды в результате добавления в нее поверхностно-активных веществ.
Автор:  В. А. Архипов, И. С. Бондарчук, Н. Н. Золоторёв, К. Г. Перфильева
Ключевые слова:  эжекционная форсунка, факел распыла, капли, дисперсность, поверхностно-активное вещество, коэффициент поверхностного натяжения, метод малых углов индикатрисы рассеяния, экспериментальное исследование
Стр:  1223-1230

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ НЕНЬЮТОНОВСКОЙ ДВУХФАЗНОЙ СРЕДЫ В КАНАЛЕ СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
Построена математическая модель течения двухфазной среды, состояние которой описывается нелинейным реологическим уравнением, в криволинейном канале параболической формы. Выполнены численные расчеты течения такой среды в указанном канале с учетом наличия его начального участка и центробежной силы в канале. На основе проведенного вычислительного эксперимента изучены различные режимы течения жидкости в канале в зависимости от ее реологических свойств, определяемых законом состояния Оствальда–де Виля, и гидродинамической обстановки в канале. Численные расчеты показали, что в процессе развития течения в канале на его входном участке плоский профиль скорости течения превращается в параболический. При этом поток вблизи стенок канала замедляется, а в его центральной области, наоборот, разгоняется. Поэтому на начальном участке течения линии тока и поля скоростей на них имеют искривления. На форму профиля скорости течения жидкости существенно влияет коэффициент ее нелинейности. При вращении канала вокруг оси симметрии профиль скорости течения жидкости в канале становится асимметричным.
Автор:  Р. И. Ибятов, Ф. Г. Ахмадиев
Ключевые слова:  математическое моделирование, криволинейный канал, неньютоновская двухфазная среда, вычислительный эксперимент
Стр:  1231-1239

СИНТЕЗ ДИБОРИДА ХРОМА В АТМОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЕ ДУГОВОГО РАЗРЯДА
Описан способ синтеза кристаллических фаз борида хрома CrB и CrB₂ при атмосферном давлении без введения дополнительных модификаторов, повышающих реакционную способность исходной шихты. Формирование боридов хрома осуществлялось под действием дугового разряда с использованием оригинального безвакуумного электродугового реактора постоянного тока. Исследовано влияние параметров реактора на фазовый состав получаемых образцов. Установлено, что воздействие дугового разряда силой 200 А и длительностью 60 с на смесь порошков Cr и B в атомарном соотношении 1.0:2.55 обеспечивает формирование диборида хрома CrB₂. Свойства полученных порошков изучались методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. 
Автор:  П. В. Поваляев, А. Я. Пак, К. В. Николаева, С. М. Данилова-Третьяк
Ключевые слова:  безвакуумный электродуговой синтез, тугоплавкие материалы, дуговой разряд, диборид хрома, фазовый состав
Стр:  1240

ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ПРИЗМАТИЧЕСКИХ КАНАЛАХ, ОПИРАЮЩИХСЯ НА ПАРАБОЛИЧЕСКИЙ КОНТУР
Предложен набор точных решений уравнения Пуассона в плоской области определенного вида для описания течения ньютоновской несжимаемой жидкости в канале при малых числах Рейнольдса. Математически сформулированной задаче о таком течении эквивалентны движение идеальной жидкости в области, ограниченной вращающимся контуром, кручение стержня, прогиб мембраны при нулевом смещении на границе ее области и нагрев стержня при определенных условиях. Продемонстрирована возможность построения приближенных решений указанной задачи для некоторых сечений канала, имеющего параболический участок контура, с использованием точных решений этой задачи. Приведены примеры построения областей течения в призматическом канале, опирающемся на параболический контур
Автор:  А. И. Мошинский
Ключевые слова:  профиль скорости, канал, парабола, каверна
Стр:  1252-1261

КОРРЕЛЯЦИЯ ЛОКАЛЬНОГО УСКОРЕНИЯ ПОТОКА В УЗКОМ КАНАЛЕ И АНОМАЛЬНОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОТРЫВНОГО ЛАМИНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ДВУХРЯДНЫХ КАНАВКАХ НА ЕГО СТЕНКЕ
Обосновано явление локального ускорения ламинарного потока на экспериментальном стенде КазНЦ РАН сравнением полученных на цифровом аналоге численных прогнозов с измеренными при Re = 1000 профилями продольной составляющей скорости в трех точках 22-й наклонной канавки в узком канале с 26-ю двухрядными канавками с расположением \ / на стенке. Установлена связь локального ускорения потока в ядре канала с аномальной интенсификацией отрывного ламинарного течения в двухрядных канавках с ростом числа Рейнольдса от 1000 до 2500. Обнаружено, что при Re = 2500 для удаленных от входа канавок в продольном сечении канала, проходящем через центры сечений стыковки входных сферических сегментов и траншейных частей, отрицательное относительное трение выходит на минимальные величины порядка –9 и сочетается с достижением величин максимальной скорости в сдвиговых слоях над канавками (на высоте у = 0.005) порядка 1.4. 
Автор:  С. А. Исаев, Д. В. Никущенко, Н. И. Михеев, Н. С. Душин, А. А. Клюс, Е. А. Осиюк
Ключевые слова:  отрывное течение, узкий канал, наклонная канавка, интенсификация, численное моделирование, эксперимент
Стр:  1262-1266

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ВБЛИЗИ ГИДРОФОБНОГО ЦИЛИНДРА ПРИ БОЛЬШИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА
Проведено экспериментальное исследование вихревых структур в ближнем следе за круговым микроструктурированным тефлоновым цилиндром, погруженным в набегающий поток воды, для чисел Рейнольдса 1.75 ⋅ 10⁵ –2.85 ⋅ 10⁵ с использованием двумерного изображения (2D-PIV) частиц в замкнутом гидродинамическом стенде. Полученные результаты представлены в виде осредненных по времени полей скорости потока и рейнольдсовых напряжений в нем. Данные о потоке показали изменения геометрических характеристик и рейнольдсовых напряжений следового течения в зависимости от числа Рейнольдса таким образом, что исследуемые параметры проходят через минимум в районе числа Рейнольдса 2.2 ⋅ 10⁵ с последующим возрастанием. Вероятно, этот минимум характеристик следа связан с кризисом сопротивления цилиндра, но более ранним по сравнению с цилиндром, имеющим негидрофобную поверхность. Обнаружено значительное увеличение скорости потока воды вблизи боковой поверхности гидрофобного цилиндра, что при больших числах Рейнольдса приводит к падению статического давления в потоке ниже атмосферного, увеличению локального газосодержания в нем и возможному усилению скольжения потока на поверхности цилиндра.
Автор:  К. Г. Добросельский
Ключевые слова:  гидрофобный цилиндр, PIV, вихревой след, рейнольдсовы напряжения
Стр:  1267-1274

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА КОМПОНЕНТ СТРУЙНОГО ТЕЧЕНИЯ НА ДИНАМИКУ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ГИДРАТООБРАЗОВАНИЕ ДЛЯ ГЛУБОКОВОДНЫХ РАЗЛИВОВ
Рассматривается математическая модель образования гидратов в струйном течении углеводородов для двух начальных этапов (затопленная струя и плюм). Целью математического моделирования является исследование влияния различных составов компонент струйного течения на динамику гидратообразования. Объект исследования: струйное течение углеводородов, возникающее при техногенных утечках. Актуальность работы связана с необходимостью прогнозирования динамики распространения нефти и газа для случаев техногенных аварий при глубоководной разработке месторождений. Создана математическая модель струйного течения для двух начальных этапов с учетом влияния состава компонент течения. Проведены вычислительные эксперименты для различных начальных значений давления, объемного содержания нефти в струе с целью оценки динамики образования газогидрата в нефтяной эмульсии. Результатом математического моделирования стали следующие зависимости, полученные для различных вариантов состава компонент струйного течения: зависимости температуры и массы образовавшегося гидрата от вертикальной координаты, динамика изменения радиуса гидратной оболочки у пузырьков. В результате сравнения результатов лабораторного эксперимента и результатов математического моделирования получено качественное согласование
Автор:  С. Р. Кильдибаева, Э. И. Харисов
Ключевые слова:  глубоководный разлив нефти, этапы течения углеводородов, шельф, гидратообразование, затопленная струя, плюм
Стр:  1275-1282

ВОЛНОВАЯ ДИНАМИКА ПОКРЫТОГО ГИПЕРЭЛАСТИЧНОЙ ОБОЛОЧКОЙ ПУЗЫРЬКА ГАЗА В ВЯЗКОУПРУГОЙ ЖИДКОСТИ
Выведено модифицированное уравнение Релея–Ламба, учитывающее радиальные колебания пузырька газа, покрытого гиперэластичной оболочкой и находящегося в вязкоупругой жидкости. Гиперэластичность оболочки учитывается на основе модели Муни–Ривлина, а вязкоупругость жидкости — по модели Зенера, в частных случаях которой следуют модели Кельвина–Фойгта и Максвелла. Проведены численные расчеты. Проанализировано влияние размера оболочки пузырька и ее жесткости, модуля сдвига оболочки и несущей жидкости, а также различия реологических моделей на радиальную динамику пузырька газа во внешнем акустическом поле. Построена математическая модель, определяющая распространение акустических волн в вязкоупругой жидкости с инкапсулированными пузырьками газа. Исследовано различие реологических моделей упругой несущей жидкости, а также влияние толщины оболочки на динамику акустических волн. 
Автор:  Ю. В. Федоров, Р. Н. Гафиятов, Д. Д. Губайдуллина
Ключевые слова:  акустическое поле, пузырек газа, гиперэластичная оболочка, вязкоупругая жидкость, вынужденные колебания, дисперсионное уравнение
Стр:  1283-1290

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
Рассмотрены особенности рабочего процесса гидропаровой турбины, работающей по принципу сегнерова колеса. Предложен способ организации входа в каналы турбины, обеспечивающий минимальные гидравлические потери. Показано, что потери, связанные с трением рабочего колеса, вращающегося в пароводяной среде, обладают рядом особенностей, не позволяющих в настоящее время выполнить их надежную расчетную оценку. В то же время некоторые предельные оценки показали, что эти потери могут быть весьма значимыми в общем энергетическом балансе турбины и заставляют обращать серьезное внимание на аэродинамические свойства периферийной зоны рабочего колеса турбины. Установлено, что отклонение направления осей сопел от направления окружной скорости движения центра их выходного сечения с целью исключения попадания в их струи элементов конструкции приводит к уменьшению мощности турбины, что вынуждает искать компромиссное решение при выборе угла этого отклонения. Расчетная оценка оптимального отношения окружной скорости движения центра выходного сечения сопла к его фиктивной скорости, соответствующей располагаемому теплоперепаду в гидропаровой турбине, показала, что оно находится в пределах 0.32–0.37 в зависимости от коэффициента скорости сопла, а пологий характер указанной зависимости дает некоторую свободу проектанту в выборе конструктивных размеров турбины
Автор:  Б. А. Шифрин, О. О. Мильман, В. Б. Перов, А. С. Голдин
Ключевые слова:  гидропаровая турбина, вскипание, пароводяная смесь, реактивная сила, сопло, недогрев, сухость, низкопотенциальное тепло
Стр:  1291-1300

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ИСТЕЧЕНИИ НЕДОГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ ИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИ ПОДОБНЫХ СОПЛ ЛАВАЛЯ
Для проектирования гидропаровых турбин типа Сегнерова колеса необходимо иметь достоверные характеристики сопла Лаваля с большой степенью расширения при подаче в сопло воды, сильно недогретой до температуры насыщения.           Дан обзор ряда работ по определению коэффициента расхода µ и коэффициента скорости φ при истечении воды, недогретой до температуры насыщения, из сопл Лаваля. Отмечена сложность процесса истечения пароводяной смеси, зависящая от соотношения температуры и давления на входе в сопло, давления за соплом и степени расширения сопла, конфигурации входного участка.          Приведены экспериментальные данные по продувкам геометрически подобных сопл с измерением величины реактивной тяги и определением коэффициентов расхода и скорости. Показано, что линейные размеры горла сопла не влияют на µ при соблюдении постоянного соотношения длины горла к его диаметру. Коэффициент скорости при истечении вскипающей жидкости зависит от линейных размеров расширяющейся части сопла, т. е. испытания геометрически подобных сопл не обеспечивают корректное определение φ. Показано, что эффективность сопл необходимо сравнивать на расчетном режиме, когда давление на срезе равно давлению в камере, куда истекает пароводяная смесь. Результаты анализа будут полезны для расчета и проектирования реактивной гидропаровой турбины
Автор:  О. О. Мильман, А. С. Голдин , Б. А. Шифрин, В. Б. Перов, А. В. Птахин, В. С. Крылов , А. В. Кондратьев
Ключевые слова:  сопло Лаваля, эффективность, горло, коэффициент расхода, коэффициент скорости, степень расширения, реактивная сила, давление, температура, пароводяная смесь
Стр:  1301-1315

ВЫПУСК ИЗ ЦИЛИНДРА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Рассмотрены проблемы расчета выпуска из цилиндра двигателя через систему "клапан–клапанный патрубок" на всех режимах течения. Показана необходимость определения параметров выпуска именно в сечении выхода из патрубка, а также уточнения момента запирания потока в клапане и на выходе из патрубка. На основе представления об аналогии с внезапным расширением проходного сечения условного канала получены соотношения для определения коэффициента расхода клапанной системы. Результаты расчетов с помощью данных соотношений хорошо согласуются с результатами продувок клапанной системы реального двигателя. Для упрощения расчетов расхода и наглядного представления режимов течения в системе с использованием критериев теории подобия и газодинамических функций разработана методика построения универсальной двухпараметрической газодинамической характеристики (карты) клапанной системы, аналогичной картам компрессоров и турбин. При этом значения коэффициентов расхода на всех режимах, представленных картой, будут практически едины для систем различного масштаба, имеющих одинаковые параметры геометрического расширения.
Автор:  Ю. А. Гришин, Ф. Б. Барченко
Ключевые слова:  поршневой двигатель, система "клапан–клапанный патрубок", запирание потока, коэффициент расхода, газодинамическая карта, критерии подобия
Стр:  1316 - 1328

PASSIVE CONTROL OF THE FLOW AROUND A CYLINDER BY USING GEOMETRIC MODIFICATIONS
The present study is aimed at reducing the drag loads on cylinders by using a passive control technique which consists in shape modification for streamlined and bluff bodies, particularly those used in aeronautics. Various shapes of elliptic and ovate-elliptic cross sections were tested with studying the effect of geometric parameters, namely, the radius ratio and axial ratio. The flow around the proposed geometries was studied numerically using k–ε, k–ω, and Spalart–Allmaras turbulence models at the Reynolds numbers from 10⁴ to 2.4 ⋅ 10⁴ . The results obtained were compared with those for a circular cylinder of constant radius, showing a significant weakening of aerodynamic forces acting on the cylinder with modified shapes, especially at high Reynolds numbers, for both elliptic and ovate-elliptic geometries with a better performance for the latter
Автор:  F. Djemil, O. Ladjedel, F. Zemani, M. Belharizi, T. Yahiaoui L.Adjlout
Ключевые слова:  flow control, cylinder shape modification, pressure coefficient, drag coefficient
Стр:  1329-1339

ОБ ОРГАНИЗАЦИИ ГОРЕНИЯ В ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ПОТОКЕ ПРИ ДВУХПОЯСНОЙ ПОДАЧЕ ТОПЛИВА
Численно исследовано горение в двухсекционном канале с внезапным расширением при двухпоясной подаче в него разных видов газообразного топлива при числе Маха потока М = 2.2 и температуре его торможения 1700 K. Для поджига углеводородного топлива, подаваемого в канал вдоль его оси (первый пояс подачи), и создания трансзвукового режима горения применяется импульсное газодинамическое воздействие, а после отключения этого воздействия для поддержания режима горения организуется 2-й пояс подачи топлива (водорода или углеводородного топлива) и боковая струя воздуха. Решались осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса с использованием k–ε-модели турбулентности. Горение топлива в канале моделировалось брутто-реакциями. Установлено, что применение водорода во 2-ом поясе подачи топлива в канал позволяет сохранить трансзвуковой режим горения, при этом боковая струя воздуха разрушает ударно-волновую структуру во второй секции канала и обеспечивает тем самым высокоскоростной однородный поток топлива в нем
Автор:  В. П. Замураев, А. П. Калинина
Ключевые слова:  газообразное углеводородное топливо, водород, горение, высокоскоростной поток, дросселирующая струя, трансзвуковой режим
Стр:  1340-1347

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРАЕВЫХ ЭФФЕКТОВ ПРИ ГОРЕНИИ ТОПЛИВА В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ
Представлено экспериментальное исследование горения пастообразного модельного топлива в постоянном объеме (манометрической бомбе). Показано определение закона горения пастообразного модельного топлива, при этом рассмотрено влияние краевых эффектов на поверхность горения топлива из-за использования контейнера, в котором располагалось топливо, и центральной вставки. Также исследовалась возможность увеличения поверхности горения пастообразного топлива за счет создания в исследуемом образце продольных цилиндрических каналов при помощи перфорированных пластиковых вставок.
Автор:  А. Н. Ищенко, Н. М. Саморокова, А. С. Дьячковский, К. С. Рогаев, Е. Ю. Степанов
Ключевые слова:  манометрическая бомба, пастообразное топливо, поверхность горения, краевые эффекты
Стр:  1348-1356

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МЕТОД С РАЗЛОЖЕНИЕМ АДОМИАНА: ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ЛИУВИЛЛЯ–БРАТУ–ГЕЛЬФАНДА ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ
Представлен метод решения сингулярных краевых задач, основанный на совместном применении метода разложения Адомиана и специального интегрального соотношения. Метод успешно использован для приближенного аналитического решения задачи теплового взрыва в цилиндрической области, которая описывается дифференциальным уравнением Лиувилля–Брату–Гельфанда с граничным условием Дирихле. Численные результаты продемонстрировали высокую эффективность этого метода. Ошибки приближенных решений, получаемых на его основе, как минимум на порядок меньше по сравнению с ошибками решений, полученных на основе классического метода разложения Адомиана, а также других родственных ему методов
Автор:  В. А. Кот
Ключевые слова:  сингулярная краевая задача, задача Лиувилля–Брату–Гельфанда, задача теплового взрыва, интегральный метод, метод разложения Адомиана
Стр:  1357-1383

ТЕПЛОЕМКОСТЬ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ
Рассмотрены литературные данные с позиции влияния заместителей на мольные теплоемкости Cp при постоянном давлении для 14 серий органических соединений. С помощью метода корреляционного анализа впервые показано, что экспериментальные и расчетные значения Cp зависят не только от индуктивного, резонансного и стерического влияния, но и от поляризационного эффекта варьируемых заместителей, связанных с неизменным реакционным центром. В отдельных случаях поляризационный эффект оказывает главное воздействие на Cp.
Автор:  Н. М. Хамалетдинова, О. В. Кузнецова, А. Н. Егорочкин
Ключевые слова:  теплоемкость, корреляционный анализ, классические эффекты заместителей, поляризационный эффект
Стр:  1384-1392

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН НА ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ВОДЫ
Экспериментально исследовано влияние высокоинтенсивного акустического воздействия на водородный показатель и температуру воды. Определена динамика pH и температуры воды при разных режимах акустического воздействия на образцы. Установлены режимы акустического воздействия, при которых наблюдается максимальный рост водородного показателя и уменьшение температуры. Выявлена зависимость скорости теплообмена от интенсивности акустических колебаний. Проведено сопоставление полученных экспериментальных результатов по изменению pH воды при охлаждении с известной зависимостью. Полученные в работе результаты сопоставлены с экспериментальными данными других авторов, исследовавших поведение pH воды при ультразвуковом, лазерном, электромагнитном и механическом воздействии.
Автор:  А. А. Жилин
Ключевые слова:  акустическое воздействие на воду, водородный показатель, изменение pH воды, влияние интенсивности воздействия на теплообмен
Стр:  1393-1401

ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ МЕТАЛЛОВ ВТОРОЙ ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Представлены результаты исследования излучательной способности металлов II группы Периодической системы в интервале температур твердое тело–жидкость. Выбор объектов исследования — металлические бериллий, магний и кальций — аргументирован практическим отсутствием в периодических и справочных изданиях данных по излучательной способности этих элементов в широком температурном диапазоне. Метод измерения — радиационный, способ нагрева образца металла — резистивный. Представлена конструкция цилиндрической модели абсолютно черного тела со степенью черноты не ниже 0.99. Материал источника равновесного излучения — металлический тантал. Оценка неопределенности эксперимента составляла 5–8%. Представлены графические иллюстрации результатов эксперимента по каждому исследованному элементу. Полученные комплексные экспериментальные данные по нормальной интегральной излучательной способности в пределах каждой из фаз состояния металлов монотонно возрастают. В области фазового перехода первого рода наблюдается характерное скачкообразное изменение излучательной способности металлов. Результаты исследования обсуждены и сопоставлены с литературными значениями других авторов. Проведен теоретический расчет излучательной способности этих металлов по классической электромагнитной теории с использованием приближения Фута. Сделан вывод о несоответствии теоретических расчетов по излучательной способности с экспериментальными данными
Автор:  Д. В. Косенков, В. В. Сагадеев
Ключевые слова:  металл, бериллий, магний, кальций, излучательная способность, твердая фаза, жидкая фаза, приближение Фута
Стр:  1402-1408

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕРМОМЕХАНОДИФФУЗИОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ШАРНИРНО-ОПЕРТОЙ БАЛКИ ТИМОШЕНКО
Работа посвящена исследованию влияния механического поля на температурные и диффузионные процессы, возникающие при нестационарном изгибе тонких балок. Используемая здесь модель учитывает конечную скорость распространения тепловых и диффузионных возмущений. Математическая постановка задачи включает в себя систему уравнений нестационарных изгибных колебаний балки с учетом тепломассопереноса, которая получена из общей модели термомеханодиффузии для сплошных сред с помощью обобщенного принципа виртуальных перемещений. На примере шарнирно опертой трехкомпонентной балки, выполненной из сплава цинка, меди и алюминия, находящейся под действием нестационарных изгибающих моментов, исследовано взаимодействие механического, температурного и диффузионного полей, а также проанализировано влияние релаксационных эффектов на кинетику тепло- и массопереноса.
Автор:  А. В. Земсков, Д. В. Тарлаковский
Ключевые слова:  термомеханодиффузия, балка Тимошенко, функция Грина, ряды Фурье, тепломассоперенос, нестационарные задачи
Стр:  1409-1420

ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ