ИСТИНА

В последнее время уделяется большое внимание исследованию возможностей интенсификации тепломассообмена и повышению энергоэффективности теплообменного оборудования. Так, проницаемые поверхности находят все большее применение в различных устройствах, в которых требуется теплозащита стенок (в этом случае используется вдув газа) либо управление пограничным слоем (при помощи отсоса). В инженерных методиках используются одномерные модели для расчета характеристик тепломассообменных аппаратов. Предварительный анализ показывает расхождение результатов, полученных по одномерной модели, с известными экспериментальными данными в ранее неисследованной области параметров. Данный проект направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с исследованием процессов тепломассобмена и трения при организации сложных течений в трубе с целью возможной интенсификации теплообмена и повышения энергоэффективности в тепломассообменных аппаратах. Проектом предполагается построение алгоритмов и создание программ, позволяющее получить численное решение сложных задач темломассообмена с учетом влияния различных факторов на течение в трубе. Проведение расчетов в широком диапазоне изменения начальных параметров потока в трубе - чисел М, Pr, Re и др., и сравнение результатов как с экспериментальными данными, так и с расчетами, выполненными по одномерной модели, позволит уточнить существующие методики расчета тепломассообменных аппаратов в исследуемой области параметров и провести оптимизацию выбора рабочих параметров и характеристик теплоносителя для ряда прикладных задач.

С использованием трехпараметрической дифференциальной модели турбулентности, обобщенной на течение с теплообменом, проведено численное исследование сверх- и дозвуковых течений в цилиндрической трубе с самоиндуцированным продольным градиентом давления. Исследовались режимы течения в трубе с наличием равномерного отсоса на теплоизолированной стенке, теплового потока на непроницаемой стенке и совместного влияния теплового потока в стенку и отсоса. Получены новые данные по влиянию низких значений числа Прандтля (смеси газов) на число Нуссельта, коэффициент трения и величину турбулентного числа Прандтля при течении в трубе с непроницаемыми стенками. Проведено численное исследование сверхзвукового пограничного слоя на проницаемой и непроницаемой пластине. Для непроницаемой пластины получены зависимости коэффициентов восстановления и аналогии Рейнольдса от основных параметров потока: чисел Рейнольдса, Маха и Прандтля для ряда значений температурного фактора. Результаты расчетов аппроксимированы зависимостями коэффициентов восстановления и аналогии Рейнольдса от числа Прандтля. Для сверхзвукового обтекания газовым потоком проницаемой пластины при малых и больших значениях числа Прандтля получены величины коэффициента восстановления температуры при вдуве и отсосе газа в широком диапазоне параметра проницаемости – от критического вдува до асимптотического отсоса. Для чисел Прандтля, отличных от величины Pr=0.7, получено расслоение по числу Рейнольдса зависимостей коэффициента восстановления от параметра проницаемости. Часть расчетов и эксперимент были проведены в рамках работы по изучению влияния различных факторов на величину температурной стратификации в одном из современных тепломассообменных аппаратов типа "труба в трубе" - устройстве газодинамического энергоразделения. В частности экспериментально исследовано влияние искусственно инициированного падающего скачка уплотнения на температуру теплоизолированной пластины, обтекаемой сверхзвуковым потоком сжимаемого газа. А для коэффициента восстановления температуры (наряду с адиабатной температурой стенки служит для описания эффективности энергоразделения) и коэффицента аналогии Рейнольдса получены новые расчетные зависимости в диапазоне чисел Прандтля 0.1 – 10, чисел Маха 1 – 3 и чисел Рейнольдса до 100000000 для пластины и трубы.