ОТЧЕТО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ:Критический теплоперенос и экстремальные флуктуации при неравновесных фазовых переходах в энерго- и теплоносителях (итоговый)номер проекта: 15-1-2-7

Цели исследования:1. Установление закономерностей возникновения и устойчивости экстремальных пульсаций в критических режимах теплопереноса с фазовыми переходами. 2. Оптимизация нового метода получения гидратов компонентов природного газа низкотемпературной конденсацией пара из сверхзвуковых молекулярных пучков. Результаты работы.1. Проведено экспериментальное исследование экстремальных температурных пульсаций при переходе от пузырькового к пленочному режиму кипения воды на платиновом проволочном нагревателе при периодическом тепловыделении в условиях закрутки теплоносителя. При низких частотах периодической составляющей тока (менее 0.1 Гц) наблюдалась перемежаемость режимов пузырькового и пленочного кипения. Амплитуда температурных пульсаций при этом возрастала. Результаты интерпретируются как стохастический резонансный отклик системы, когда периодическая составляющая пульсаций возрастает в присутствие шума.2. В теоретическом исследовании нелинейных эффектов в кризисных режимах тепломассопереноса было проведено численное исследование системы двух нелинейных стохастических уравнений, моделирующей экстремальные пульсации в кризисных и переходных процессах с фазовыми превращениями с учетом пространственного взаимодействия флуктуаций. Показано формирование экстремальных флуктуаций во времени и в пространстве с низкочастотной расходимостью спектров мощности. Показано, что при увеличении интенсивности аддитивного белого шума в системе возникает индуцированная шумом синхронизация, представляющая собой неравновесный фазовый переход. Критической точке индуцированного шумом перехода соответствуют максимум энтропии и экстремальные пульсации со спектром мощности обратно пропорциональным частоте. Совместное действие шума и периодической силы на взаимодействующие фазовые переходы в кризисных режимах тепломассопереноса показало стохастический резонансный отклик, когда амплитуда периодических пульсаций многократно возрастает при добавлении шумового сигнала. В пространственно распределенной системе на фоне образования и движения волн под воздействием белого шума при внешнем периодическом возмущении можно наблюдать пространственно-временной стохастический резонанс. В области пространственно-временного стохастического резонансе наблюдается увеличение амплитуды и расширение границ области периодических пульсаций под влиянием белого шума. Определены мощности периодических пульсаций в зависимости от интенсивности внешнего шума при пространственно временном стохастическом резонансе.Рассчитана спектральная энтропия случайных процессов. Спектральная энтропии дает возможность исследовать устойчивость случайных процессов непосредственно по спектрам мощности, не прибегая к вычислению функций амплитудных распределений. В отличие от статистической энтропии Гиббса – Шеннона, спектральная энтропия вблизи критического состояния имеет минимум. Положение минимума спектральной энтропии соответствуют критическому состоянию системы, при котором спектры флуктуирующих величин обратно пропорциональны частоте.Проведен энтропийный анализ устойчивости случайных процессов с спектром. Определены значения показателя , при которых процесс более устойчив. Исследованы два класса систем. Найденные значения показателей равны, соответственно, и .2. Проведены исследования динамики вскипания закрученных потоков перегретых жидкостей при истечении из камеры высокого давления. Предварительная продольная закрутка потока в камере осуществлялась вращающимся лопаточным завихрителем с двумя лопастями. Скорость вращения завихрителя в опытах устанавливалась в 350 об/мин и 900 об/мин. Начальные параметры (температура и давление) в рабочей камере изменялись как вдоль линии насыщения, так и по изобаре 4 МПа. Опыты показали, что эволюция формы струи в зависимости от начальной температуры при закрутке в 350 об/мин не претерпела никаких изменений по сравнению с незакрученной струей, а при скорости вращения 900 об/мин переход от конической формы струи к полному раскрытию струи происходил при более высокой температуре (на 30К), чем для незакрученной струи. Экспериментально установлено, что в переходных режимах в поведении формы струи – переход от конической формы струи к полному раскрытию и обратно - спектр мощности пульсаций угла раскрытия струи изменялся обратно пропорционально частоте в области низких частот (1/f флуктуации). 3. Проведено экспериментальное исследование устойчивости гидрата пропана, сформированного в низкотемпературных слоях газонасыщенного аморфного льда, полученного низкотемпературной конденсацией пара из сверхзвуковых молекулярных пучков. Кристаллизация аморфных слоев льда, насыщенного пропаном, в условиях сильной метастабильности приводит к образованию газового гидрата. Искусственно внесенные в неравновесные конденсаты кристаллики воды обеспечивали условия для возникновения «горячих» центров и переход к взрывному режиму кристаллизации в аморфной среде. Увеличение содержания пропана в аморфных слоях в диапазоне от 0 д