Тепло- массообмен и флуктуационные явления при интенсивных фазовых переходах в энерго- и теплоносителях

УДК 536.423 Отчет 20 с. , 19 источников. Ключевые слова: тепло- массообмен, метастабильная жидкость, взрывное вскипание, кризис кипения, экстремальные пульсации, кристаллизация, газогидраты 1. Для разработки и совершенствования высокопроизводительной и экономичной тех-нологии хранения и транспорта газов в гидратном состоянии методом рентгеновской ди-фракции выполнены исследования низкотемпературных неравновесных конденсатов аморфного льда, насыщенных пропаном. Опыты с газонасыщенными конденсатами, приготовленными осаждением разреженного пара и газа на охлаждаемую жидким азотом подложку с использованием как дозвуковых, так и сверхзвуковых потоков, показали образование гидрата пропана. Спонтанная кристаллизация неравновесных конденсатов приводила к формированию газового гидрата с построением кубической кристаллической структуры II типа, характерной для гидрата пропана, приготовленного в условиях близких к равновесным. 2. Для управления формой, структурой и дисперсностью струй вскипающей жидкости экспериментально (с использованием седиметрического метода) исследован дисперсный состав факела распыла струи перегретой воды при истечении из камеры высокого давления через короткие каналы различного сечения. Из экспериментальных данных найдено распределение размеров капель. Найдено, что средний размер капель в температурном интервале от 380 K до 570 K изменяется более чем на порядок от 270мкм до 10мкм. При исследовании свободной струи перегретой воды, истекающей через короткий цилиндрический канал, с помощью тепловизионной диагностики были отмечены неоднородности в факеле распыления струи перегретой жидкости и получены распределения температуры в различных сечениях вскипающего потока. Определена максимальная температура в факеле вскипающей струи на различных расстояниях от выходной кромки канала. 3. Экспериментально исследованы пульсации при пузырьковом и пленочном режимах ки-пения воды на проволочном нагревателе. Использовались одновременные измерения пульсаций электрического тока в нагревателе и пульсаций интенсивности лазерного луча, прошедшего че-рез зону кипения при различных тепловых нагрузках. Найдены корреляции между локальными пульсациями, измеренными лазерным зондированием, и интегральными пульсациями электрического тока. 4. Для диагностики кризисных режимов тепломассопереноса проведено теоретическое исследование случайных процессов в системе уравнений, моделирующей критические про-цессы тепломассопереноса с фазовыми переходами. Показано, что в модельной системе су-ществует критический переход, характеризующийся турбулентным спектром мощности и масштабно инвариантным распределением амплитуд. Критическому состоянию соответствует максимум энтропии, что свидетельствует об устойчивости процесса. 4. В интервале температур 335 – 344 К по изобарам 1.3, 1.6 и 1.9 МПа измерены вре-мена ожидания вскипания перегретого раствора пропан–водород с содержанием водорода 0.1 моль %. Определены частоты зародышеобразования J = 1.2•105 – 1.3•108 м-3с-1 . Выделе-ны области гомогенного и инициированного зародышеобразования. Полученные данные сопоставлены с расчетами по теории гомогенного зародышеобразования. 5. Разработана молекулярно-динамическая (МД) модель для исследования кристалли-зации переохлажденной леннард-джонсовской жидкости методом метадинамики. По данным моделирования при приведенных давлениях p = 0.995, 0 и 6.912 и различных переохлаждениях построены поверхности термодинамического потенциала и определена работа образования критических зародышей W*. Показано, что полученные с помощью метадинамики значения числа Гиббса W*/T хорошо согласуются с рассчитанными из классической теории нуклеации по МД данным о частоте кристаллизации. 6. Исследован теплообмен при кипении эмульсий ПМС-20/вода и ПЭС-5/вода на по-верхности проволочного нагревателя, в условиях естественной конвекции. Выявлена темпе-ратурная и концентрационная зависимость коэффициента теплоотдачи от нагревателя к эмульсиям. Обнаружено, что теплофизические свойства масел практически не влияют на интегральные характеристики теплообмена. 7. Изучена динамика спонтанного вскипания перегретого н-пентана в вертикальном стеклянном капилляре. Жидкость перегревалась путем понижения давления. Показано, что скорость распространения фронта испарения в предельных случаях является линейной и пропорциональной глубине захода в метастабильную область. По экспериментальным ви-деоданным определены динамические углы смачивания. 8. Получены экспериментальные данные по кавитационной прочности электролита (3% водного раствора КОН) на платиновой проволочке в интервале температур от 240 до 300О. Получены данные по предельному насыщению раствора на поверхности платинового электрода продуктами электролиза при комнатной температуре. 9. Методом импульсного нагрева в режиме постоянной мощности измерены значения коэффициентов теплоотдачи чистой воды в широкой области её сверхкритических парамет-ров. Этим же методом и методом управляемого импульсного нагрева в режиме постоянной температуры измерены значения коэффициентов теплоотдачи растворов фторорганических жидкостей с непредельным углеводородом. Полученные данные могут оказаться полезными при проектировании теплообменных устройств, в которых возможно мощное локальное тепловыделение. 10. Проведено исследование сверхпроводниковых систем левитации на предмет макси-мизации подъемной силы и горизонтальной устойчивости. Методом конечно-элементного моделирования исследованы сверхпроводниковые системы левитации трех типов: подвес над опорой, под опорой и в зазоре между опорами.