Тепломассоперенос в пристенных течениях с фазовыми и химическими превращениями

Целью проекта является развитие экспериментальных методов изучения течений в сложных условиях и, на основе этих методов, изучение турбулентного тепломассопереноса в одно- и двухфазных в том числе при наличии химических реакций и горения. Выполнен расчет течения и теплопереноса в полидисперсном турбулентном течении в вертикальном полидисперсном пузырьковом потоке за плоским обратным уступом. Исследовано влияние изменения объемного расходного газосодержания и их начального распределения, начальной температуры жидкости и ее скорости на локальную структуру течения и теплоперенос в двухфазном потоке. Представлены результаты численного исследования структуры течения и тербулентного теплообмена в круглой трубе при установке отсоединённой диафрагмы. Увеличение зазора между диафрагмой и стенкой трубы приводит к изменению структуры рециркуляционной области и устранению застойной зоны в области вторичного вихря. Теплообмен вдоль стенки трубы становится менее интенсивным, а теплосъём с поверхности непосредственно под диафрагмой увеличивается. При увеличении высоты зазора от 0 до 5 мм, теплогидравлическая эффективность повышается на 30%. С использованием скоростной и тепловизионной съемок исследована динамика изменения геометрических параметров и температур испаряющихся капель водно-спиртовых растворов различной концентрации, подвешенных на нити. Получены обобщения данных по динамике испарения капель в зависимости от концентрации летучего компонента в неидеальном растворе. В основу математической модели положены представления о квазистационарном испарении одиночных свободных капель жидкости в безграничной парогазовой среде, компоненты которой подчиняются законам идеального газа. Проведено сопоставление данных с результатами, прогнозируемыми современными моделями испарения капель. Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, основным элементом которой является кольцевой канал, в котором реализовано кольцевое течение Куэтта-Тэйлора. Рабочей жидкостью для установки является водно-глицериновый раствор. Кольцевое течение Куэтта-Тэйлора создается и поддерживается вращением внутреннего цилиндра установки, который приводится во вращение электромотором с редуктором. Скорость вращения внутреннего цилиндра может изменяться от 1 до 6 Гц. Установлено, что амплитудно-частотные спектры и временные осциллограммы, получаемые при проведении экспериментов, могут быть инструментом для получения информации о крупномасштабной вихревой структуре потока в кольцевом течении Куэтта-Тэйлора. Методом PIV получены экспериментальные данные о динамике псевдоожиженного слоя в цилиндрической вихревой камере с нижней подачей газового потока. получены данные о структуре течения внутри слоя частиц. С помощью саже-масляной визуализации показано существование структурированного пристенного потока вдоль внутренней поверхности вихревой камеры. Угол закрутки потока на боковой цилиндрической поверхности, определённый по результатам саже-масляной визуализации, слабо зависит от массового расхода. В основном объёме вихревой камеры вне воздействия торцевых эффектов, течение на цилиндрической поверхности изменяется незначительно. Результаты наблюдений показали, что пристенный поток вдоль торцевой стенки камеры более неоднороден. Замечено, что чем выше массовые скорости потока через камеру, тем больше неоднородность. По-видимому, неоднородность вызвана взаимодействием близлежащих струй, которые поступают в вихревую камеру через отверстия завихрителя. Выполнено экспермиентальное и численное исследование гелий-ксеноновой газовой смесив в каналах сложной формы. Структура потока при течении газа в таких каналах значительно более сложная по сравнению со структурой потока в трубах круглого сечения. Исследование теплоотдачи в потоках гелий-ксеноновой смеси проведено с использованием экспериментальных методов и численного моделирования, данные которых дополняют друг друга. Полученные в рамках проекта результаты вносят существенный вклад в понимание процессов переноса тепла, вещества и импульса в реагирующих потоках. Представленные данные могут быть использованы при проектировании камер сгорания и теплообменников различного типа в теплоэнергетическом оборудовании, в авиационной и космической технике.