Теплообмен и гидродинамика в однофазных и многофазных средах, и в сложных системах при интенсивных внешних воздействиях

Объектом исследования являются теплообмен и гидродинамика в однофазных и многофазных средах, и в сложных системах при интенсивных внешних воздействиях. Цель работы — получение новых экспериментальных и теоретических данных о теплообмене и гидродинамике в однофазных и многофазных средах, и в сложных системах при интенсивных внешних воздействиях. В работе выполнен большой цикл экспериментальных и теоретических исследований. Выполнены экспериментальные исследования кипения жидкости, недогретой до температуры насыщения. Проведена серия сравнительных экспериментов с одиночными пузырями воды и хладона R-113 на греющей поверхности из нержавеющей стали в условиях обогрева лазерным лучом, показано, что эволюция формы пузырей в каждой жидкости обусловлена величиной приведенного давления этих жидкостей во время эксперимента. На основе анализа литературных источников и опытных данных ОИВТ РАН по кризисам теплоотдачи при кипении жидкостей в условиях больших недогревов к практическому использованию рекомендована формула Тонга с скорректированными Челата эмпирическими коэффициентами. Проведены исследования особенностей фрагментации метастабильной жидкости при истечении из сопел различной геометрии. Показано, что в случае конических сопел, доля капель субмикронного размера может достигать 80%. и заметно превышать таковую для цилиндрических сопел. Эксперименты показали снижение доли субмикронных капель с расстоянием от среза сопла, что частично может быть обусловлено инерционной коагуляцией капель (различием скоростей капель разного размера). Выполнена серия экспериментов при кипении в канале хладона R-113, недогретого до температуры насыщения. Опыты показали существенную задержку во времени окончательной конденсации (схлопывания) пузырей хладона в потоке, связанную со малой теплопроводностью жидкого хладона. Это важное для практики обстоятельство должно учитываться при разработке разветвленных систем охлаждения аппаратов, работающих в условиях больших тепловых нагрузок. Создана экспериментальная установка для исследования механизмов фрагментации металлических образцов при плавлении в высокочастотном индукторе. Проведены опыты в условиях как левитирующих, так и неподвижных образцов. Отработана спектральная методика измерения температуры, значение которой доходило до 2000 С. Обнаружен физический эффект разрушения стальных капель посредством интенсивного искрообразования. Предложены и проанализированы различные гипотезы в обоснование этого явления. Разработана теоретическая модель спектральных оптических характеристик облака наночастиц, конденсирующихся в разреженной инертной среде над поверхностью расплавленной меди. Расчетное отражение лазерного излучения облаком наночастиц хорошо согласуется с опытными данными. На основе экспериментов с двумя пробными лазерами получены оценки размера наночастиц. Предложена качественная модель лавинообразного выпадения частиц расплавленной меди на поверхности образца, объясняющая наблюдаемую структуру поверхности твердого образца после эксперимента. С использованием методов визуализации и оптической диагностики изучены вихре-вые структуры за движущейся в турбулентном потоке частицей. С высоким пространственно-временным разрешением получены данные по деформациям продольной и поперечной составляющих мгновенной скорости воздуха в турбулентном следе за частицей. Новые данные по мгновенным скоростям воздуха являются ценной информацией для по-следующих обработки и анализа характеристик сложных нестационарных вихревых структур в турбулентных следах за движущимися крупными частицами. Разработана модель отражения, учитывающая влияние жидкометаллической пленки, образованной при поверхностном плавлении и шероховатости поверхности. Экспериментальные исследования плавления меди показали, что уменьшение коэффициента отражения поверхности вызывается ростом шероховатости поверхности в течение начальных 47 секунд процесса плавления, а в остальные 40 секунд изменением шероховатости жидкой пленки. Получены новые результаты по лазерной абляции титана в чистой воде и в водных растворах азотнокислого серебра. Исследованы режимы абляции при высоких и низких плотностях мощности лазерного облучения с различными импульсными энерговкладами и временами облучения мишени. Изучены морфология, элементный и фазовый составы микро и нанообразований в различных режимах облучения. Показана возможность получения продукта абляции титана, практически полностью находящегося в рентгеноаморфном состоянии. Проведено сравнение результатов легирования серебром частиц титана, циркония и молибдена. Выполнены экспериментальные исследования параметров свечения при гидролюминесценции. Исследованный профиль температур не выявил сверхвысоких температур в сужающем устройстве – температура области свечения не превышала 60 С. Для изучения параметров области разработана система изучения области свечения зондом Ленгмюра. Рекомендации по внедрению: использование результатов в практике научно-исследовательской работы и в учебных процессах. Область применения: энергетическое оборудование.