Исследования процессов и разработка научно-технических основ высокоинтенсивного теплообмена и гидродинамики в перспективных энергетических установках и аппаратах инновационных технологий

Отчет 118 с., 1 кн., 62 рис., 2 табл.,146 источн. ТЕПЛООБМЕН, КИПЕНИЕ, МЕТАСТАБИЛЬНОСТЬ, ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ, ГИДРОЛЮМИНИСЦЕНЦИЯ Показано, что в режиме регулярного кипения недогретой жидкости паровые пузыри в “ансамбле” (большом количестве) на протяженной поверхности нагрева ведут себя в достаточной степени автономно, как одиночные пузыри, проходя путь от зарождения до схлопывания, причем последнее происходит уже, как правило, после отрыва пузыря в поток холодной жидкости. Изучив и правильно описав весь цикл жизни одиночного пузыря, можно предсказать его поведение в ансамбле и уточнить феноменологическую картину (модель) процесса кипения недогретой жидкости. Выполнено моделирование солнечного нагрева и плавления льда на поверхности замерзающих озер и океана в арктической зоне России. Отчетливо показано, что при отсутствии снежного покрова весеннее таяние озерного льда начинается с его нижней поверхности. Выявлено, что таяние льда происходит благодаря объемному поглощению солнечного излучения. Это поглощение зависит от рассеяния солнечного света многочисленными пузырьками газа в объеме льда. Отметим, что результаты расчетно-теоретического анализа согласуются с опубликованными данными полевых измерений. Также с использованием экспериментальных данных для арктического морского льда получены оценки таяния льда во время полярного лета. При это учитывается образование множества неглубоких водоемов с талой водой на поверхности льда. Предполагается, что результаты работы представляют интерес в связи с дистанционным мониторингом процесса глобального потепления. Получены новые экспериментальные данные по форме и строению фрагментов легкоплавких материалов (олово, цинк, свинец, алюминий, висмут, оловянно-свинцовый припой), образующихся при маломасштабных паровых взрывах. Посредством рентгеноструктурного анализа подтверждено образование осколков с аморфной структурой только в процессе тонкой фрагментации расплавов. Проведены наладочные опыты по исследованию фрагментации металлогидридных материалов. Отлажена методика исследования водородопоглощающих характеристик на образцах из сплавов на основе лантана и никеля. Явления соударения переохлажденной капли воды с холодной поверхностью широко распространены в природных и технических процессах. Примерами здесь могут служить процесс обледенения самолета, вызываемый ударами и замерзанием переохлажденных капель воды на крыле, фюзеляже и воздухозаборнике и значительно снижающий подъемную силу и увеличивающий лобовое сопротивление. Аналогичным образом, обледенение ветряных турбин или воздушных линий электропередачи в энергетическом секторе может привести к различным проблемам. Выполнен анализ некоторых особенностей гравитационного осаждения одной или двух водяных капель на модель с полусферическим торцом при различных температурах. Представлены основные итоги проведенных исследований, как положительные, так и отрицательные. Они включают методические вопросы, связанные с диагностикой факелов вскипающей воды, ряд вопросов расчетно-теоретического анализа, связанных с механизмом вскипания сильно перегретой воды, описания структуры паро-воздушно-капельных факелов распыленной воды. Приведены результаты применения впрыска воды в компрессор промышленной турбины малой мощности и соответствующие рекомендации по проектированию систем впрыска, краткое описание применения тонкого распыла перегретой воды в системах пожаротушения. Описаны результаты экспериментального исследования особенностей нагревания металлов вплоть до температуры плавления по отражательной способности поверхности, которое проводилось в при воздействии импульсного лазерного излучения, сфокусированного на поверхности металлических образцов, устанавливаемых в фотометрическом шаре. Рассеянный в шаре поток лазерного излучения измерялся фотоэлементом, расположенным нормально к оси лазерного пучка. Исходная отражательная способность образцов измерялась стандартным фотометрическим методом. Для всех исследованных образцов, устанавливаемых в фотометрическом шаре, (серебро, медь, алюминий, дюралюминий, сталь) величина отражательной способности уменьшалась по мере нарастания мгновенного значения интенсивности излучения в импульсе и достигала минимума в момент, совпадающий с максимумом импульса. Описаны результаты по лазерной абляции титана и ванадия в водных растворах нитрата серебра (AgNO3), а также уточнена морфология полученных лёгких сферических оксидных частиц (диаметром ~ 1 мкм) с поверхностями, легированными серебром. Выполнено сравнение с результатами лазерной абляции в растворе (H2O+AgNO3) более тяжёлых металлов – циркония, молибдена, полученными ранее. Апробирована модификация лазерным излучением (дробление, сплавление, гибридизация) готовых промышленных нано порошков оксида циркония в чистой воде и водном растворе (H2O+AgNO3). Изучены особенности возникновения и развития электровихревых течений. Численно исследованы режимы с импульсным внешним МП. С ростом частоты МП амплитуда колебаний скорости уменьшается, так же уменьшается размер области, где происходят колебания скорости. В режиме с частотой МП 1 Гц наблюдаются повышенные амплитуды колебания скорости. Также при отключении внешнего МП происходит переход от двувихревой структуры ЭВТ к одновихревой, который сопровождаются большими колебаниями скорости. Экспериментально исследован режим с внешнем МП 5×10-4 Тл, показано, что при частоте МП 1 Гц имеют место колебания скорости с достаточно большой амплитудой. Описаны некоторые результаты исследования генерации гидролюминесценции при прокачивании диэлектрической жидкости за счет трибоэффектов. Были получены спектры наблюдаемого свечения; по спектральным линиям были определены химическое элементы, присутствующие в жидкости рабочего участка.