-Ламинарно-турбулентные переходы и теплообмен при свободной конвекции в плоских и кольцевых вертикальных слоях жидкости при стационарных и нестационарных граничных условиях

Проект направлен на получение новых фундаментальных знаний о конвективном теплообмене в вертикальных слоях жидкости при нестационарном или установившемся боковом подводе тепла. Будут изучены процессы формирования свободноконвективных пограничных слоев на разогреваемых и охлаждаемых вертикальных стенках. Будут изучены особенности перехода от ламинарных режимов течения к развитым турбулентным в зависимости от режимов разогрева или охлаждения. В плоских и кольцевых слоях будет изучено экспериментально влияние абсолютных и относительных размеров слоев на сценарии ламинарно-турбулентных переходов в пограничных слоях и в ядре слоя. Плохо изученным до настоящего времени остается вопрос о влиянии толщины, теплопроводности и теплоемкости границ слоев в нестационарных режимах разогрева или охлаждения стенок слоев с внешней стороны. Не достаточно полно исследовано влияние толщины слоя, т.е. перехода от гидродинамически взаимодействующих пограничных слоев, развивающихся на горячей и холодной стенках, к режимам разомкнутых пограничных слоев. В режимах разомкнутых пограничных слоев с ростом перепадов температуры важную роль в процессах конвективного теплообмена играет устойчиво стратифицированное ядро. С ростом перепадов температуры кроме ламинарно-турбулентного перехода в пограничных слоях происходит турбулизация ядра слоя жидкости. Процессы обратного влияния ядра на пограничные слои так же практически не изучены, особенно при нестационарных граничных условиях. Будет исследован и предельный случай разомкнутых пограничных слоев – пограничные слои на нагретой или холодной вертикальной стенке в больших объемах жидкости с нейтральной стратификацией. С использованием современных средств диагностики будет изучено так же влияние стационарной и нестационарной конвекции в прямоугольных полостях на теплообмен и поля температуры в тонких вертикальных стенках (экспериментально) и в перегородках различной теплопроводности, разделяющих области, занятых жидкостью и газом (численно). Будут выполнены физические и численные исследования сопряженного конвективного теплообмена со стационарными и нестационарными граничными условиями при наличии кристаллизации на охлаждаемых стенках. Будут исследованы процессы теплообмена в условиях кристаллизации и плавления слоев гептадекана и воды на вертикальных стенках. В рамках последней фундаментальной проблемы будут экспериментально и численно продолжены исследования влияние инверсии плотности воды на пространственную структуру и интенсивность конвективных течений, на особенности теплообмена вблизи формирующихся и тающих вертикальных поверхностей льда. Будет изучено влияние локальных особенностей теплообмена на формы фронтов кристаллизации воды и легкоплавких материалов (гептадекана, эйкозана ) и плавления. Исследования будут проведены в слоях со всеми жесткими границами и при наличии свободной верхней границы. В последнем случае будет исследовано влияние термокапиллярной конвекции на формы фронтов кристаллизации и плавления. Интерес к перечисленным проблемам обусловлен планами ускоренного освоения шельфовых нефте- и газоносных районов Арктики и технологическими приложениями, например, разработка систем аккумуляции тепла, рост кристаллов.