Комплексные исследования гидрогазодинамики и высокоинтенсивного теплообмена с целью создания перспективных объектов энергетики

Комплексные исследования различных процессов высокоинтенсивного теплообмена и гидрогазодинамики в перспективных энергетических установках и аппаратах инновационных технологий. Планируется проведение детальных исследований различных процессов высокоинтенсивного теплообмена и гидрогазодинамики. К этим исследованиям относятся – изучение кипения недогретой жидкости в каналах; моделирование нагрева и частичного таяния снежного покрова и ледяных массивов; изучение стратифицированных паровых взрывов; изучение высокоскоростного способа охлаждения расплавов; изучение особенностей обтекания тел двухфазными потоками с частицами (каплями); изучение гидродинамики и теплообмена в электровихревых течениях электропроводящих сред; изучение возможности синтеза нано- и микрочастиц методом лазерной абляции (в жидкостях) мишеней, изготовленных из лёгких элементов; изучение вопросов люминесценции в пузырьковых средах. Кипение недогретой жидкости в канале является одним из наиболее эффективных способов отвода предельно высоких плотностей тепловых потоков в системах охлаждения различных современных аппаратов и оборудования. Кипение диэлектрических жидкостей, недогретых до температуры насыщения, является перспективным способом охлаждения современных электронных устройств. Для эффективного использования кипения недогретой жидкости в системах охлаждения нужно знать как величину критической плотности теплового потока, при которой происходит собственно пережог греющей поверхности (достижение ею недопустимого уровня температур), так и иметь достаточно четкое представление о гидродинамических и тепловых явлениях, поэтапно ведущих к кризису, предваряющих его, в частности о формировании крупных паровых агломератов в потоке. На сегодняшний день процесс кипения жидкости не поддается строгому математическому описанию и численному моделированию. Он описывается в значительной степени эмпирическими феноменологическими моделями, которые включают в себя описание лишь базовых подпроцессов. Применительно к кипению жидкости, недогретой до температуры насыщения, в такой модели акцент делается на описании процесса испарения жидкости в паровой пузырь из жидкого микрослоя, находящегося между пузырем и поверхностью нагрева, и процесса конденсации пара на куполе пузыря. Для уточнения и развития модели кипения недогретой жидкости требуются дополнительные экспериментальные данные, в частности, данные по отдельным этапам эволюции одиночных пузырей на воде и диэлектрических малотеплопроводных хладонах. Наблюдаемое изменение климата в значительной степени проявляется в полярных и приполярных регионах нашей планеты. Поэтому моделирование нагрева и частичного таяния снежного покрова и ледяных массивов в течение полярного лета является важной современной проблемой. Актуальность исследований стратифицированных паровых взрывов подтверждается результатами отчетов специальной научной группы по изучению проблемы парового взрыва, созданной при Агентстве атомных исследований (The Nuclear Energy Agency). Из содержания этих отчетов следует, что в настоящее время крайне неудовлетворительно изучены вопросы, связанные с возможными механизмами стратифицированных (слоистых) паровых взрывов и влиянием на них оксидов, образующихся на поверхности горячего расплава. Актуальность изучения высокоскоростного способа охлаждения расплавов методом парового взрыва, обусловлена, в первую очередь, потребностями современной техники, развитие которой невозможно без применения новых материалов. Изучение фундаментальных проблем обтекания тел различной формы двухфазными потоками, несущими частицы (капли), необходимо для развития авиационной, ракетно-космической техники, а также для создания перспективных объектов энергетики. Изучение гидродинамических, электродинамических и теплообменных процессов в проводящих средах при протекании через них электрического тока для решения актуальных задач энергетики и электрометаллургии. В связи с развитием новых технологий в электрометаллургии и хранения электроэнергии в настоящее время имеется существенная необходимость в лабораторных исследованиях магнитогидродинамических процессов при течении жидких металлов в магнитном поле. Электровихревые течения (ЭВТ), образующиеся в проводящей среде при прохождении через неё электрического тока переменной плотности, представляют большой интерес как с точки зрения фундаментальной магнитной гидродинамики, так и в плане технических приложений. В прикладном аспекте, подобные задачи возникают при изучении электрошлакового и электродугового переплавов металлов, а также процессов электросварки. Другим, крайне интересным приложением ЭВТ, является интенсивно развивающаяся в настоящее время тематика, связанная с жидкометаллическими накопителями электроэнергии (батареями). Данный тип накопителей энергии обладает значительной ёмкостью, но является достаточно новым и находится в стадии лабораторных исследований. Для этого направления исследований особенно актуальны задачи связанные с поверхностными эффектами и, в частности, МГД-неустойчивостями. Важной задачей является получение малоинерционных частиц-трассеров, пригодных для оптической PIV-диагностики высокоскоростных газовых потоков. Для уменьшения динамического проскальзывания желательно использовать частицы нанометровых размеров с низкой плотностью материала. Покрытие поверхностей оксидных частиц электропроводящими металлами может увеличить их отражательную способность. Поэтому ставится задача синтеза нано- и микрочастиц методом лазерной абляции (в жидкостях) мишеней, изготовленных из лёгких элементов В, С, Al, Si, V и др. Также решается задача легирования получаемых оксидных частиц металлами – серебром, цинком, медью. Планируется исследование физических и оптических свойств частиц. Решается задача модификации микрочастиц в процессе лазерного облучения и получения аморфных наночастиц.