ТОМ 98, №2

ОПТИМАЛЬНЫЙ СИНТЕЗ ТЕПЛООБМЕННЫХ СИСТЕМ
Построена область физической реализуемости двух- и многопоточного теплообмена в пространстве термодинамических показателей: тепловой нагрузки, диссипации энергии и коэффициента теплопроводности. Граница этой области достижима в противопоточном теплообменнике вытеснения при соблюдении условий, наложенных на теплоемкости потоков. С использованием понятия термодинамической эквивалентности двухпоточного теплообменника и многопоточной системы сформулированы требования к оптимальной теплообменной системе. Показано, что построенные по предложенному алгоритму зависимости температур холодного и горячего потоков от тепловой нагрузки в эквивалентном теплообменнике определяют общее число двухпоточных ячеек в системе, их тепловые нагрузки, коэффициенты теплопереноса, производство энтропии, структуру контактов. При этом каждый горячий поток в оптимальной системе может контактировать с несколькими холодными и каждый холодный — с несколькими горячими.        Рассмотрены случаи изменения фазового состояния потоков. Учтены ограничения на температуры всех или части потоков на входе и на выходе из системы теплообмена. Предложен алгоритм выбора свободных параметров потоков, их теплоемкостей, граничных температур, распределения поверхностей контакта.
Автор:  А. M. Цирлин
Ключевые слова:  двух- и многопоточный теплообмен, тепловая нагрузка, диссипация энергии, коэффициента теплопроводности, оптимальная теплообменная система, эксергия, энтропия
Стр:  287

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ИЗОТОПОВ ГЕРМАНИЯ ПО МНОГОЭТАПНОЙ СХЕМЕ В ПРЯМОУГОЛЬНОМ КАСКАДЕ
Рассмотрены многоэтапные схемы концентрирования изотопов германия в прямоугольном каскаде с заданным числом ступеней, точкой подачи питания, потоком питания ступеней и каскада. Проведен вычислительный эксперимент по разделению тетрафторида германия в каскаде с большими коэффициентами разделения ступеней, характерными для газовых центрифуг. Расчеты каскада выполнены методом варьирования срезов парциальных потоков ступеней с минимизацией отклонений рассчитываемых потоков питания ступеней от заданного потока. Для минимизации использован алгоритм пчелиной колонии, обеспечивающий требуемую точность определения параметров каскада. 
Автор:  В. А. Палкин
Ключевые слова:  разделение изотопов, прямоугольный каскад, газовые центрифуги, изотопы германия
Стр:  302

МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНО-ВОЛНОВОГО НАГРУЖЕНИЯ ЗОЛОТА И СПЛАВОВ С НИМ В КАЧЕСТВЕ КОМПОНЕНТА ДО 1000 ГПа
Выполнено численное моделирование термодинамических параметров ударно-волнового нагружения золота и сплавов, содержащих золото в качестве компонента, с помощью термодинамически равновесной модели. Модель позволяет учитывать наличие полиморфного фазового перехода в материале, подверженном ударно-волновому воздействию, что существенно для достоверного моделирования как чистого материала, так и сплавов, содержащих этот материал. Получены уравнения состояния для двух фаз золота с использованием экспериментальных данных. Построены ударные адиабаты для этих фаз в диапазоне давлений 1–1000 ГПа. Рассчитаны значения давления на изотермах, а также значения теплоемкости, энтропии и энтальпии вдоль изобары золота. Проведено сравнение результатов выполненного моделирования с экспериментальными данными и с результатами расчетов других авторов. Достоверно описано ударно-волновое нагружение сплошных и пористых сплавов золота со свинцом и золота с германием. Полученные уравнения состояния могут быть полезны в практических применениях и в ударно-волновых экспериментах.
Автор:  К. К. Маевский
Ключевые слова:  уравнение состояния, ударная адиабата, термодинамическое равновесие, фазовый переход, сплавы, золото
Стр:  307

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ПРОЦЕССЕ РЕКТИФИКАЦИИ СОГЛАСНО ТЕОРИИ ВНУТРЕННЕГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Представлена теория внутреннего энергосбережения, учитывающая многократную конденсацию пара на тарелках ректификационной колонны. Протекающий на тарелках тепломассоперенос проанализирован с точки зрения законов термодинамики. Приведена формула для количественной оценки внутреннего энергосбережения при ректификации с учетом различных агрегатных состояний исходной смеси. С помощью теории внутреннего энергосбережения доказано, что при подаче "холодной" (без предварительного нагрева) исходной смеси в ректификационную колонну затраты теплоты на ее разделение становятся меньше суммарных затрат теплоты в кипятильнике колонны и в подогревателе исходной смеси. Доказано, что при разделении исходной паровой смеси в ряде случаев с целью снижения затрат целесообразна ее предварительная конденсация в кипятильнике
Автор:  М. К. Захаров, Д. Б. Плетнев, Е. А. Губкин
Ключевые слова:  внутреннее энергосбережение, ректификация, конденсация, испарение, парожидкостная смесь, холодная смесь
Стр:  315

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В АЭРОЗОЛЯХ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РЕСПИРАТОРНЫХ ЭПИДЕМИЙ
Впервые выявлены теплофизические процессы, влияющие на распространение респираторных эпидемий за счет высыхания аэрозоля, содержащего вирус размером около 100 нм, или его замерзания. Показано, что достаточно быстрое высыхание или замерзание микронного аэрозоля, вырабатываемого внутри больного человека, приводит к росту лапласова давления внутри него, которое механически разрушает вирус. Установлено, что характерное время фазовых переходов не превышает 3 млс для микронного аэрозоля и что наиболее благоприятные условия для выживания вируса в аэрозоле — температура воздуха вблизи нуля Цельсия и высокая влажность воздуха, обеспечивающие достаточно большое время существования аэрозоля и, следовательно, вируса внутри него.
Автор:  П. С. Гринчук, С. М. Данилова-Третьяк, С. П. Фисенко
Ключевые слова:  аэрозоль, испарение, замерзание, лапласово давление, влажность воздуха, температура воздуха, COVID-19
Стр:  323

ДИНАМИКА И ИСПАРЕНИЕ КАПЕЛЬ В ВОСХОДЯЩЕМ КОНВЕКТИВНОМ ПОТОКЕ НАГРЕТОГО ВОЗДУХА
Рассмотрена методика определения скорости испарения осаждающихся через высокотемпературную зону в гравитационном поле одиночных капель и их кластера с учетом конвективного восходящего потока газа. Представлены результаты экспериментального исследования скорости испарения капель в конвективном потоке, получены аппроксимационные зависимости для распределения температуры по высоте нагревателя для разных значений его мощности. Разработана физико-математическая модель свободной конвекции внутри открытой цилиндрической трубы и гравитационного осаждения капель в восходящем конвективном потоке. Проанализировано влияние размера капель и величины мощности подводимой к стенкам тепловой энергии на температуру капель и потерю массы.
Автор:  О. В. Матвиенко, В. А. Архипов, В. И. Романдин, О. И. Данейко, С. А. Басалаев , Н. Н. Золоторёв
Ключевые слова:  одиночная капля, кластер капель, гравитационное осаждение, высокотемпературная среда, испарение, экспериментальное исследование, математическое моделирование
Стр:  326

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДА ГОРЕНИЯ В ДЕТОНАЦИЮ В СМЕСЯХ н-ГЕПТАНА С КИСЛОРОДОМ
Представлены результаты экспериментального исследования процесса перехода горения в детонацию в бедной, стехиометрической и богатой смесях н-гептана с кислородом при повышенной начальной температуре — 105^oС. Исследования проводились в нагреваемой детонационной трубе круглого сечения внутренним диаметром 22 мм для случая маломощного искрового инициирования горения. Экспериментально установлены зависимости расстояния и времени перехода горения в детонацию от начального давления и состава смеси. Получены типичные "следовые" отпечатки детонационных волн при различных начальных условиях, измерены характерные размеры детонационной ячейки.
Автор:  П. Н. Кривошеев, Е. А. Баранышин, О. Г. Пенязьков
Ключевые слова:  смесь н-гептан/кислород, ускорение пламени, переход горения в детонацию, расстояние и время перехода горения в детонацию, детонационная ячейка
Стр:  338

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОРРЕФИКАЦИИ БИОТОПЛИВА И ЕГО ГАЗИФИКАЦИИ В СВЕРХАДИАБАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ
Показаны преимущества метода торрефикации биотоплив как перспективного способа предварительной термохимической обработки твердых топлив на основе биомассы с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. Представлены результаты по торрефикации древесной щепы и торфа в атмосфере азота. При торрефикации торфа наблюдался значительный эффект его саморазогрева. Полученные образцы торрефицированного биотоплива были газифицированы в сверхадиабатическом реакторе. Проведен сравнительный анализ характеристик газификации для исходной (необработанной) щепы и торрефицированной щепы. Представлены данные по составу газофазных продуктов газификации и концентрации оксида азота, полученные с помощью электрохимических газоанализаторов. С помощью сравнительного анализа состава жидкофазных продуктов газификации методом масс-спектрометрии установлен факт относительно большего присутствия более тяжелых органических компонент в конденсате при газификации торрефицированной щепы. Полученные данные подтверждают перспективность совместного применения методов торрефикации и газификации биотопливных смесей в сверхадиабатическом режиме как энергоэффективного и экологичного метода переработки и утилизации отходов коммунального хозяйства, лесотехнического, аграрного и промышленного производств
Автор:  Н. М. Горбачев, С. И. Футько, А. В. Власов, М. И. Русакевич, И. А. Козначеев, Д. С. Макаренко, Т. Н. Бочко
Ключевые слова:  биомасса, биотопливо, газификация биомассы, торрефикация биомассы, пиролиз и газификация древесины, оксиды азота, твердые коммунальные отходы, фильтрационное горение, сверхадиабатический эффект, термогравиметрический анализ, газовый анализ, масс-спектрометрия
Стр:  345

ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ В ВЫБРОСАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ
Методом хромато-масс-спектроскопии выполнен количественный анализ концентраций 16-и соединений класса полициклических ароматических углеводородов в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу поршневым двигателем внутреннего сгорания. В качестве топлива использовались наиболее распространенные товарные бензины АИ-92, АИ-95 и АИ-98. Изучено влияние октанового числа бензина на выбросы полициклических ароматических углеводородов при работе двигателя в режимах холостого хода, повышенных оборотов, нагрузки и холодного запуска (прогрева), а также в переходном режиме многократного резкого повышения оборотов с nmin = 750 мин^–1 до nmax = 5600 мин^–1 и обратно. Для улавливания полициклических ароматических углеводородов в потоке выхлопных газов двигателя создана установка, принцип работы которой основан на аспирировании газов через сорбенты с хорошо развитой поверхностью. Показано, что эмиссия большинства полициклических ароматических углеводородов при работе двигателя на основных режимах эксплуатации автомобиля многократно (для отдельных соединений, например, бенз(а)пирен и бенз(а)антрацен — в десятки, а то и в сотни раз) превышает опорную величину, установленную Всемирной организацией здравоохранения и Европейским агентством по окружающей среде для атмосферного воздуха населенных пунктов. С увеличением октанового числа бензина концентрация сильно канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (бенз(а)пирена и бенз(а)антрацена) в отработавших газах уменьшается, но остается в пределах, угрожающих жизни и здоровью людей.
Автор:  М. С. Ассад, В. В. Писарев, А. Н. Ознобишин
Ключевые слова:  полициклические ароматические углеводороды, канцерогенность, двигатель внутреннего сгорания, бензин, октановое число
Стр:  358

ТЕРМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РАДИАТОРА С ПРОСТРАНСТВЕННОЙ РЕШЕТЧАТОЙ УПОРЯДОЧЕННОЙ СТРУКТУРОЙ В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ
Представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований термических параметров радиаторов, выполненных на основе пространственной решетчатой упорядоченной структуры в условиях свободной воздушной конвекции. Для обеспечения визуализации качественной картины, а также подтверждения достоверности количественных результатов исследования, авторами проведены тепловизионные исследования, позволившие определить общую картину распределения термических параметров по высоте радиатора. Полученные результаты физического и математического моделирования показывают удовлетворительное соответствие расчетов термического состояния теплоотдающего элемента (ТЭ) № 2 данным, полученным в экспериментальных исследованиях, в диапазоне тепловых нагрузок от 2 до 20 Вт. Для случая ТЭ № 1 наблюдаются некоторые отклонения, которые могут свидетельствовать о наличии застойной зоны в центре радиатора, способствующей снижению влияния свободной конвекции как доминирующего механизма теплообмена.
Автор:  А. А. Лопатин, Р. А. Габдуллина, А. Р. Биктагирова, А. А. Терентьев, А. А. Саетгараев, О. В. Лопатина
Ключевые слова:  радиатор с пространственной решетчатой структурой, теплоотдача, эффективная теплопроводность, трехмерные пространственные решетчатые конструкции
Стр:  369

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ В ПРОСТАИВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЕ С ИНДУКЦИОННЫМ НАГРЕВАТЕЛЕМ ПРИ НАЛИЧИИ ЗАКОЛОННОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Исследованы особенности полей локальной скорости жидкости и температуры в простаивающей скважине (в отсутствие движения жидкости в стволе скважины) в условиях локального индукционного нагрева металлической трубы (обсадной колонны) при наличии заколонного перетока жидкости — вертикального потока жидкости, омывающего колонну с наружной стороны, на основе численного решения уравнений Навье–Стокса в приближении Буссинеска–Обербека в инженерном пакете Ansys Fluent. Установлено, что в отсутствие заколонного перетока область возмущения полей температуры и локальной скорости жидкости, в которой образуется вихревое движение за счет естественной тепловой конвекции, не превышает 1.5 м над участком нагрева. При наличии перетока размер возмущенной области кратно увеличивается по вертикали, что обусловлено разогревом колонны над участком индукционного воздействия за счет теплообмена с восходящим потоком в заколонном пространстве. Продемонстрирована чувствительность температуры внутренней поверхности колонны и температуры жидкости в стволе скважины к наличию заколонного перетока. Предложены качественные и количественные критерии, указывающие на наличие заколонного перетока жидкости над участком индукционного нагрева. Выполнено сравнение результатов численных расчетов с экспериментальными данными, полученными с использованием лабораторного стенда
Автор:  Ф. Ф. Давлетшин, Р. З. Акчурин, А. Ш. Рамазанов, Р. А. Валиуллин, Р. Ф. Шарафутдинов, И. В. Канафин
Ключевые слова:  индукционный нагрев, температура, пресноводные горизонты, простаивающая скважина, заколонный переток, естественная тепловая конвекция
Стр:  381

ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ НА ВХОДЕ В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩУЮ СБОРКУ КАССЕТНОГО ТИПА РЕАКТОРА РИТМ-200 АТОМНОЙ СТАНЦИИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
Приведены результаты исследований течения теплоносителя на входе в ТВС кассетного типа активной зоны реактора РИТМ-200 атомной станции малой мощности. Целью работы является экспериментальное определение влияния элементов конструкции входной части ТВС на гидродинамику теплоносителя в активной части твэльного пучка и выработка рекомендаций по оптимизации конструкции отдельных элементов входной части ТВС. Для этого проведены эксперименты на масштабной модели, имитирующей геометрию проточной части входа в ТВС от дроссельной шайбы до второй дистанционирующей решетки в твэльном пучке. Эксперименты проводились пневмометрическим методом. Скорость потока измерялась по всему поперечному сечению экспериментальной модели. Особенности течения теплоносителя визуализированы картограммами осевой скорости в поперечных сечениях экспериментальной модели. Опытные данные использованы при гидравлическом профилировании входной части ТВС, а также при обосновании теплотехнической надежности новых кассетных активных зон. База опытных данных использована при валидации CFD-программы ЛОГОС, а также для уточнения методик теплогидравлического расчета активных зон
Автор:  С. М. Дмитриев, Т. Д. Демкина, А. А. Добров, Д. В. Доронков, Д. С. Доронкова, А. Н. Пронин, А. В. Рязанов
Ключевые слова:  ядерный реактор, активная зона, тепловыделяющая сборка, входная часть, твэльный пучок, диффузор, поглощающая решетка, дистанционирующая решетка, осевая скорость, теплоноситель, гидродинамика
Стр:  394

ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ α-ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА ИЗМЕНЕНИЕМ ВЗАИМНОЙ ОРИЕНТАЦИИ ЦИЛИНДРОВ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ
Мощность V-образного α-двигателя Стирлинга можно сильно повысить уменьшением угла Δψ между цилиндрами нагревателя и охладителя. Это происходит вследствие стремления к нулю разности фаз между колебаниями их поршней. Вместе с уменьшением угла Δψ уменьшается и коэффициент гидравлического сопротивления регенератора KΣ. Увеличение угла Δψ приводит к появлению критического значения KΣ, когда двигатель перестает работать.
Автор:  К. О. Сабденов
Ключевые слова:  α-двигатель Стирлинга, нагреватель, охладитель, регенератор, изотермическое приближение
Стр:  404

CFD STUDY OF THE AIR FLOW AND HEAT TRANSFER IN A LOUVERED FINNED HEAT EXCHANGER FOR VEHICLES
The air flow and the heat transfer in louver fins were simulated using the CFD method. The results of the CFD calculations on the air pressure drop in the air flow and on its outlet temperature were compared with the experimental data, obtained for the air velocities 1.5, 2.5, 3.5, and 4.5 m/s. In all these cases, the errors in determining the pressure drop in the air flow and in its outlet temperature were within 10%. The influence of the louver angle, the fin pitch, and the louver pitch on the rate of heat transfer in the air flow and on the pressure drop in it were investigated
Автор:  Xiaohu Jiao and Runze Yanga,
Ключевые слова:  louver fin, laminar flow, numerical simulation
Стр:  413

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА НАНОЖИДКОСТЯМИ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ
Исследована интенсификация конвективного теплообмена наножидкостями на основе изопропилового спирта и этиленгликоля с углеродными нанотрубками в цилиндрическом канале с тепловым потоком постоянной плотности на стенке канала. Экспериментально установлено, что указанные наножидкости псевдопластические и поэтому их реология хорошо описывается моделью степенной жидкости. Показано, что скорость течения такой наножидкости в области стенки канала увеличена и профиль скорости этого течения уплощен. Указанный эффект усиливается с увеличением концентрации углеродных нанотрубок в наножидкости. Установлено, что деформация профиля скорости течения наножидкости приводит к увеличению ее коэффициента теплоотдачи, что является одним из механизмов интенсификации конвективного теплообмена наножидкостями с углеродными нанотрубками. Увеличение коэффициента теплоотдачи наножидкости по сравнению с коэффициентом теплоотдачи ее базовой жидкости особенно велико для наножидкостей с одностенными углеродными нанотрубками. При их концентрации 0.25% в наножидкости на основе изопропилового спирта теплоотдача наножидкости в 2.7 раза выше теплоотдачи базовой жидкости и коэффициент теплогидравлической эффективности течения наножидкости при малых числах Рейнольдса может достичь 3.5.
Автор:  В. Я. Рудяк, Д. В. Гузей, А. В. Минаков
Ключевые слова:  наножидкость, теплогидравлическая эффективность, теплоотдача, углеродные нанотрубки
Стр:  420

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ АНОМАЛЬНОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА НА ПОВЕРХНОСТИ С НАКЛОННОЙ КАНАВКОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ ЧИСЛЕННОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
Рассматривается прогнозирование усиления аномальной интенсификации теплообмена на поверхности с наклонными канавками с помощью методов численной оптимизации. Ранее показано, что аномальная интенсификация отрывного течения и теплообмена в наклонных канавках с полусферическими окончаниями наблюдается при движении водного и воздушного теплоносителей в структурированных каналах. Оптимизация формы канавки в плане позволяет увеличить эффект аномальной интенсификации теплоотдачи от нагретой структурированной поверхности. Оптимизация проведена с помощью мультиобъектного генетического алгоритма в рамках численного моделирования на базе решения полных уравнений Навье–Стокса, осредненных по Рейнольдсу. Предложена слезообразная форма наклонной канавки, которая позволяет значительно повысить интенсивность теплообмена вблизи нагретой структурированной поверхности.
Автор:  С. А. Исаев, А. Е. Усачов , О. А. Сапунов, Д. В. Никущенко
Ключевые слова:  теплообмен, интенсификация, численное моделирование, оптимизация, турбулентность
Стр:  433

ОБОБЩЕНИЕ МОДЕЛИ СКЛОНОВЫХ ТЕЧЕНИЙ ПРАНДТЛЯ НА СЛУЧАЙ ПРИСУТСТВИЯ В СРЕДЕ ТЯЖЕЛОЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ ПРИМЕСИ
Модель склоновых течений Прандтля обобщена на случай, когда на наклонной нижней границе имеется однородный стационарный источник тяжелой тепловыделяющей примеси, масса и тепловыделение которой вносят заметный вклад в плотность среды. Получено стационарное аналитическое решение для скорости возникающих склоновых течений, отклонений температуры и распределения примеси. Модель может описывать, например, некоторые особенности динамики атмосферных течений, обусловленных аэрозолем, поглощающим солнечное излучение
Автор:  Л. Х. Ингель
Ключевые слова:  склоновые течения, модель Прандтля, тяжелая примесь, тепловыделяющая примесь, аэрозоль в атмосфере
Стр:  442

ENHANCED BIOCONVECTION ADJACENT TO PERMEABLE CYLINDER IN HYBRID NANOFLUIDS: BACTERIA DISTRIBUTION AND PHYSICAL FEATURES UNDER MAGNETIC FIELD INFLUENCE
The presence of motile bacteria within hybrid nanofluids induces the phenomenon of bioconvection. The hybrid nanofluid was subjected to the presence and distribution analysis of Bacillus cereus, Bacillus brevis, Salmonella typhimurium, and Pseudomonas fluorescens. This study explains the theoretical analysis of a hybrid fluid with nanoparticles and gyrotactic microorganisms subjected to induced magnetic field in three dimensions. Using the group technique, the governing system of equations has been simplified to a set of ordinary differential equations (ODEs). The present study was motivated by an investigation into the effects of several parameters. The Prandtl number Pr, magnetic parameter M, inclination angle γ, shape factor n, permeability coefficient k_p, diffusion coefficient of microorganism D_n, Brownian motion coefficient D_B, thermophoresis diffusion coefficient D_T, and concentration difference δ_c are examples of such parameters. For different flow regulating parameters, the modification of physical quantities, such as temperature, velocity, nanoparticle characteristics, and the density of motile microorganisms, is observed with precise physical features. 
Автор:  Samah M. Mabrouk, Ehsan H. Nasr, Abd Elnaby Kabeel, and Ahmed S. Rashed
Ключевые слова:  bioconvection, hybrid fluid, Brownian motion coefficient
Стр:  448

ANALYSIS OF BIOCONVECTIVE FLOW OF VISCOELASTIC FLUID PAST AN ELONGATING AND CONVECTIVELY HEATED SURFACE IN A NON-DARCIAN POROUS REGIME
This study examines a laminar, magnetohydrodynamic bioconvective flow of an incompressible, time-independent viscoelastic fluid with gyrotactic motile microorganisms across an elongating and convectively heated surface in a non-Darcian porous regime. The effects of activation energy and heat sink are considered in concentration and energy equations. Governing equations are transformed into a nondimensional form by applying proper similarity variables. Here, use is made of MATLAB-bvp4c code to solve the transformed equations. Impact of various physical parameters on the profiles of the density of motile microorganisms, velocity, concentration, and temperature are detected graphically. It is shown that the velocity profile is reduced with increase in the viscoelasticity parameter and bioconvection Rayleigh number. Activation energy diminishes the concentration profile but amplifies the density profile of motile microorganisms.
Автор:  Utpal Jyoti Das, Indushri Patgiri, and Jubi Begum
Ключевые слова:  magnetohydrodynamics, viscoelastic fluid, heat sink, bioconvection, activation energy.
Стр:  461

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНО-БИТУМНОГО ВЯЖУЩЕГО, ОПИСЫВАЕМОГО МОДЕЛЬЮ КРОССА, В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБЕ
Проведено математическое моделирование течения полимерно-битумного вяжущего в цилиндрической трубе. Для исследований были выбраны окисленные битумы БНД 70/100, модифицированные сополимером бутадиена и стирола. Результаты испытаний показали, что реологические свойства рассматриваемого вяжущего вещества могут быть описаны моделью Кросса. При малых скоростях сдвига пространственная структура, сформировавшаяся в результате модифицирования битума полимером, сохраняется, и течение характеризуется высокими значениями эффективной вязкости. При больших скоростях сдвига процесс разрушения пространственной структуры становится интенсивным и сопровождается уменьшением вязкости. С ростом температуры происходит переход вяжущего из гелеобразного состояния в жидкое. С увеличением среднерасходной скорости формирование динамического пограничного слоя и стабилизация течения происходят на больших расстояниях от входа. Значения эффективной вязкости в приосевой зоне увеличиваются вниз по потоку. По мере гидродинамической стабилизации в приосевой области формируется зона высоковязкого течения. В приосевой зоне течения эффективная вязкость принимает максимальные значения, а вблизи стенки — минимальные.
Автор:  О. В. Матвиенко, Н. С. Фирсанова, О. А. Скворцова, И. С. Черкасов
Ключевые слова:  реология, дорожное строительство, битумные вяжущие, СБС-полимер, вязкость, неньютоновские жидкости, модель Кросса
Стр:  471

КОАЛЕСЦЕНЦИЯ КАПЕЛЬ В ВЫСОКОВЯЗКИХ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ
Выполнен поэтапный анализ коалесценции капель обычной жидкости в неньютоновской вязко-пластичной нефтяной эмульсии, который позволил выявить механизм и сущность этого явления и создать алгоритм и формулы для расчета максимально устойчивого размера капель, удельной диссипации энергии, частоты столкновений капель и утончения межфазной пленки неньютоновской жидкости между двумя каплями. Показано, что в случае столкновения капли неньютоновской жидкости с каплей обычной жидкости происходит наслаивание неньютоновской жидкости на каплю обычной жидкости с образованием адсорбционного слоя на ее поверхности. Аналитическое решение диффузионного уравнения позволило получить выражения для расчета частоты столкновений капель в неньютоновской жидкости в зависимости от ее параметров, а в результате решения уравнений гидродинамики получено выражение для расчета толщины межфазной пленки неньютоновской жидкости между двумя каплями. 
Автор:  Г. И. Келбалиев, С. Р. Расулов, М. Р. Манафов, Ф. Р. Шыхыева, Н. А. Абдуллаева
Ключевые слова:  неньютоновская жидкость, капли, коалесценция, диссипация энергии, диффузия, межфазная пленка, частота столкновений, скорость сдвига, эффективная вязкость, тяжелые нефтяные эмульсии
Стр:  484

О ФОРМИРОВАНИИ ГРАДИЕНТНО-СКОРОСТНОГО ПОЛЯ В СТАЦИОНАРНЫХ ПОТОКАХ ВЯЗКИХ И БИНГАМОВСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
Статья посвящена вопросам формировании градиентно-скоростного поля в стационарных цилиндрических потоках вязких и вязко-пластичных жидкостей. На основе анализа новой физической модели потока было установлено, что в поперечном направлении в потоках вязких и бингамовских жидкостей создается градиент статического давления, которое генерирует поле сил Бернулли, направленных от периферии потока к его оси. Показана особенность формирования градиента давления и скорости при течении вязких и бингамовских жидкостей. Отмечено, что в перспективе использование новой модели потока может способствовать созданию более эффективных технологий при добыче и транспортировке мультифазных гетерогенных систем.
Автор:  Г. Г. Исмайылов, Э. Х. Искендеров, Ф. Б. Исмайылова
Ключевые слова:  градиент давления, градиент скорости, вязкая жидкость, бингамовская жидкость, реология, напряжение сдвига, мультифаза
Стр:  494

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРАБОТКИ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ С УЧЕТОМ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ НЕРАВНОВЕСНОСТИ
Предложены расчетные схемы для моделирования процессов с неравновесными фазовыми превращениями при разработке месторождений углеводородов и на их основе оценены характерные показатели разработки реальных газоконденсатных месторождений. Установлено, что неравновесные эффекты приводят к существенным отклонениям значений фактических параметров системы (доли жидкой фазы и содержание конденсата в пластовом газе) от их значений, оцениваемых для равновесных состояний, в результате чего коэффициент извлечения конденсата, определенный с учетом неравновесного состояния системы, существенно отличается от его оценки для равновесного состояния. Введен метод расчета интенсивности межфазного потока, позволяющий адаптировать неравновесную термодинамическую модель к фактическим данным с учетом степени отклонения фазового поведения от равновесного и зависимости скорости релаксации составов фаз от изменения давления. 
Автор:  Х. А. Фейзуллаев, М. С. Халилов, Б. Х. Фейзуллаев, А. А. Дамиров
Ключевые слова:  термодинамически неравновесное состояние, двухфазная многокомпонентная фильтрация, мольные доли жидкой фазы, содержания конденсата в пластовом газе, коэффициент извлечения конденсата
Стр:  500

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ДОБЫЧИ ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ ПРИ ВЫТЕСНЕНИИ НЕФТИ ВОДОЙ В ГЛИНИСТЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
Предложены технологический метод поочередного применения пресной и пластовой вод для интенсификации вовлечения остаточных запасов нефти в разработку в процессе вытеснения нефти в глинистых коллекторах и гидродинамическая модель прогнозной оценки реальных механизмов указанной интенсификации. Установлено увеличение нефтедобычи с применением предложенного метода в результате обеспечения блокировки обводненных зон за счет регулирования глинистости породы и направления потока воды на менее разработанные (слабопроницаемые) участки коллектора.
Автор:  С. В. Агаларова
Ключевые слова:  глинистый коллектор, коэффициент нефтеотдачи, пластовая вода, пресная вода, поверхностное натяжение
Стр:  506

КИНЕТИКА ДЕГИДРАТАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ВИБРОКИПЯЩЕМ СЛОЕ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНОМ ПОДВОДЕ ЭНЕРГИИ
Приведены результаты численного моделирования и экспериментального исследования кинетики дегидратации, усадки частиц и тепломассообмена в виброкипящем слое материалов растительного происхождения на примере частиц моркови и корня сельдерея при конвективном и радиационно-конвективном подводах энергии. Выполнено сравнение результатов расчета с опытными данными. Установлено изменение качественных показателей продукта в зависимости от режима обработки. Определен вклад инфракрасного излучения и конвективного потока теплоты. Показана возможность интенсификации процесса дегидратации и сокращения его продолжительности в виброкипящем слое при ступенчатом во времени радиационно-конвективном энергоподводе.
Автор:  П. В. Акулич, Д. С. Слижук, А. Н. Никитенко
Ключевые слова:  тепломассоперенос в дисперсном слое, радиационно-конвективная сушка, сушка растительных материалов
Стр:  513

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА МНОГОСТАДИЙНОГО ДРОБЛЕНИЯ КАПЕЛЬ В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ
Рассматривается задача создания мелкодисперсных аэрозолей новым способом, заключающимся в разрушении капель жидкости в серии пучностей мощного ультразвукового поля, что позволяет получить облако аэрозоля с размером капель менее 50 мкм с высокой производительностью при относительно низких энергетических затратах. Предложена математическая модель многостадийного распыления капель в акустическом поле, построенная на основе энергетического подхода с использованием гидродинамических критериев, основными из которых являются число Вебера и акустическое число Бонда. Определены критические условия разрушения капель и их предельный размер. Описаны возможные механизмы распада капель при их последовательном прохождении через пучности ультразвукового поля в зависимости от начального размера капель, скорости их движения, поверхностного натяжения жидкости в каплях и звукового давления. На основе результатов измерений дисперсных параметров аэрозоля, полученного в процессе многостадийного распыления жидкости в акустическом поле, определены свободные параметры математической модели процесса. 
Автор:  О. Б. Кудряшова, А. В. Шалунов, В. А. Нестеров, С. А. Терентьев
Ключевые слова:  аэрозоль, дробление капель, ультразвуковое поле, математическая модель
Стр:  525

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВЯЗКОЙ И ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ, СОПРОВОЖДАЕМОЙ СОПУТСТВУЮЩИМИ ОСЛОЖНЕНИЯМИ, С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ПАРОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА
Рассмотрена возможность применения технологии пароциклической обработки (ПЦО) призабойной зоны пласта при различных сопутствующих осложнениях, таких как низкая проницаемость пласта, применение ПЦО в горизонтальных, субгоризонтальных, наклонно-направленных скважинах и совместно с гидроразрывом пласта, высокая вязкость нефти, слоистая неоднородность и расчлененность пласта. Данный вопрос имеет особую актуальность ввиду неуклонно растущего интереса недропользователей к разработке месторождений вязкой и высоковязкой нефти с описанными осложнениями.        С помощью основанной на тепловом балансе аналитической интегральной модели, модифицированной под решение оптимизационной задачи применения ПЦО на горизонтальных скважинах, рассчитаны оптимальные временные интервалы реализации всех трех этапов ПЦО. В ходе численного эксперимента установлено оптимальное количество циклов ПЦО, позволяющее получить максимальный эффект от применения данной технологии на описанном модельном пласте. Также численное моделирование показало, что чрезмерно высокое и чрезмерно низкое количество циклов ПЦО негативно сказывается на эффективности данной технологии
Автор:  А. О. Федоров, А. Я. Гильманов, А. П. Шевелёв
Ключевые слова:  пароциклическая обработка призабойной зоны пласта, горизонтальные скважины, гидроразрыв пласта, вязкая нефть, низкопроницаемые пласты, трудноизвлекаемые запасы нефти, инженерные задачи добычи высоковязкой нефти
Стр:  535

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ НА ПЛОТНОСТЬ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
C помощью метода корреляционного анализа проанализированы литературные данные по плотности 25 серий соединений бора, алюминия, кремния, германия, олова, свинца, фосфора и мышьяка, образующих слабые межмолекулярные комплексы. При образовании слабого комплекса на реакционном центре такого соединения возникает избыточный заряд, который в свою очередь индуцирует диполь в заместителе соединения, в результате чего возникает ион-дипольное взаимодействие (поляризационный эффект). Впервые показано, что плотность указанных соединений зависит не только от классических индуктивного, резонансного и стерического эффектов заместителей, но и от поляризационного эффекта, вклад которого достигает 54%
Автор:  Н. М. Хамалетдинова, О. В. Кузнецова, А. Н. Егорочкин
Ключевые слова:  металлоорганические соединения, плотность, классические электронные эффекты, поляризационный эффект
Стр:  543

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛОВ ЧЕТВЕРТОГО ПЕРИОДА В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР ПЛАВЛЕНИЯ
Представлены результаты оценки выполнения периодичности излучательной способности металлов четвертого периода периодической системы в области температур плавления. В расчетах использованы экспериментальные массивы численных значений излучательной способности металлов, полученных лично авторами, и материалов из открытых источников. Рассмотрен пример взаимосвязи температуры плавления металла с величиной относительного скачка излучательной способности фазового перехода твердое тело–жидкость. Проведено сопоставление относительного скачка излучательной способности фазового перехода к порядковому номеру в периодической системе. Проанализированы полученные изотермы тепловых зависимостей усредненных температур опытных данных к порядковому номеру элемента в периодической системе. Установлена устойчивая корреляция между излучательной способностью, температурой плавления и занимаемым положением элемента в периодической системе. Сделан вывод о сложной структурной зависимости периодичности относительного скачка излучательной способности от температуры плавления, обсуждены механизмы разупорядочения кристаллической решетки металлов при переходе из твердого состояния в жидкое. Выявлены общие черты в поведении теплофизических характеристик металлов четвертого периода периодической системы.
Автор:  Д. В. Косенков, В. В. Сагадеев
Ключевые слова:  периодическая система, металлы, излучательная способность, твердая и жидкая фазы, фазовый переход
Стр:  552

АЛЬТЕРНАТИВНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА МАГНИТНО-РЕОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ЧАСТИЦЫ
Констатировано, что новый магнитно-реологический метод контроля магнитной восприимчивости ферромагнитной одиночной частицы, перемещающейся в жидкости по вертикали вниз в сосуде, расположенном между полюсами-полусферами магнетометра выше межцентровой линии полюсов, обеспечивает действие на частицу в дополнение к гравитационной силе магнитной силы, направленной вниз. При этом скорость частицы становится нежелательно завышенной, а время прохождения ею исполнительной зоны магнетометра — весьма малым. С учетом этих обстоятельств, усложняющих выполнение экспериментов, рекомендовано сосуд с жидкостью располагать в другой, симметричной, части межполюсной области — между теми же полюсами-полусферами, но ниже их межцентровой линии. Тогда из-за целенаправленно изменившегося направления действия магнитной силы на противоположное и сообразно изменившегося направления перемещения частицы (вверх) существенно (и благоприятно для выполнения экспериментов) снизится скорость перемещения частицы в пределах аналогичной исполнительной зоны и увеличится время этого перемещения. Получены выражения для определения магнитной восприимчивости частицы, совершающей такое перемещение
Автор:  Д. А. Сандуляк, А. А. Сандуляк, М. Н. Полисмакова, В. А. Ершова, А. В. Сандуляк, А. С. Харин
Ключевые слова:  одиночная частица, магнитная восприимчивость, магнитно-реологический метод, исполнительная зона, постоянство магнитного силового фактора
Стр:  557

ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУЙНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ МОДИФИКАЦИИ ИЗДЕЛИЙ
Исследованы параметры высокочастотного индукционного разряда пониженного давления, учет которых необходим при модификации изделий различной физической природы. Представлены распределения температуры, скорости движения плазмы, напряженности магнитного поля и плотности ионного тока в струе разряда. Показано, что бóльшая температура и ме'ньший градиент температуры в струе разряда достигаются при давлении 66.5 Па в ней. Отдельно проведено исследование распределения температуры в струе разряда в присутствии обрабатываемого материала. Оценен вклад имплантации ионов в материал в его нагрев при обработке в струе высокочастотного индукционного разряда пониженного давления
Автор:  И. Ш. Абдуллин, И. К. Некрасов, Ф. Р. Сагитова, С. В. Миронов
Ключевые слова:  плазменная модификация, высокочастотный индукционный разряд, поток низкоэнергетических ионов, модификация материалов
Стр:  561

ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ