ТОМ 83, №4


ТЕПЛОФИЗИКА ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР И ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ
"Be or not to be" - этот вечный гамлетовский вопрос остро встал перед "пионерами практической космонавтики" в середине XX века. К тому времени ракеты уже бороздили "пространство земной стратосферы", а специалисты по баллистике смогли уверенно ответить на вопросы С. П. Королёва о том, сколько килограммов ракетного топлива потребуется для разгона одного килограмма массы "полезной нагрузки" до скорости 8 км/с. Осталось совсем немного: как возвратить на Землю эту самую "полезную нагрузку" целой и невредимой после пребывания на орбите искусственного спутника Земли. За 1000 км от подмосковных Подлипок белорусский академик А. В. Лыков, уже ставший к тому времени классиком теории теплопроводности  и директором Института тепло- и массообмена, разрешил молодым энтузиастам из этого института провести испытания различных твердых материалов в горячих струях плазмотронов, которые они к тому времени только что создали. Так, вероятно, будут рассказывать детям через пару сотен лет сказку о рождении удивительного события XX века, когда человек смог преодолеть земное притяжение и вышел в космос. Но прежде, чем завершить описание этого сказочного события, следует вспомнить, что сама природа была категорически против полетов человека в космос и особенно его возвращения. Достаточно напомнить о великолепном зрелище - осеннем звездопаде, когда миллионы космических странников - метеоритов, бесследно исчезают на пути к Земле, не пройдя даже 100 км в ее атмосфере.
Автор:  Ю. В. Полежаев
Стр:  632

КОНДЕНСАЦИЯ ИЗ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ
Представлен обзор возможных подходов к расчету конденсации пара из бинарной парогазовой смеси на поверхности. Акцент сделан на обосновании целесообразности применения методов молекулярно-кинетической теории для расчета прикладных задач. Приведены количественные оценки параметров принципиального существования режимов одномерной стационарной конденсации.
Автор:  А. П. Крюков, В. Ю. Левашов, Н. В. Павлюкевич
Ключевые слова:  молекулярно-кинетическая теория, конденсация, парогазовая смесь, неконденсируемый газ, диффузия, уравнение Больцмана, запирание конденсации.
Стр:  637

НОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ АНАЛИТИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ УРАВНЕНИЙ ПАРАБОЛИЧЕСКОГО ТИПА В НЕЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЛАСТЯХ
Развита теория метода функций Грина при решении краевых задач нестационарной теплопроводности в областях с движущимися границами. Для равномерного закона перемещения границы предложена модификация метода тепловых потенциалов, что приводит к интегральным соотношениям нового (простейшего) вида по сравнению с результатами, известными ранее, и позволяет рассмотреть многочисленные частные случаи, представляющие практический интерес для многих приложений. Выявлен ряд специфических особенностей модельных представлений нестационарного теплопереноса в областях с движущимися границами.
Автор:  Э. М. Карташов
Ключевые слова:  нестационарная теплопроводность, тепловые потенциалы, функции Грина, области с движущимися границами.
Стр:  645

ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЯ: ОТ ИСТОКОВ ДО НАСТОЯЩЕГО
В историческом аспекте рассмотрено развитие мировых исследований в области электрореологии - раздела гидромеханики жидкостей, структурирующихся во внешних электрических полях. Отмечены значительный вклад и ключевая роль белорусской школы ученых, основанной А. В. Лыковым.
Автор:  Коробко Е. В., Мацепуро А. Д.
Стр:  662

О ФОРМУЛИРОВКЕ ПРИНЦИПА НЕОБРАТИМОСТИ В ЛОКАЛЬНО НЕРАВНОВЕСНОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ
Показано, что в существующей локально неравновесной термодинамической теории имеется ряд парадоксов, которые можно интерпретировать как указание на то, что используемая формулировка второго начала недостаточно полна. Предложен дополнительный термодинамический постулат, позволяющий устранить эти парадоксы и имеющий близкие аналогии в других термодинамических подходах.
Автор:  А. И. Шнип
Ключевые слова:  термодинамика, второе начало, локально неравновесные системы, теплопроводность с памятью, электромагнитное поле, дополнительный термодинамический постулат.
Стр:  669

НАНОКЛАСТЕРНОЕ ИНИЦИИРОВАНИЕ ГОРЕНИЯ НЕКОНДИЦИОННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ
Проведены масштабные эксперименты по сжиганию в режиме нанокластерного инициирования пульсационного горения таких некондиционных топлив, как соляровое масло, водоугольное топливо, отработанные картерные отходы, сырая нефть и другие, на лабораторном образце автономной горелки Института теплофизики СО РАН. Применение современных диагностик позволило получить обширную информацию об особенностях протекающих физико-химических процессов такого горения в присутствии перегретого водяного пара. Опытные и теоретические исследования показали, что в результате гетерогенно-каталитического разложения молекул воды на нанокластерах сажи в зоне смешения образуются высокие концентрации OH-радикала и что это разложение может эффективно идти на углеродных частицах размером 1-5 нм при температурах, характерных для традиционных факелов. Генерация активного OН-радикала приводит к значительному увеличению скоростей химических реакций и устойчивому высокотемпературному горению "тяжелых" топлив с соблюдением экологических нормативов.
Автор:  С. В. Алексеенко, С. Э. Пащенко, В. В. Саломатов
Ключевые слова:  наночастица, кластер, горение, некондиционное топливо, горелка.
Стр:  682

БЫСТРЫЙ ПИРОЛИЗ АНСАМБЛЯ ЧАСТИЦ БИОМАССЫ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
Применен комбинированный подход к моделированию быстрого пиролиза частиц биомассы в псевдоожиженном слое. Использованы модели различных уровней: две модели пиролиза одиночной частицы - с сосредоточенными и распределенными параметрами и модель пиролиза ансамбля частиц биомассы, основанная на уравнениях сплошной среды для продуваемого через слой газа и уравнениях движения для индивидуальных частиц. Определены оптимальные по выходу жидкого биотопливатемпературы процесса для различных размеров частиц биомассы древесного проис-хождения и различных значений ее влажности.
Автор:  О. С. Рабинович, В. А. Бородуля, Л. М. Виноградов, В. В. Корбан
Ключевые слова:  быстрый пиролиз, биомасса, биотопливо, кинетика пиролиза, псевдоожиженный слой, вычислительная гидродинамика.
Стр:  694

РАСЧЕТ КИНЕТИКИ СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
С позиции системного подхода общая задача кинетики сушки  дисперсных материалов декомпозирована на два основных уровня: микро- и макрокинетический, и в соответствии с этим рассмотрены вопросы математического моделирования кинетики их сушки на микро- и макроуровне. Обсуждены достоинства и недостатки применения подвижной и неподвижной систем координат для расчета кинетики сушки дисперсных материалов в непрерывно действующих аппаратах. Представлен и проанализирован ряд кинетических математических моделей процесса сушки дисперсных материалов во втором ее периоде.
Автор:  С. П. Рудобашта
Ключевые слова:  кинетика, дисперсность, тепломассоперенос, подвижные и неподвижные координаты, неоднородность частиц по размерам и времени пребывания в аппарате.
Стр:  705

ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И ПРОГНОЗ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОПОРИСТЫХ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Предлагается комплексная процедура, позволяющая определять и прогнозировать значительную часть физических свойств теплозащитных высокопористых материалов. Ее основу образует комбинация эксперимента, статистических методов математического моделирования, методов решения задачи переноса излучения и методов идентификации математических моделей при решении соответствующих обратных задач. Помимо снижения затрат, подобный подход существенно расширяет возможности экспериментальных методов. Он позволяет изучать и прогнозировать компоненты теплопроводности, коэффициент аккомодации энергии, комплексные показатель преломления и диэлектрическую проницаемость, индикатрису рассеяния и т. д. Как элемент предлагаемого подхода описан оригинальный метод численного решения уравнения переноса излучения в гетерогенном плоском слое. Полученные результаты могут применяться при разработке новых материалов, неразрушающих методов контроля и диагностики, проектировании систем теплозащиты и т. д.
Автор:  O. M. Aлифанов, В. В. Черепанов
Ключевые слова:  высокопористые материалы, тепловой эксперимент, методология, теплофизические свойства, определение и прогноз, перенос излучения, интегральное уравнение, функциональная минимизация, метод сопряженных градиентов, стабилизация.
Стр:  720

ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СМЕРЧЕВОГО ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ТУРБУЛЕНТНОМ ОБТЕКАНИИ РЕЛЬЕФА С ЛУНКАМИ НА СТЕНКЕ УЗКОГО КАНАЛА
Дается анализ состояния численного и отчасти физического моделирования конвективного теплообмена в окрестности луночных рельефов на одной из стенок узких плоскопараллельных каналов. Отмечается рассогласование и разброс результатов этих исследований, необоснованность их выводов, "белые пятна" в рассматриваемой проблематике и в методологии ее исследования. Разбирается несколько физических экспериментов и на их примере обсуждается корреляция расчетных прогнозов с данными измерений. В завершение сравниваются теплогидравлические характеристики различных луночных рельефов и демонстрируется преимущество овальных лунок над сферическими.
Автор:  С. А. Исаев, А. И. Леонтьев
Ключевые слова:  смерчевая интенсификация, теплообмен, гидравлические потери, турбулентность, луночный рельеф в канале, расчет, модель Ментера.
Стр:  733

ТЕПЛООБМЕН И ГИДРОДИНАМИКА В ПОЛЯХ МАССОВЫХ СИЛ
Представлен краткий обзор исследований в области теплообмена и гидродинамики в полях массовых сил, выполненных в Институте технической теплофизики Национальной академии наук Украины. Обзор посвящен потокам с закруткой, около выпуклых и вогнутых поверхностей, в поверхностно-вихревых системах различной конфигурации.
Автор:  А. А. Халатов
Ключевые слова:  теплообмен, гидродинамика, закрученный поток, выпуклые и вогнутые поверхности, поверхностно-вихревые системы.
Стр:  743

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛАКА ПАРА В ВЕТРОВОМ ПОТОКЕ ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ИСПАРЕНИИ
Исследована стационарная задача о формировании облака паров, образовавшихся в результате испарения над проливом сжиженного газа под действием ветра. Показано, что на параметры облака влияют скорость ветра, степень турбулентности набегающего потока, а также геометрические размеры пролива. Приведены результаты численных двумерных и трехмерного расчетов уравнения конвективной диффузии с учетом профиля скорости ветра. Обсуждается влияние кнудсеновского слоя над испаряющейся жидкостью на процесс формирования облака.
Автор:  О. В. Голуб, Г. В. Котов, С. П. Фисенко
Ключевые слова:  кнудсеновский слой, коэффициент турбулентной диффузии, размер шероховатости, атмосферное давление, температура воздуха.
Стр:  757

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ И ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
В связи с ограниченностью запасов энергоресурсов в Республике Беларусь целесообразно применение в системах отопления и хладоснабжения сорбционных тепловых насосов и холодильников. Подобные тепловые машины обладают уникальной возможностью - использовать теплоту низкотемпературных источников энергии: водные бассейны, грунтовые воды, отработанную воду и пар в сочетании с традиционными обогревателями помещений (котлы, печи и т. д.). Адсорбционные реверсивные тепловые насосы, разработанные в ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, позволяют получать от 20 до 30 кВт/м3 тепловой энергии и до 5 кВт/м3 холода. Такие тепловые насосы экономят до 15-20% первичной энергии (топлива) для производства электричества, теплоты и холода.
Автор:  Л. Л. Васильев
Ключевые слова:  тепловые насосы, сорбенты, вторичные энергоресурсы, испарители, конденсаторы.
Стр:  763

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ СОРБЦИИ И ДЕСОРБЦИИ
Выводится и обосновывается система уравнений тепломассопереноса, фазовых превращений и деформирования пористых тел при сорбции и десорбции. Представлены формулы для площади контакта жидкости и газа в единичном объеме пористого тела, интенсивности фазового перехода, теплоты фазовых превращений, равновесного парциального давления пара, толщины слоя адсорбата на поверхностях капилляров с учетом влияния адсорбционных сил. Приведены результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных.
Автор:  Н. И. Никитенко, Ю. Ф. Снежкин, Н. Н. Сороковая
Ключевые слова:  тепло- и массоперенос, фазовые превращения, деформирование, площадь контакта фаз, толщина слоя адсорбата.
Стр:  779

ВЛИЯНИЕ ПОСТОРОННИХ АДСОРБИРУЮЩИХСЯ ГАЗОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ КЛАСТЕРОВ В ПАРОГАЗОВЫХ СИСТЕМАХ
Теоретически исследуется влияние постороннего адсорбирующегося газа на гомогенную и гетерогенную нуклеацию.
Автор:  В. В. Левданский, И. Смолик, П. Моравец
Ключевые слова:  адсорбирующийся газ, фазовые переходы, нуклеация.
Стр:  790

ОБРАЗОВАНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАДИАЦИИ
Рассмотрено современное состояние исследований по использованию радиационной техники для синтеза новых углеродных наноматериалов на основе фуллеренов, углеродных нанотрубок, графеновых листов и их производных, которые вследствие их уникальных свойств имеют большие перспективы для практического использования. Проведен анализ известных экспериментальных и теоретических работ по изучению различных процессов, индуцированных воздействием радиации на углеродные наноструктуры (сварка скрещивающихся углеродных нанотрубок, образование молекулярных соединений между ними, полимеризация фуллереновых слоев, формирование новых структур, радиационная химия фуллеренов и другие).
Автор:  Г. Я. Герасимов
Ключевые слова:  углеродные наноструктуры, радиация, фуллерены, углеродные нанотрубки, графеновые листы, электронный пучок, ионные пучки.
Стр:  796

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИНКА
Комбинация двух методов - лазерной модуляции и 3ω - была использована для определения теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности наноструктур оксида цинка. Обнаружено существенное различие тепловых параметров наноструктур оксида цинка, выращенных различными технологическими методами. Показано, что относительно низкие значения теплопроводности и температуропроводности наноструктур оксида цинка обусловлены как внутренними дефектами, так и сопротивлением контакта между пленкой и ее основанием - подложкой.
Автор:  Х. Т. Игамбердиев, Ш. У. Юлдашев, C. C. Курбанов, T. W. Kang, П. К. Хабибуллаев, Ш. М. Рахимова, В. О. Пеленович, А. Г. Шашков
Ключевые слова:  разбавленные магнитные полупроводники, оксид цинка, наноструктура, теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость, контактное тепловое сопротивление.
Стр:  809

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА ВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ ТОПЛИВАХ
Проведены экспериментальные исследования на двигателе внутреннего сгорания с использованием водорода в качестве добавки к углеводородному топливу - бензину. Показана возможность улучшения энергоэкологических показателей в случае подачи водорода в воздушный тракт двигателя. Установлено, что увеличение доли водорода в горючей смеси приводит к улучшению протекания рабочего процесса двигателя, в результате чего расход бензина снижается почти до 70% в зависимости от доли H2. При этом наблюдается значительное снижение содержания CO, CO2 и CH (примерно на 5-60% в зависимости от размера добавки H2). Однако добавление водорода в состав топливно-воздушной смеси ведет к увеличению содержания оксидов азота в продуктах сгорания вследствие возрастания скорости распространения пламени и повышения температуры горения.
Автор:  М. С. Ассад, О. Г. Пенязьков
Ключевые слова:  водород, рабочий процесс ДВС, продукты сгорания, расход топлива, эластичность выброса, мощность двигателя, коэффициент избытка окислителя.
Стр:  814

ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ В ПЛЕНКЕ, ДВИЖУЩЕЙСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ
В безразмерных координатах приведена обработка экспериментальных данных по теплообмену при кипении в пленке жидкости, движущейся под действием силы тяжести. Выполнено сопоставление данных теплообмена при кипении в пленке с данными по теплообмену при кипении в условиях большого объема, что позволяет наиболее отчетливо оценить влияние скорости течения пленки и брызгоуноса на теплоотдачу при кипении в пленке.
Автор:  И. И. Гогонин
Ключевые слова:  течение пленки, теплообмен при кипении.
Стр:  821

МОДЕЛИРОВАНИЕ СУШКИ БИОТОПЛИВА ПЕРЕГРЕТЫМ ПАРОМ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
Выполнено математическое моделирование сушки дисперсного материала в кипящем слое. Установлена зависимость массы слоя, которая обеспечивает заданную конечную влажность, от режимных параметров псевдоожиженной системы. Проведено экспериментальное исследование сушки древесных гранул перегретым паром в кипящем слое.
Автор:  В. И. Ковенский, В. А. Бородуля, Ю. С. Теплицкий, Г. И. Пальченок, Д. С. Слижук
Ключевые слова:  кипящий слой, сушка, биотопливо, перегретый пар
Стр:  715

ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ