ТОМ 93, №3


ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ В КАСКАДАХ С ЗАДАННЫМИ ВНЕШНИМИ КОНЦЕНТРАЦИЯМИ ЦЕЛЕВОГО КОМПОНЕНТА
Рассмотрены особенности введения показателей эффективности каскадов на основе потенциалов разделения многокомпонентной смеси изотопов. Приведены основные виды потенциалов двух типов, первые из которых зависят только от концентраций, вторые путем включения массовых чисел или коэффициентов разделения обеспечивают независимость разделительной способности разделительных элементов от концентраций. На основе вычислительного эксперимента выбраны потенциалы, наиболее адекватно определяющие показатели эффективности разделения для каскадов, которые оптимизированы по критерию минимума суммарного потока при заданных внешних концентрациях целевого компонента.  
Автор:  В. А. Палкин, Е. В. Маслюков
Ключевые слова:  потенциалы разделения, разделительная способность, многокомпонентное разделение изотопов
Стр:  509

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АКТИВНОЙ ТЕРМОЭМИССИОННОЙ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ВЫСОКОЭНТАЛЬПИЙНОМ ОБТЕКАНИИ ОБОЛОЧКИ
Сформулирована и исследована математическая модель процесса нестационарного теплообмена системы термоэмиссионной тепловой защиты при конвективном нагреве. Показано влияние испарения (эмиссии) электронов с поверхности эмиттера на понижение температуры составной оболочки термоэмиссионной тепловой защиты. Исследовано влияние некоторых видов теплоносителей в составной оболочке на режимы теплообмена в теле. Получено качественное согласие результатов расчета с известными данными.  
Автор:  Зимин В. П., Ефимов К. Н., Овчинников В. А., Якимов А. С.
Ключевые слова:  термоэмиссионный преобразователь, эмиттер, коллектор, теплообмен, тепловая защита.
Стр:  517

ДИФФУЗИОННЫЙ МАССО- И ТЕПЛОПЕРЕНОС В ПЛОСКОМ ОСЕСИММЕТРИЧНОМ СЛОЕ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ
Рассмотрены процессы магнитофореза и броуновской диффузии в суспензии магнитных наночастиц (магнитной жидкости) в неоднородном магнитном поле при условии ограничения этих процессов концентрационными фазовыми переходами между термодинамическими состояниями ансамбля частиц. Установлены закономерности этих процессов на примере плоского осесимметричного слоя жидкости. Показано, что вследствие зависимости эффективного коэффициента теплопроводности суспензии от концентрации частиц эти процессы могут оказывать существенное влияние на теплопередачу через нее.    
Автор:  В. Г. Баштовой, А. Г. Рекс, П. П. Кужир, А. Ю. Зубарев , В. С. Мороз
Ключевые слова:  магнитная жидкость, концентрация, магнитное поле, магнитофорез, диффузия, фазовый переход, теплопроводность
Стр:  529

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ТРЕНИЯ В СИСТЕМЕ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ПРИ НЕВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА
Для оценки эффективности метода тепловой диагностики трения в системе подшипников скольжения при скоростях вращения вала не более 2π рад/с сопоставлены значения моментов трения, полученные решением обратной задачи теплообмена и измерением датчиком серийной машины трения. Установлено, что согласование значений суммарного момента трения, полученных с помощью принципиально разных методов, находится в пределах 10–15%. Возможность метода тепловой диагностики определять отличающиеся моменты трения в каждом подшипнике обосновано восстановлением их одинаковых значений в условиях различия температурных полей в подшипниках.  
Автор:  Н. П. Старостин, Р. С. Тихонов
Ключевые слова:  полимерные подшипники, тепловая диагностика трения, момент трения, фрикционное теплообразование, система подшипников скольжения, теплопроводность
Стр:  539

МЕТОД РАСЧЕТА И СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛООБМЕННИКОВ С ИНТЕНСИФИКАЦИЕЙ ТЕПЛООБМЕНА РАЗЛИЧНЫМИ ХАОТИЧНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Рассмотрен способ интенсификации процесса теплообмена за счет применения в каналах теплообменных аппаратов мелких хаотичных металлических элементов (насадок). Насадки обеспечивают переход от ламинарного режима течения теплоносителей к турбулентному и значительному повышению коэффициентов теплоотдачи (в 30–60 раз). Даны конструкции двух современных насадочных элементов и их технические характеристики, а также выражения для расчета коэффициентов гидравлического сопротивления и теплоотдачи. На основе применения модифицированного метода теплового числа единиц переноса получены выражения для расчетов длины труб и поверхности теплопередачи при использовании в аппаратах хаотичных насадок в качестве интенсификаторов процесса. Основными параметрами полученных выражений являются коэффициент теплопередачи и модифицированные числа Пекле (Боденштейна) с коэффициентами обратного перемешивания теплоносителей. Выполнена идентификация эмпирических коэффициентов при числах Пекле с применением диффузионной модели структуры потока теплоносителя. Полученные выражения позволяют учесть влияние обратного перемешивания теплоносителей на конструктивные характеристики теплообменника. Даны примеры расчетов теплообменников без интенсификаторов и с применением хаотичных насадок. Показано, что при теплообмене с различными средами габариты теплообменников снижаются в 20–25 раз. Особо актуально применение хаотичных насадок в теплообменниках со средами с повышенной вязкостью, поскольку насадки вызывают турбулентный режим течения теплоносителей.  
Автор:  Т. М. Фарахов , А. Г. Лаптев
Ключевые слова:  теплообмен, интенсификация, хаотичные элементы, метод расчета, гидравлическое сопротивление.
Стр:  548

ТЕРМОСИЛОВОЕ ЛОКАЛЬНОЕ НАГРУЖЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИ НЕЛИНЕЙНОЙ ТРЕХСЛОЙНОЙ КРУГОВОЙ ПЛАСТИНЫ
Рассмотрено воздействие теплового потока постоянной интенсивности на круговую трехслойную несимметричную по толщине пластину, находящуюся под действием осесимметричной локальной нагрузки. Температурное поле в пластине рассчитывалось по формуле, полученной при решении задачи теплопроводности с помощью усреднения теплофизических параметров по толщине пакета. Материалы слоев деформируются физически нелинейно. Для описания кинематики пакета приняты гипотезы ломаной нормали. В тонких несущих слоях справедливы гипотезы Кирхгофа. В несжимаемом по толщине относительно толстом заполнителе выполняется гипотеза о прямолинейности и несжимаемости деформированной нормали. Учитывается работа заполнителя в тангенциальном направлении. Приведена постановка соответствующей краевой задачи. Уравнения равновесия получены вариационным методом Лагранжа. Сформулированы граничные условия на контуре пластины. Решение краевой задачи сведено к нахождению трех искомых функций — прогиба, сдвига и радиального перемещения. Для этих функций выписана неоднородная система обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений. Для ее решения применен метод упругих решений Ильюшина. Итерационные аналитические решения получены в функциях Бесселя при круговой и кольцевой нагрузках. Проведены их параметрические анализы при различных локальных нагрузках и шарнирном опирании контура пластины. Численно исследовано влияние температуры и нелинейности материалов слоев на перемещения в пластине  
Автор:  Э. И. Старовойтов , Ю. М. Плескачевский , Д. В. Леоненко
Ключевые слова:  тепловой поток, физическая нелинейность, трехслойная круговая пластина, локальные нагрузки.
Стр:  554

ПОЛУЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНВЕКТИВНОЙ ТЕПЛООТДАЧИ ТУРБУЛЕНТНЫХ ГАЗОВ
На основе полуэмпирической гипотезы пристенной турбулентности Прандтля теоретически обоснована возможность постановки граничных условий на крупной сетке к уравнениям математической модели турбулентного движения и конвективной теплоотдачи газообразной среды. Показано, что результаты численного моделирования согласуются с экспериментальными данными по теплоотдаче воздуха и высокотемпературных газов в трубах.  
Автор:  В. А. Кузнецов
Ключевые слова:  математическая модель, теплоотдача газов, пограничный слой, турбулентность, полуэмпирическая гипотеза, адекватность
Стр:  565

ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЦИЛИНДРА В ФОРМЕ УСЕЧЕННОГО КОНУСА
Приведены результаты экспериментальных исследований аэродинамических характеристик вращающегося цилиндра в форме усеченного конуса с гладкой и шероховатой поверхностью. Установлено, что переменность сечения вращающегося цилиндра в потоке воздуха в диапазоне изменения параметра конусности 0.25–0.35 обеспечивает уменьшение коэффициента лобового сопротивления при сохранении значений коэффициента подъемной силы. Результаты показали, что наличие шероховатой поверхности вращающегося цилиндра приводит к увеличению подъемной силы на 25–30%. Экспериментально определены условия, при которых эффект Магнуса способствует максимальному увеличению подъемной силы и, соответственно, увеличению эффективности вращения цилиндра в виде усеченного конуса.  
Автор:  Н. К. Танашева, Л. В. Чиркова, А. Н. Дюсембаева, К. К. Саденова
Ключевые слова:  усеченный конус, гладкая и шероховатая поверхности, лобовое сопротивление, подъемная сила, эффект Магнуса
Стр:  573

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСРЕДНЕННОГО ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА ПРИ ВАРЬИРОВАНИИ АМПЛИТУДЫ И ЧАСТОТЫ ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Рассмотрено движение металлического расплава в неоднородном высокочастотном магнитном поле. Приведена система уравнений и граничных условий, описывающих диффузию магнитного поля и тепломассоперенос в расплаве в приближении Буссинеска с учетом джоулевого тепловыделения и действия объемных сил Лоренца. Показана корректность представленной математической модели. Рассчитаны распределения амплитуд магнитных полей вихревых токов, скоростей тепловых потоков и температур в расплаве для управляющих параметров его течения, определяемых частотой и амплитудой действующего на расплав переменного магнитного поля. Определены условия, в которых структура течения расплава полностью определяется параметрами этого поля и задача по определению тепломассопереноса в расплаве может быть сведена к расчету вынужденной конвекции расплава в поле силы Лоренца и поля температуры в расплаве при определенной скорости его течения.   
Автор:  И. Л. Никулин, А. В. Перминов
Ключевые слова:  индукционная плавка, электропроводящая жидкость, переменное магнитное поле, диффузия магнитного поля, индукционный ток, тепловая конвекция, вынужденная конвекция, приближение Буссинеска, сила Лоренца, течение расплава
Стр:  577

ВЛИЯНИЕ ЧИСЛА ГОМОХРОННОСТИ НА ТЕПЛООБМЕН И МАГНИТНУЮ ГИДРОДИНАМИКУ ЖИДКОСТИ В СФЕРИЧЕСКОМ СЛОЕ
Приведены результаты численного моделирования нестационарного теплообмена в электропроводной жидкости между двумя концентрическими изотермическими сферами. Исследовано влияние числа гомохронности жидкости на структуру ее течения, поля температуры и магнитной индукции и распределение локальных чисел Нуссельта в сферическом жидком слое.  
Автор:  С. В. Соловьев
Ключевые слова:  математическое моделирование, нестационарный конвективный теплообмен, число гомохронности, диссипация джоулева тепла, магнитная гидродинамика, сферический жидкий слой
Стр:  587

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КРИСТАЛЛОВ ЛЬДА С ПОВЕРХНОСТЬЮ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Предложена физико-математическая модель движения несферических частиц в двухфазном потоке, позволяющая оценить влияние случайной ориентации этих частиц в потоке на площадь орошения им поверхности обтекаемого твердого тела. На основе развитой ранее эвристической модели рассчитаны коэффициенты восстановления компонент скорости кристаллов льда, сталкивающихся с поверхностью твердого тела в широкой области значений управляющих параметров процесса. Показано влияние начальной ориентации частиц в потоке на их траектории вблизи затупленного тела.  
Автор:  И. А. Амелюшкин, А. Л. Стасенко
Ключевые слова:  сфероиды, затупленное тело, поверхность орошения, коэффициент восстановления, рассеяние
Стр:  597

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ЗОНЕ ДИСКОВЫХ И КОНИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ УДАРНИКОВ, МЕТАЕМЫХ ИЗ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Исследованы особенности отрывных течений, возникающих при использовании различных кольцевых щитков и конических стабилизаторов для обеспечения устойчивого полета на траектории стержневых ударников. Исследования проводились с использованием численных расчетов, весовых испытаний в сверхзвуковой аэродинамической трубе и баллистических испытаний артиллерийским методом. Получены данные о геометрии отрывных зон, определены значения аэродинамических коэффициентов, сделана оценка устойчивости конструкций на траектории, что подтверждено баллистическими испытаниями в реальных условиях. Анализ проведенных массовых экспериментов показал возможность использования исследуемых аэродинамических устройств для стабилизации ударников большого удлинения на малых дальностях в условиях высокого уровня возмущений.  
Автор:  В. М. Захаров, С. А. Афанасьева, К. В. Костюшин
Ключевые слова:  отрывные течения, стабилизатор, стержневой ударник, аэродинамические коэффициенты, устойчивость на траектории, скачок уплотнения, теневой спектр обтекания
Стр:  606

ФИЗИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГАЗОВОЗДУШНЫХ СИСТЕМАХ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ
Известно, что на сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания являются самыми распространенными источниками энергии среди тепловых двигателей. Поэтому совершенствование рабочих процессов, а также модернизация систем и элементов поршневых двигателей внутреннего сгорания с целью повышения их технико-экономических показателей является одной из актуальных задач в развитии мировой энергетики. В данной статье представлена новая информация о нестационарной газодинамике и локальной теплоотдаче пульсирующих потоков в газовоздушных трактах двигателей внутреннего сгорания, а также предложены способы совершенствования процессов во впускных и выпускных системах. Экспериментальные исследования проводились на натурных моделях одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания с наддувом и без него. Описаны физические особенности пульсаций газовых потоков в газовоздушных трактах двигателей. Представлены расчетные и экспериментальные зависимости изменения мгновенной скорости и давления потока газа в газовоздушных трактах во времени. Особое внимание уделяется анализу интенсивности теплоотдачи в газовоздушных трактах разных конфигураций. Показано, что поперечное профилирование впускных и выпускных трубопроводов оказывает положительное влияние на технико-экономические показатели поршневых двигателей без наддува. Предложен способ снижения пульсаций давления и скорости газовых потоков (в среднем в 2 раза) во впускном трубопроводе двигателя внутреннего сгорания с наддувом, что приводит к повышению надежности двигателя в целом.  
Автор:  Л. В. Плотников, Б. П. Жилкин, Ю. М. Бродов
Ключевые слова:  поршневой двигатель, газовоздушные системы, турбонаддув, пульсирующие потоки, нестационарная газодинамика, локальная теплоотдача, совершенствование газообмена
Стр:  615

HEAT TRANSFER IN THE SLIP FLOW WITH AN AXIAL HEAT CONDUCTION IN A MICROCHANNEL WITH WALLS HAVING A CONSTANT TEMPERATURE
The problem on thermally developed laminar slip gas flow with an axial heat conduction in a microchannel (a micropipe or a parallel-plate microchannel) with walls having a constant temperature was solved analytically with the use of the self-adjoint formalism method involving the rearrangement of the energy equation for this flow into a system of two partial differential equations of the first-order. The temperature distribution and Nusselt numbers in such a flow have been determined on the assumption that it is hydrodynamically fully developed in the region of the thermal entrance of a microchannel. The data obtained show that the heat transfer in this flow is substantially dependent on the axial heat conduction in it and its rarefaction.  
Автор:  Y. Haddout, A. Oubarra, J. Lahjomri
Ключевые слова:  heat transfer, forced convection, slip flow, axial heat conduction, rarefaction, self-adjoint formalism
Стр:  625

ОСОБЕННОСТИ НЕЛИНЕЙНОГО ПОВЕДЕНИЯ РАСТВОРА ПОЛИМЕРА ПРИ БОЛЬШИХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ
Изучение поведения течений растворов полимеров в области нелинейной вязкоупругости позволяет более точно оценить адекватность реологических моделей и подробнее описать реологические свойства материала. Нелинейные вязкоупругие свойства, проявляющиеся в процессе исследования поведения полимерного материала при больших деформациях, были исследованы с помощью временных зависимостей сдвиговых напряжений, рассчитанных при различных амплитудах. В данной работе рассматривается применимость модифицированной реологической модели Виноградова–Покровского к описанию осциллирующего сдвигового деформирования полимерных жидкостей с большой амплитудой. Было установлено, что при увеличении амплитуды деформирования сдвиговые напряжения перестают быть правильной гармоникой, и наблюдается появление "ступеньки" на их левом фронте, что говорит о существенной нелинейности поведения образца. Проведено сравнение полученных теоретических зависимостей и экспериментальных данных 5% раствора полиэтиленоксида в диметилсульфоксиде. Сравнение проводилось как построением временных зависимостей нормализованных напряжений, так и с помощью анализа фигур Лиссажу. Несмотря на свою простоту, модифицированная реологическая модель Виноградова–Покровского адекватно описывает поведение полимерных материалов при больших периодических деформациях.    
Автор:  Пышнограй Г. В., Черпакова Н. А. ,Joda H. N. A. Al
Ключевые слова:  реология, реологическая модель, нелинейная вязкоупругость, осцилляции, сдвиг, растворы полимеров
Стр:  637

УСЛОВИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ НИЗОВЫХ, СМЕШАННЫХ И ВЕРХОВЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗАГРАДИТЕЛЬНОЙ ПОЛОСЫ
Проведен сравнительный анализ результатов экспериментальных исследований по определению необходимых и достаточных условий локализации распространения низовых, смешанных и верховых пожаров с применением водной заградительной полосы. Установлены рациональные объемы используемой воды, а также размеры заградительной полосы в виде увлажненного слоя лесного горючего материала перед фронтом горения. Проанализированы различные варианты локализации пламенного горения и термического разложения лесных горючих материалов в зависимости от воздействия на них воздушного потока (ветра).  
Автор:  А. О. Жданова, И. С. Войтков, Г. В. Кузнецов, И. Р. Хасанов, Н. Е. Шлегель, Н. П. Копылов
Ключевые слова:  низовые, верховые и смешанные лесные пожары, лесной горючий материал, очаг горения, заградительная полоса, подавление горения
Стр:  646

ЗАЖИГАНИЕ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ ГРУППОЙ КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ЧАСТИЦ МЕТАЛЛА
Выявлен физический механизм воспламенения слоя лесного горючего материала группой кристаллизующихся частиц достаточно малого размера (менее 3–4 мм). Приведены результаты статистической обработки периодов индукции зажигания первого и второго микрофакелов, а также начала роста очага возгорания. Сделаны выводы о вероятностной природе этого процесса и предложены рекомендации по разработке его математической модели.  
Автор:  Н. В. Барановский
Ключевые слова:  лесной горючий материал, зажигание, кристаллизующаяся металлическая частица, электрический разряд
Стр:  655

АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТОПЛИВ В АРТИЛЛЕРИЙСКИХ И СТРЕЛКОВЫХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОЙ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
На основе экспериментально-теоретического подхода рассмотрен алгоритм моделирования поведения перспективных топлив в ствольных системах различного калибра. Представленный алгоритм позволяет провести предварительные исследования по возможности применения перспективных быстрогорящих топлив в уже имеющихся ствольных системах и в перспективных системах различного калибра и назначения. Оценивается возможный прирост дульной скорости метаемого тела за счет включения в метательный заряд перспективных топлив без проведения натурных испытаний  
Автор:  А. Н. Ищенко, В. В. Буркин, В. З. Касимов, А. С. Дьячковский, К. С. Рогаев, Н. М. Саморокова, А. И. Зыкова
Ключевые слова:  ствольные системы, перспективные топлива, присоединенный заряд, комбинированный заряд, моделирование выстрела
Стр:  661

МОДИФИКАЦИЯ ЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ ДОБАВКАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ НАНОРАЗМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Проведены экспериментальные исследования нескольких видов наноматериалов (нанокремнезем, наноуглерод) и сопоставление результатов их применения в цементных бетонах. Установлено, что характеристики цементных бетонов, модифицированных этими наноматериалами, зависят от их содержания в бетоне. Наилучшие результаты были получены с добавкой, в которой указанные наноматериалы использовались совместно.   
Автор:  С. А. Жданок, В. В. Потапов, Е. Н. Полонина, С. Н. Леонович
Ключевые слова:  водный золь нанокремнезема, углеродные нанотрубки, суперпластификатор, тяжелый бетон, прочность
Стр:  669

ОЦЕНКА ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА КАПЕЛЬ, ПОЛУЧАЕМЫХ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ МАССООБМЕННОМ АППАРАТЕ
Рассмотрены основные механизмы дробления капель в системе "жидкость–жидкость" при течении пленки по рабочей поверхности ротора центробежного массообменного аппарата. Проведена теоретическая оценка размеров капель дисперсной фазы при отрыве пленки жидкости от рабочей поверхности ротора и ее попадании в тороидальный зазор между заборной трубкой и ротором аппарата. Установлено, что наибольшее влияние на формирование дисперсного состава эмульсии оказывают сдвиговые напряжения в жидкости, возникающие в тороидальном зазоре. Показано влияние скорости вращения ротора и расхода жидкости на дисперсный состав капель получаемой эмульсии. Экспериментально подтверждено хорошее согласование теоретических и экспериментальных данных.  
Автор:  А. А. Кухленко, М. С. Василишин, С. Е. Орлов, А. Г. Карпов, Д. Б. Иванова, О. С. Иванов, П. П. Иванов
Ключевые слова:  центробежный массообменный аппарат, эмульгирование, диаметр капель, диспергирование, сдвиговые напряжения, пленочное течение жидкости
Стр:  674

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ПАРОКИСЛОРОДНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ФИКСИРОВАННОМ СЛОЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Построена двумерная модель нестационарной парокислородной газификации твердого топлива в фиксированном слое, в которой учтены межфазный конвективный теплообмен, радиационно-кондуктивный теплоперенос твердой фазы, лучистый и кондуктивный теплообмен слоя со стенкой реактора, гетерогенные и гомогенные химические реакции, сила тяжести и сила аэродинамического сопротивления. Исследовано влияние параметров процесса на термохимическую переработку шубаркольского каменного длиннопламенного угля под давлением 3 МПа при соотношениях массовых долей компонентов парокислородной смеси H2О/O2 = 45/55, 40/60 и 72/28.  
Автор:  Б. Б. Рохман
Ключевые слова:  неподвижный слой, уголь, теплопроводность, теплообмен, парокислородная газификация, кондуктивный и радиационный теплообмен, температура, химические реакции
Стр:  685

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СТРУКТУРЫ ПИРОУГЛЕРОДА ОТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОМ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
Одним из вариантов проектируемых ядерных реакторов, обладающих повышенной пассивной защитой, являются реакторы с микротвэлами и шаровыми твэлами. Одним из главных компонентов данного вида ядерного топлива является пироуглерод. Благодаря своим уникальным свойствам пироуглерод можно также использовать в различных областях науки и промышленности. На протяжении нескольких лет в Институте газа НАН Украины проводились исследования по получению пироуглеродных покрытий пиролизом углеводородных газов в реакторах с электротермическим псевдоожиженным слоем.   В настоящей статье на основе теоретических и экспериментальных данных освещена зависимость структуры пироуглеродного покрытия от параметров проведения процесса. Сопоставив экспериментальные данные с теоретическими, в зависимости от температуры и концентрации газообразного углеводорода структуру пироуглерода, который был осажден в электротермическом псевдоожиженном слое, можно разделить на три вида: ламинарную, изотропную и зернистую (капельную). Одними из факторов, которые влияют на процесс осаждения углерода, являются содержание примесей и точечный перегрев (катодные пятна). Примеси (в основном, соединения железа) могут выступать как катализатор, ускоряющий процесс образования нанотрубок и нановолокон. Контролируя температуру и состав исходного материала, можно получать определенные аллотропные модификации углерода с заданной структурой.  
Автор:  К. В. Семейко, S. S. Kustovskyi, С. В. Куприянчук, Р. Е. Чумак
Ключевые слова:  пироуглерод, электротермический псевдоожиженный слой, пиролиз, углеводородные газы.
Стр:  698

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАССИВНОГО РЕЖИМА ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННОГО ПОРОДНОГО МАССИВА
Представлен итерационный вычислительный алгоритм оптимизации пассивного режима замораживания водонасыщенного породного массива, являющегося наиболее длительным и затратным этапом в процессе проходки шахтного ствола и установки крепи. Оптимизация выполняется путем решения обратной задачи определения теплового потока на границе замораживающей скважины в горизонтальном породном слое. Теплоперенос в породном слое рассматривается с учетом фазового перехода первого рода на основе задачи Стефана в двухмерной постановке. Разработанный алгоритм основан на принципе дескриптивной регуляризации и методе оптимизации скорейшего спуска. В алгоритме градиент целевого функционала и параметры оптимизации решения задачи определяются из решения сопряженной задачи и задачи для приращения температуры. С использованием предложенного алгоритма получены оптимальные режимы пассивного замораживания для породных слоев с различными теплофизическими характеристиками при разных начальных условиях.  
Автор:  М. С. Желнин, О. А. Плехов, Л. Ю. Левин
Ключевые слова:  замораживание грунтов, ледопородное ограждение, обратная задача Стефана, дескриптивная регуляризация, метод скорейшего спуска
Стр:  706

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ВЫСОТЫ БЛОКОВ ОРОСИТЕЛЕЙ ПРОТИВОТОЧНЫХ ГРАДИРЕН
Решена задача расчета тепловой эффективности по жидкой и газовой фазам в противоточной пленочной градирне. Из совместного решения уравнения теплового баланса и выражений для тепловых эффективностей градирни по жидкой и газовой фазам, установлено соотношение между эффективностями охлаждения воды и нагрева воздуха в блоках оросителей. При заданных температурном режиме охлаждения воды и термодинамическом состоянии влажного воздуха вычислялась тепловая эффективность по жидкой фазе, а затем из полученного соотношения определялась тепловая эффективность по газовой фазе, которая должна обеспечиваться блоками оросителей. Для расчета эффективности блоков оросителей использовалась ячеечная модель структуры потока. Получено выражение для вычисления высоты блоков при заданной эффективности по газовой фазе, конструктивных характеристик насадки и расходов воды и воздуха. Показано согласие с экспериментальными данными и дан алгоритм расчета.  
Автор:  А. Г. Лаптев, Е. А. Лаптева
Ключевые слова:  структура потока, регулярные насадки, пленочные градирни, тепловая эффективность
Стр:  715

LOOP HEAT PIPES WITH A STEAM JET PUMP
Some configurations of cooling systems based on two-phase loops with control of the flow rate of the liquid and steam in them as well as experimental data obtained with these systems are presented. A model of an ejector-assisted loop heat pipe has been developed, and the results of calculations with it were compared with the corresponding experimental data.   
Автор:  V. Kiseev, O. Sazhin
Ключевые слова:  heat transfer device, two-phase loop, steam jet condensation, steam jet pump, ejector-assisted loop heat pipe
Стр:  722

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СЕТЧАТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СТЕКЛОУГЛЕРОДА ПО ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО УСТАНОВЛЕННЫМ ОПТИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ
Представлены результаты экспериментальных исследований спектра оптических постоянных стеклоуглерода, производимого в России, и математического моделирования на их основе спектрально-кинетических коэффициентов и теплофизических характеристик сетчатых материалов на основе этого стеклоуглерода. Исследования проводились на плотных образцах композиционного стеклоуглерода, тождественного по физическим свойствам стеклоуглероду, образующему основу высокопористых ячеистых углеродных материалов. По спектральной полусферической отражательной способности поверхности этих образцов, измеренной при ее нормальном освещении, из соотношений Крамерса–Кронига определены спектры оптических постоянных стеклоуглерода (показатели преломления и поглощения), а также ряд их производных характеристик, для которых были даны простые аппроксимирующие соотношения. Установлена толщина скин-слоя в образцах и некоторые особенности взаимодействия электромагнитного излучения с фрагментами их материала. Полученные спектральные данные были заложены в разработанную ранее оптическую статистическую имитационную модель ультрапористого сетчатого материала, основанную на строгой электромагнитной теории, которая позволяет учесть особенности микроструктуры таких материалов и физические процессы, протекающие в них на различных пространственных и временных масштабах. Представлены результаты расчета спектрально-кинетических коэффициентов переноса излучения, индикатрисы рассеяния, радиационной и полной теплопроводности для сетчатого стеклоуглерода. Продемонстрированы возможности разработанной модели.  
Автор:  О. М. Алифанов, В. В. Черепанов, А. Г. Щурик, Р. А. Миронов
Ключевые слова:  сетчатый стеклоуглерод, оптические постоянные, эксперимент, спектрально-кинетические коэффициенты, теплофизические свойства, моделирование
Стр:  732

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КЕРАМИК НА ОСНОВЕ MgAl2O4 И ZnAl2O4
Получены оптически прозрачные образцы керамик на основе алюмомагниевой и алюмоцинковой шпинелей с плотностью, близкой к теоретически достижимой, и измерена их теплопроводность в диапазоне температур 50–300 K. Показано, что теплопроводности этих керамик близки при комнатной температуре и изменяются в диапазоне 17–18 Вт/(м  ⋅  K). В области криогенных температур (Т = 50 K) теплопроводность керамики на основе алюмоцинковой шпинели (180 Вт/(м  ⋅  K)) значительно выше теплопроводности керамики на основе алюмомагниевой шпинели (122 Вт/(м  ⋅  K)). Абсолютные теплопроводности керамик на основе этих шпинелей зависят от использованных при их изготовлении спекающих добавок.  
Автор:  С. С. Балабанов, А. В. Беляев, П. А. Попов
Ключевые слова:  шпинель, алюминат магния, алюминат цинка, теплопроводность
Стр:  742

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРУБ С РАВНОМЕРНОЙ СПЛОШНОЙ ШЕРОХОВАТОСТЬЮ РАЗЛИЧНОГО ПРОФИЛЯ
Представлены результаты экспериментального исследования гидравлического сопротивления течению воздуха в трубах с нарезанной метрической резьбой треугольного, прямоугольного и скругленного профилей. Высота профиля резьбы варьировалась от 0.25 до 1.25 мм. Выявлены условия наступления режима с полным проявлением шероховатости, когда коэффициент гидравлического сопротивления не зависит от числа Рейнольдса. Установлено, что наибольшим сопротивлением обладают трубы с резьбой прямоугольного профиля. Получены обобщающие соотношения для расчета зависимости коэффициента гидравлического сопротивления труб от относительной шероховатости их поверхности Δ– (0.008–0.055) и числа Рейнольдса (6000–250 000).  
Автор:  А. В. Злобин, С. Э. Тарасевич
Ключевые слова:  гидравлическое сопротивление, метрическая резьба, шероховатость
Стр:  748

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХФАЗНОГО ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА ПЕСЧАНИКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ НАТЯЖЕНИЯХ
Проводится исследование влияния поверхностного натяжения на двухфазные течения дренирования в пористой среде. Вычислительные фильтрационные эксперименты проводятся в трехмерной цифровой микротомографической модели песчаника. Для моделирования двухфазных течений применяются решеточные уравнения Больцмана, явления на границе раздела фаз и эффекты смачивания описываются при помощи метода градиента цветового поля. Расчеты проводятся при одинаковой скорости нагнетания несмачивающего флюида и при соотношении вязкостей несмачивающей и смачивающей фаз 1:10. Получены результаты, согласно которым рост межфазного натяжения способствует увеличению эффективности вытеснения смачивающей жидкости, зафиксированной на момент прорыва нагнетаемой фазы, и уменьшению эффективности после ее прорыва. Выявлено, что отличительными особенностями течений с формированием капиллярных пальцев, возникающих при больших поверхностных натяжениях, являются ступенчатый характер перемещения переднего фронта и рост каналов вытеснения по направлениям, отличным от гидродинамического перепада давления. Показано, что межфазное натяжение является параметром, варьирование которого позволяет изменить тип двухфазного течения. Увеличение межфазного натяжения способствует переходу течения с формированием вязких пальцев к потоку с формированием капиллярных пальцев. Эффективность вытеснения смачивающей жидкости в переходной зоне кроссовера является наименьшей.  
Автор:  Т. Р. Закиров, М. Г. Храмченков
Ключевые слова:  двухфазные течения, поверхностное натяжение, цифровой керн, моделирование, решеточные уравнения Больцмана, капиллярные пальцы
Стр:  755

ПОЛУПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРЕСНЕНИЕ ВОДЫ МЕТОДОМ ЕМКОСТНОЙ ДЕИОНИЗАЦИИ
Проведены исследования параметров CDI-опреснителя, работающего по схеме двустадийной деминерализации. Процесс опреснения проанализирован во взаимосвязи с электрофизическими измерениями. Продемонстрированы различные возможности эксплуатационной настройки режимов деминерализатора — рекуперация части энергии разряжаемой CDI-ячейки в заряжаемую, сокращение разрядного периода за счет приложения импульсов напряжения обратной полярности, повышения эффективности путем организации процедуры учета реального напряжения на рабочих электродах внутри CDI-ячейки. Указаны потенциальные возможности увеличения производительности опреснителя.  
Автор:  С. А. Жданок, А. С. Жданок, А. Г. Червяк, Е. А. Матвейчик, С. В. Шушков
Ключевые слова:  опреснение, солевой раствор, объемная деионизация, пористый электрод, сорбция ионов, степень опреснения, энергетическая эффективность.
Стр:  766

ПСЕВДООЖИЖЕНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО СЛОЯ В РЕАКТОРЕ ДЛЯ СОВМЕСТНОЙ ТОРРЕФИКАЦИИ ОТХОДОВ УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ И БИОМАССЫ
Изучены гидродинамические характеристики перехода многокомпонентного слоя, состоящего из частиц угольного шлама и соломенных гранул, в псевдоожиженное состояние. Показано, что увеличение доли крупных частиц (гранул) в слое приводит к уменьшению его относительной высоты и амплитуды пульсаций перепада давления в нем, что способствует повышению степени конверсии протекающих в слое химических реакций. Доказана возможность оценки минимальной скорости псевдоожижения многокомпонентного слоя по зависимости среднеквадратичного отклонения пульсации перепада давления в нем от скорости воздуха, продуваемого через слой.  
Автор:  Р. Л. Исьемин, С. Н. Кузьмин, А. В. Михалев, О. Ю. Милованов, Д. В. Климов, А. В. Небываев, В. В. Хасхачих
Ключевые слова:  торрефикация, псевдоожижение, угольные шламы, биомасса, многокомпонентный слой
Стр:  773

ПОДПИСКА НА ЖУРНАЛ