ТОМ 91, №1


ТЕОРИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ВНУТРЕННИМИ ПЕРЕМЕННЫМИ СОСТОЯНИЯ: НЕОБХОДИМЫЕ И ДОСТАТОЧНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНИМОСТИ ВТОРОГО НАЧАЛА
На основе безэнтропийного термодинамического подхода развивается обобщенная теория термодинамических систем с внутренними переменными состояния. Для случая нелинейных термодинамических систем с внутренними переменными состояния c линейной релаксацией доказаны необходимые и достаточные условия для выполнимости второго начала в безэнтропийной формулировке, которые, согласно основной теореме теории, являются также необходимыми и достаточными условиями для существования термодинамического потенциала. Кроме того, установлены соотношения соответствия между термодинамическими системами с памятью и системами с внутренними переменными состояния и некоторые полезные соотношения в пространствах состояний обоих типов систем.
Автор:  А. И. Шнип
Ключевые слова:  термодинамика, системы с внутренними переменными, системы с памятью, второе начало термодинамики, термодинамический потенциал
Стр:  5

ГРАНИЦЫ ОБЛАСТИ РЕАЛИЗУЕМОСТИ ПРОЦЕССОВ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ
Получена область реализуемости мембранных разделительных систем при фиксированных производительности, суммарной площади мембраны и составах потоков. Законы изменения давления, соответствующие минимуму затрат энергии, конкретизированы для сред, близких к идеальным газам и идеальным растворам.
Автор:  А. М. Цирлин, А. А. Ахременков
Ключевые слова:  область реализуемости, мембраное разделение смесей
Стр:  22

ДАТЧИКИ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ, ИНТЕГРИРУЕМЫЕ В КОНСТРУКЦИЮ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ
При проектировании теплонагруженных элементов конструкции спускаемых аппаратов первичной является информация о тепловых нагрузках (тепловых потоках и температурах поверхности) на протяжении всего активного этапа полета в атмосфере. При движении аппарата с гиперзвуковыми скоростями уровень температуры и процессы, проходящие на поверхности тепловой защиты, не всегда позволяют использовать традиционные средства измерения тепловых нагрузок. Альтернативой прямым измерениям в этом случае является определение тепловых нагрузок по данным измерений температуры в нескольких внутренних точках элементов конструкции тепловой защиты. Целью данной работы является разработка и апробация датчиков для измерения теплового нагружения теплозащитных покрытий совре менных спускаемых аппаратов. В статье рассматриваются датчики теплового потока для двух классов теплозащитных материалов: неразрушающихся волокнистых материалов и термодеструктурирующих полимеров.
Автор:  О. М. Алифанов, С. А. Будник, А. В. Моржухина, А. В. Ненарокомов, А. В. Нетелев, Д. М. Титов
Ключевые слова:  датчики тепловых потоков, тепловая защита, обратные задачи, итерационная регу- ляризация, теплоизолирующие материалы, разлагающиеся полимерные материалы
Стр:  32

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ГРАНУЛЕ КАТАЛИЗАТОРА С ТОЧЕЧНЫМИ ЦЕНТРАМИ РЕАКЦИИ
Рассматривается гранула катализатора с пористой керамической химически инертной основой и с точечными активными центрами, на которых происходит экзотермическая реакция синтеза. Скорость химической реакции зависит от температуры по закону Аррениуса. С поверхности гранулы катализатора тепло отводится в продукты синтеза за счет теплоотдачи. На основе идеи самосогласованного поля построена замкнутая система уравнений для расчета температур активных центров. В качестве примера рассмотрена гранула катализатора синтеза Фишера–Тропша с активными частицами металлического кобальта. Стационарные температуры активных центров рассчитываются методом установления на основе решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Найдено распределение температуры внутри гранулы для локальных центров, расположенных на одном диаметре гранулы и хаотически распределенных в объеме гранулы. Установлено существование критической температуры внутри реактора, превышение которой приводит к существенному перегреву локальных центров. Распределение температуры с локальными центрами реакции качественно отличается от температуры гранулы, рассчитанной в гомогенном приближении. Представлены результаты расчетов
Автор:  И. В. Деревич, А. Ю. Фокина
Ключевые слова:  синтез Фишера–Тропша, каталитические реакции, металлический кобальт, полиномы Лежандра, тепловой эффект реакций синтеза, синтез-газ, пористая гранула катализатора, тепловой взрыв
Стр:  46

ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРУБ С ВНУТРЕННИМ СПИРАЛЬНЫМ ОРЕБРЕНИЕМ
Представлены результаты экспериментального исследования гидродинамики и теплообмена при течении воды в трубе с внутренним спиральным оребрением при углах закрутки от 14 до 87о и визуализации структуры течения на основе результатов численного моделирования.
Автор:  А. Н. Скрыпник, А. В. Щелчков, И. А. Попов, Д. В. Рыжков, С. А. Сверчков, Ю. В. Жукова, А. Д. Чорный , Н. Н. Зубков
Ключевые слова:  интенсификация теплообмена, гидравлические потери, труба с внутренним спиральным оребрением
Стр:  58

ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ОБТЕКАНИИ ВОЗДУХОМ ОДНОРЯДНОГО ПУЧКА ТРУБ СО СПИРАЛЬНЫМИ КАНАВКАМИ
Выполнено экспериментальное исследование теплоотдачи и гидравлического сопротивления при обтекании воздухом однорядного пучка труб со спиральными канавками на наружной поверхности и пучка гладких труб такого же диаметра. Нанесение на трубу с наружным диаметром 22 мм спиральной канавки шириной 3 мм и глубиной 2 мм с шагом 20 мм увеличило коэффициент теплоотдачи в диапазоне чисел Рейнольдса 6200–16 000 по сравнению с гладкотрубным пучком на 40–53%. При этом гидравлическое сопротивление пучка труб уменьшилось на 22%. Фактор аналогии Рейнольдса увеличился в среднем на 41%. Трубы со спиральными канавками в исследованном диапазоне скоростей обтекания показали некоторое увеличение чисел Струхаля до значений 0.24–0.36. Проведено компьютерное моделирование гидродинамики однорядного пучка гладкостенных труб и труб со спиральными канавками. Показано, что как интенсификация теплообмена, так и уменьшение гидравлического сопротивления может быть объяснено появлением несимметричных вихревых структур, индуцированных обтеканием спиральных канавок.
Автор:  А. А. Халатов, Г. В. Коваленко, A. Ж. Мейрис
Ключевые слова:  интенсификация теплообмена, теплоотдача, гидравлическое сопротивление, попе- речное обтекание труб, спиральные канавки
Стр:  70

УПРАВЛЕНИЕ ВНУТРЕННИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ ВНЕШНИХ ПОТОКОВ
Представлены инженерно-физические основы синтеза веществ в аппарате кипения. Проведено моделирование системы автоматической стабилизации максимума внутреннего коэффициента теплопередачи в таком аппарате по характеристикам внешних потоков на основе адаптивных поисковых алгоритмов. Приведены результаты работы системы в цеховых условиях.
Автор:  В. М. Журомский
Ключевые слова:  аппарат кипения, коэффициент теплопередачи, алгоритм автоматического поиска экстремума
Стр:  78

ASSESSMENT OF THERMAL PERFORMANCE OF FUNCTIONALLY GRADED MATERIALS IN LONGITUDINAL FINS
Assessment of the thermal characteristics of materials in heat exchangers with longitudinal fins is performed in the case where a conventional homogeneous material of a longitudinal fin is replaced by a functionally graded one, in which the fin material properties, such as the conductivity, are assumed to be graded as linear and powerlaw functions along the normal axis from the fin base to the fin tip. The resulting equations are calculated under two (Dirichlet and Neumann) boundary conditions. The equations are solved by an approximate analytical method with the use of the mean value theorem. The results show that the inhomogeneity index of a functionally graded material plays an important role for the thermal energy characteristics in such heat exchangers. In addition, it is observed that the use of such a material in longitudinal fins enhances the rate of heat transfer between the fin surface and surrounding fluid. Hopefully, the results obtained in the study will arouse interest of designers in heat exchange industry.
Автор:  R. Hassanzadeh and M. Bilgili
Ключевые слова:  functionally graded material, heat transfer rate enhancement, inhomogeneity index, mean value theorem
Стр:  86

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОДЛОЖКИ ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ
Создана математическая модель, позволяющая определить взаимосвязь скорости движения фронта испарения и тепловых процессов в подложке. Рассчитаны значения тепловых потоков, снимаемых с подложки, при испарении пленки толщиной в несколько микрон и фемтолитровых капель воды. Показано, что тепловые потоки за время испарения имеют порядок 1 МВт/м2. Время испарения не превышает 10–2 с. Получены приближенные формулы для оценки величин тепловых потоков. Выяснено, что понижение давления увеличивает величину снимаемого теплового потока за счет понижения предельной температуры фронта испарения
Автор:  С. П. Фисенко, Ю. А. Ходыко
Ключевые слова:  фронт испарения, свободномолекулярный режим, пленка, капля, пиннинг-эффект, тепловой поток
Стр:  96

ИСПАРЕНИЕ КАПЕЛЬ ВОДЫ ПРИ ДВИЖЕНИИ ЧЕРЕЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ГАЗЫ
С использованием высокоскоростной видеорегистрации и средств диагностики двухфазных газо- и парожидкостных потоков проведено экспериментальное исследование испарения капель (характерный размер Rm ≈ 0.05–0.35 мм) распыленного потока суспензий на основе воды с типичными грунтовыми примесями (ил и глина) при движении в высокотемпературной (около 1100 K) газовой среде (на примере продуктов сгорания ацетона). Относительная массовая концентрация грунтовых компонентов в суспензии варьировалась в диапазоне γ ≈ 0–1%. Установлено значительное влияние наличия указанных примесей на основную характеристику испарения — относительное изменение радиуса капель ΔR. Определено влияние начальной температуры (диапазон изменения Tw ≈ 278–320 K) распыляемой суспензии на интенсивность испарения последней. Показано, что значения интегральных характеристик процесса испарения суспензий с грунтовыми примесями могут быть существенно (в 2–3 раза) выше, чем для воды без этих компонентов.
Автор:  Г. В. Кузнецов, П. А. Стрижак
Ключевые слова:  капля, суспензия, грунтовые примеси, высокотемпературные газы, теплоперенос, испарение, высокоскоростная видеорегистрация
Стр:  104

NUMERICAL STUDY OF MIXING THERMAL CONDUCTIVITY MODELS FOR NANOFLUID HEAT TRANSFER ENHANCEMENT
Researchers paid their attention to nanofluid applications, since nanofluids have revealed their potentials as working fluids in many thermal systems. Numerical studies of convective heat transfer in nanofluids can be based on considering them as single- and two-phase fluids. This work is focused on improving the single-phase nanofluid model performance, since the employment of this model requires less calculation time and it is less complicated due to utilizing the mixing thermal conductivity model, which combines static and dynamic parts used in the simulation domain alternately. The in-house numerical program has been developed to analyze the effects of the grid nodes, effective viscosity model, boundary-layer thickness, and of the mixing thermal conductivity model on the nanofluid heat transfer enhancement. CuO–water, Al2O3–water, and Cu–water nanofluids are chosen, and their laminar fully developed flows through a rectangular channel are considered. The influence of the effective viscosity model on the nanofluid heat transfer enhancement is estimated through the average differences between the numerical and experimental results for the nanofluids mentioned. The nanofluid heat transfer enhancement results show that the mixing thermal conductivity model consisting of the Maxwell model as the static part and the Yu and Choi model as the dynamic part, being applied to all three nanofluids, brings the numerical results closer to the experimental ones. The average differences between those results for CuO–water, Al2O3–water, and CuO–water nanofluid flows are 3.25, 2.74, and 3.02%, respectively. The mixing thermal conductivity model has been proved to increase the accuracy of the single-phase nanofluid simulation and to reveal its potentials in the single-phase nanofluid numerical studies.
Автор:  A. Pramuanjaroenkij, A. Tongkratoke, and S. Kakaç
Ключевые слова:  nanofluid, mixing thermal conductivity model, single phase, boundary layer
Стр:  112

ВЛИЯНИЕ АГЛОМЕРАЦИИ НА ВЯЗКОСТЬ НАНОЖИДКОСТЕЙ
Представлена модель присоединенного слоя на поверхности наночастиц в жидкости, составляющего с ними механически цельные включения. Прежде всего, такие включения можно рассматривать как твердые частицы большего, чем их ядро, диаметра. Это можно интерпретировать как эффективное увеличение объемной концентрации первичных наночастиц, что позволяет адаптировать известную формулу Бетчелора для описания результатов измерений вязкости наножидкостей. Также продемонстрирована неизбежность агломерации наночастиц ввиду наличия на их поверхности присоединенного слоя жидкости. Показано, что эффективная объемная концентрация зависит от размера первичных наночастиц и степени их агломерации. Кроме того, представлены данные, согласно которым толщина присоединенного слоя для частиц диаметром менее 20 нм становится зависимой от размера наночастиц
Автор:  А. П. Завьялов, В. В. Сызранцев, К. В. Зобов, С. П. Бардаханов
Ключевые слова:  наножидкость, вязкость, агломерация, пористость
Стр:  123

ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ СМЕШЕНИЯ ЖИДКОСТИ И НАНОЖИДКОСТИ В Т-ОБРАЗНОМ МИКРОМИКСЕРЕ
В статье численно изучены режимы течения и перемешивания воды и наножидкости с наночастицами оксида алюминия в Т-образном микроканале. Число Рейнольдса варьировалось от 10 до 400, а объемная концентрация наночастиц — от 0 до 10%. Рассматривались наножидкости со средними размерами частиц 50 и 150 нм. Коэффициент вязкости наножидкости задавался из экспериментальных данных. Во всех случаях он превышал коэффициент вязкости воды и зависел не только от концентрации наночастиц, но также от их размеров, причем вязкость наножидкости с меньшими частицами была выше вязкости наножидкости с крупными частицами. Установлено существование стационарного безвихревого режима течения, стационарного вихревого течения с двумя подковообразными вихрями, стационарного течения с двумя вихрями в канале смешения. Показано, что при переходе течения от режима с двумя подковообразными вихрями к режиму течения с двумя одиночными вихрями эффективность смешения возрастает в несколько раз. Установлено, что режимы течения и эффективность смешения существенно зависят от объемной концентрации частиц и их размеров
Автор:  А. С. Лобасов, А. В. Минаков, В. Я. Рудяк
Ключевые слова:  гидродинамика, численное моделирование, Т-образный микросмеситель, микромиксер, смешение, вязкость, наножидкость, наночастицы, перепад давления
Стр:  133

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО РОСТА ОДНОСЛОЙНОГО ГРАФЕНА НА МЕДНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ В ПРОЦЕССЕ ХИМИЧЕСКОГО ПАРОФАЗНОГО ОСАЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
Предложена новая кинетическая модель изотермического роста однослойного графена на медном катализаторе в процессе химического парофазного осаждения углеводородов при низком давлении, основанная на экспериментальных данных по синтезу графена в реальном времени. Модель учитывает хемисорбцию и каталитическую декомпозицию этилена на медной поверхности, диффузию атомов углерода в радиальном направлении к центрам нуклеации в пределах тонкого расплавленного приповерхностного слоя меди, нуклеацию и автокаталитический рост графеновых доменов. Показано, что зависимость скорости роста графенового домена от времени имеет характерный ассиметричный колоколообразный вид. Получены временные зависимости для площади поверхности графенового домена, его размера и скорости роста при разных температурах синтеза и концентрациях этилена. Рассчитаны временные характеристики роста графеновых доменов в зависимости от параметров их синтеза. Полученные результаты могут быть использованы для выбора оптимальных режимов синтеза графена в процессах химического парофазного осаждения и на других катализаторах с низкой растворимостью углерода.
Автор:  С. И. Футько, Б. Г. Шулицкий, В. А. Лабунов, Е. М. Ермолаева
Ключевые слова:  графен, аллотропы углерода, динамика роста графена в реальном времени, химическое парофазное осаждение, медный катализатор, гетерогенный катализ, переходные металлы, углеводороды
Стр:  146

ОСОБЕННОСТИ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ С ВЫСОКОДИСПЕРСНЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ ДОБАВКАМИ
Исследовано влияние трех различных наноматериалов: исходного, а также функционализированных амино- и кислородсодержащими группами, на свойства эластомерных композиций на основе каучуков специального назначения. В качестве эластомерной матрицы в одном случае использовалась резиновая смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука марки БНКС-18, в другом — комбинация двух марок бутадиен-нитрильного каучука (БНКС-18+БНКС-28 в соотношении 50:50), которые отличались количеством связанного нитрила акриловой кислоты. Для определения степени взаимодействия добавок с эластомерной матрицей были проведены комплексные испытания резиновых смесей. При этом были определены как показатели пласто-эластических свойств резиновых смесей и качественные характеристики распределения наполнителя (модуль эластичности при малых амплитудах деформации, модуль сдвига при большой деформации), так и разность данных показателей — комплексный динамический модуль.
Автор:  Ж. С. Шашок, Н. Р. Прокопчук, К. В. Вишневский, А. В. Крауклис, К. О. Борисевич, И. О. Борисевич
Ключевые слова:  бутадиен-нитрильный каучук, модуль эластичности, модуль сдвига, комплексный динамический модуль, вязкость по Муни, углеродные наноматериалы, нанотрубки, нановолокна, функционализация
Стр:  156

ВОЗБУЖДЕНИЕ УДАРНЫХ ВОЛН ПРИ ПЕРЕХОДЕ ДЕТОНАЦИИ ЧЕРЕЗ ОБЛАСТЬ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ РЕАГИРУЮЩЕГО И ИНЕРТНОГО ГАЗОВ
Сформулирована и численно решена нестационарная задача о возбуждении плоской ударной волны при переходе детонации через область перемешивания реагирующего и инертного газов. Постановка задачи базируется на приближенной модели, описывающей с высокой точностью изменение молярной массы и удельной внутренней энергии продуктов сгорания углеводородов при сдвиге их химического равновесия. Рассмотрена ситуация, когда в области перемешивания химических веществ концентрации реагирующего и инертного газов изменяются линейным образом. Исследовано влияние ширины области перемешивания на интенсивность и закон затухания возбуждаемых ударных волн.
Автор:  Е. С. Прохоров
Ключевые слова:  газовая детонация, реагирующий и инертный газы, продукты детонации, химическое равновесие, ударная волна
Стр:  162

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПОНОВКИ СВЕРХЗВУКОВОГО ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗВУКОВОГО УДАРА
Представлены результаты расчетов звукового удара, создаваемого сверхзвуковым пассажирским самолетом на крейсерском режиме полета при числе Маха М = 2.03. Рассмотрено влияние поперечной V-образности крыльев, угла их заклинения, а также различного расположения мотогондол двигателей самолета на крыле. Анализ параметрических расчетов показал, что интенсивности звукового удара, генерируемого компоновкой с V-образным задним крылом и компоновкой с заклиненными крыльями, практически остаются неизменными и соответствуют уровню интенсивности, создаваемому оптимальной компоновкой. Сравнительные оценки звукового удара для тандемных компоновок с различным расположением мотогондол на поверхности крыла показали, что интенсивность звукового удара, генерируемого компоновкой с мотогондолой на наветренной стороне, может быть снижена на ~14% относительно компоновки без мотогондол. В случае компоновки с мотогондолами на подветренной стороне крыла профиль волны звукового удара вырождается в N-волну, у которой значительно снижена интенсивность головного скачка
Автор:  В. Ф. Волков, И. И. Мажуль
Ключевые слова:  сверхзвуковое течение, звуковой удар, моноплан, тандемная компоновка, V-образность крыльев, мотогондолы
Стр:  172

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ МАГНИТНЫХ ДИСПЕРСИЙ В ГРАДИЕНТНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Предложена экспериментальная модель для исследования движения магнитных дисперсий под действием поверхностных механических и объемных магнитных сил, которые создаются, соответственно, вращающимся цилиндром и неоднородным полем поперечно поляризованного цилиндрического магнита. На примере одиночного магнитного шарика изучены особенности движения, обусловленные конкуренцией поверхностных, магнитных и инерционных сил в системе цилиндрический магнит–вращающийся цилиндр покоящийся цилиндр, включая критическую частоту инерционного срыва дисперсии с вращающейся поверхности и динамическое равновесие дисперсии в условиях конкуренции центробежного срыва и магнитного захвата
Автор:  С. Б. Кашевский, Б. Э. Кашевский, А. Л. Худолей
Ключевые слова:  магнитные дисперсные системы, движение в неоднородном магнитном поле, экспе- риментальная модель, динамика магнитного шарика
Стр:  184

К РАСЧЕТУ ИНТЕНСИВНОЙ НИСХОДЯЩЕЙ КОНВЕКЦИИ НАД "ХОЛОДНЫМ ПЯТНОМ" НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Представлены результаты теоретических оценок, относящихся к конвекции, возникающей над "холодным пятном" на горизонтальной поверхности. Рассматривается случай термических неоднородностей достаточно большой амплитуды, когда нельзя ограничиться линейным приближением. Безразмерным критерием является аналог числа Рэлея, пропорциональный амплитуде отклонения температуры и кубу горизонтального масштаба термической неоднородности. Из простых физических соображений и масштабного анализа получены явные аналитические выражения для глубины (высоты) проникновения термических возмущений в среду и амплитуд составляющих скорости конвекции. Эти результаты хорошо согласуются с имеющимися в литературе экспериментальными данными. Число Нуссельта пропорционально аналогу числа Рэлея в степени 1/5, причем из сравнения с результатами экспериментов следует, что коэффициент пропорциональности имеет величину порядка единицы. Определено влияние рассматриваемой конвекции на перенос пассивной примеси.
Автор:  Л. Х. Ингель
Ключевые слова:  конвекция, неоднородное охлаждение снизу, нелинейная модель, масштабный анализ, число Нуссельта, перенос примеси
Стр:  194

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ПОЛНОСТЬЮ РАЗВИТОМ ТУРБУЛЕНТНОМ ТЕЧЕНИИ В КАНАЛЕ
Рассмотрено формирование областей с повышенной концентрацией твердых частиц в полностью развитом турбулентном течении в канале с непроницаемыми стенками. Течение газа моделировалось на основе нестационарных трехмерных уравнений Навье–Стокса. Для моделирования движения частиц использовался дискретно-траекторный подход. На основе данных прямого численного моделирования определены распределения средних и пульсационных характеристик потока и концентрации дисперсной фазы в канале. Установлено, что формирование областей с повышенной концентрацией частиц связано с мгновенным распределением завихренности в пристеночной области канала. Результаты численного моделирования находятся в качественном и количественном согласии с данными физических и вычислительных экспериментов
Автор:  К. Н. Волков, В. Н. Емельянов
Ключевые слова:  полностью развитое турбулентное течение, твердые частицы, канал с непроницаемыми стенками, прямое численное моделирование
Стр:  198

ДИНАМИКА ПАРОВОГО ПУЗЫРЯ В ДЕЙТЕРИРОВАННОМ АЦЕТОНЕ
Приведены результаты численных расчетов динамики парового пузыря в дейтерированном ацетоне.
Автор:  Р. Н. Хабеев, Н. С. Хабеев
Ключевые слова:  паровой пузырек, дейтерированный ацетон, радиальные колебания, схлопывание
Стр:  208

ЗАТУХАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА, РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ЧЕРЕЗ ДВА СЛОЯ ПУЗЫРЬКОВОЙ ЖИДКОСТИ
Исследована динамика акустического сигнала в пятислойной среде, содержащей два слоя жидкости с полидисперсными пузырьками газа. Проведены расчеты по взаимодействию импульсного возмущения давления малой амплитуды с многослойным образцом, содержащим два слоя промышленного геля с полидисперсными пузырьками воздуха. Показано, что небольшое количество пузырьков воздуха (около 0.1% по объему) в тонком слое геля существенно понижает амплитуду акустических волн с частотами, близкими к резонансным частотам собственных колебаний пузырьков в 10 и более раз. При этом имеются диапазоны частот, где влияние пузырькового слоя незначительно.
Автор:  Д. А. Губайдуллин, А. А. Никифоров
Ключевые слова:  пузырьковая жидкость, акустические волны, межфазный тепломассообмен, дисперсионное соотношение, полидисперсность
Стр:  214

ВЛИЯНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ НА ПАРАМЕТРЫ УДАРНОЙ ВОЛНЫ В ГАЗОВЗВЕСИ
Численно изучается процесс движения ударной волны в неоднородной среде в зависимости от пространственного распределения средней плотности дисперсной фазы: при распространении ударной волны из чистого газа в газовзвесь и из газовзвеси в чистый газ. Выявлены закономерности, влияющие на скорость и профиль ударной волны, движущейся в неоднородной среде.
Автор:  Д. А. Тукмаков, Н. А.Тукмакова
Ключевые слова:  газовзвесь, ударные волны, численное моделирование, межфазное взаимодействие
Стр:  221

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОФАЗНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ С ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫМ СКЕЛЕТОМ
Предложена математическая модель двухфазной фильтрации, протекающей в условиях растворения пористой среды. Модель может быть использована для совместного описания сложных химико-гидро-геомеханических процессов, которые часто встречаются в нефтегазодобывающей и природоохранной практике. В качестве примера рассматривается кислотная обработка призабойной зоны нагнетательной скважины нефтяного коллектора. Вмещающие породы представлены карбонатами. Фазами процесса являются водный раствор соляной кислоты и нефть. Разработан программный продукт для проведения вычислительных экспериментов. Для численных экспериментов используются данные по скважинам реального нефтяного месторождения. Получено хорошее совпадение данных с месторождения и расчетных данных. Проведены численные эксперименты с различными конфигурациями проницаемости нефтяного пласта.
Автор:  М. Г. Храмченков, Э. М. Храмченков
Ключевые слова:  математическая модель, двухфазная фильтрация, деформируемая пористая среда, химически активный флюид, скин-фактор
Стр:  225

К ЗАДАЧЕ О ФИЛЬТРАЦИИ К НЕСОВЕРШЕННОЙ ГАЛЕРЕЕ В БЕЗНАПОРНОМ ПЛАСТЕ
Рассматривается задача о плоской установившейся фильтрации в безнапорном пласте к несовершенной галерее при наличии испарения со свободной поверхности потока. Для изучения подобного течения формулируется и с применением метода Полубариновой-Кочиной решается смешанная краевая задача теории аналитических функций. На базе предлагаемой модели разработан алгоритм расчета дебита галереи и ординаты точки выхода свободной поверхности на непроницаемый экран. Приводится подробный гидродинамический анализ влияния всех физических параметров модели на искомые фильтрационные характеристики
Автор:  Э. Н. Береславский, Л. М. Дудина
Ключевые слова:  фильтрация, безнапорный пласт, несовершенная галерея, грунтовые воды, свободная поверхность, испарение, комплексная скорость, конформные отображения, метод Полубариновой-Кочиной
Стр:  234

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС ПРИ СУШКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТЕЛА В ОСЦИЛЛИРУЮЩЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
Сформулирована и аналитически решена задача нагрева высушиваемого влажного тела цилиндрической формы бесконечной длины в осциллирующем электромагнитном поле с учетом прерывистости его облучения, описываемой единичной функцией Хевисайда, поглощения им электромагнитной энергии по экспоненциальному закону, и конвективного тепло- и массообмена поверхности тела с внешней средой, имеющей постоянные параметры. Интенсивность испарения влаги с поверхности тела определена на основе аналитического решения задачи массопроводности (диффузии влаги) при условии, что фазовые превращения в теле происходят у его поверхности. Решения задачи нагрева цилиндрического тела получены для случаев неравномерного и равномерного распределений его локальной и средней по объему температур и градиента температуры у поверхности тела. На основе полученного решения проведено численное моделирование сушки семени цилиндрической формы, подвергнутого осциллирующему инфракрасному об- лучению, показавшее "работоспособность" полученного решения. В результате проведенного численного моделирования найден технологический режим осциллирующей инфракрасной сушки семян при заданных минимальной и максимальной температурах их нагрева в цикле и длительности облучения, который позволяет не только высушить семена, но и существенно улучшить их посевные качества –– энергию прорастания и всхожесть. Осциллирующий инфракрасный нагрев семян может быть организован при их сушке в псевдоожиженном или виброожиженном слоях.
Автор:  С. П. Рудобашта, Г. А. Зуева, Э. М. Карташов
Ключевые слова:  электромагнитный нагрев, сушка, конвективный тепломассообмен, прерывистое об- лучение, термолабильные материалы
Стр:  241

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ УНОСА ЧАСТИЦ ИЗ ЦИКЛОННО-СЛОЕВОЙ КАМЕРЫ
Выполнено экспериментальное исследование уноса частиц кварцевого и оливинового песка из циклонно-слоевой камеры с кипящим слоем. Введена обобщенная характеристика камеры, позволяющая идентифицировать три разных механизма уноса.
Автор:  Е. А. Пицуха, Ю. С. Теплицкий, Э. К. Бучилко
Ключевые слова:  кипящий слой, циклонно-слоевая камера, унос частиц, число Стокса
Стр:  252

КВАЗИКАПИЛЛЯРНЫЙ ЭФФЕКТ В НЕПОДВИЖНОМ ПРОДУВАЕМОМ ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ
Экспериментально исследовано явление самопроизвольного подъема твердых частиц в узкой трубке, погруженной в неподвижный продуваемый зернистый слой. Этот феномен назван нами квазикапиллярным эффектом. Установлено, что если трубку опустить в неподвижный продуваемый зернистый слой, то внутри трубки создаются условия для интенсивного движения твердой фазы вследствие чего высота, на которую поднимается дисперсная среда внутри трубки, превышает высоту насыпного зернистого слоя. Показано, что высота подъема и характер движения частиц напрямую зависят от отношения внутреннего диаметра трубки к размеру частиц, а также от глубины погружения трубки в зернистый слой. Дается физическое толкование этого эффекта
Автор:  В. Н. Королев, В. А. Марков, С. А. Нагорнов, И. С. Парышев
Ключевые слова:  узкая трубка, размер частиц, неподвижный зернистый слой, твердые частицы, дисперсная среда
Стр:  256

К ТЕОРИИ НАКОПЛЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ В КУПОЛЕ, ПРИМЕНЯЕМОМ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ТЕХНОГЕННОГО РАЗЛИВА НА ДНЕ ОКЕАНА
Рассматривается работа купола-сепаратора, установленного на дне Мирового океана и предназначен- ного для ликвидации последствий техногенного разлива углеводородов. Полагается, что из поврежденной скважины, расположенной на дне океана, поступают нефть и газ (метан). В условиях стабильного существования гидрата на поверхности пузырьков метана образуется гидратная оболочка. Для сбора поступающих углеводородов над местом разлива устанавливается купол из мягкой полиуретановой оболочки, внутри которого накапливаются углеводороды. В режиме стационарной работы купола предусмотрена откачка углеводородов для транспортировки и дальнейшего использования. В работе исследованы температурные поля слоев углеводородов, накопленных внутри купола
Автор:  И. К. Гималтдинов, С. Р. Кильдибаева
Ключевые слова:  купол, разлив углеводородов, шельф, нефть, газовые гидраты
Стр:  260

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПЫЛЕВОГО ОБЛАКА В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА И ОТСУТСТВИЯ ГРАВИТАЦИИ
Статья посвящена моделированию процессов формирования пылевых образований в условиях отсутствия гравитации, что необходимо для понимания процессов, происходящих в пылевых скоплениях в космосе, верхних слоях планетарных атмосфер и на поверхности космических объектов, а также для оценки возможностей создания дисперсных структур с заданными свойствами. Основная задача моделирования — оценка общих закономерностей динамики пылевого облака на начальном этапе его формирования. С помощью оригинального подхода на основе метода частиц в ячейках, позволяющего изучать механику больших ансамблей частиц на современных вычислительных платформах, рассматривается механика пылевой среды в процессе ее возбуждения в замкнутом объеме за счет вибрации стенок, а затем — в процессе разлета после открывания контейнера в космических условиях. Выявлены основные закономерности формирования пылевого образования, показаны возможности математического моделирования для прогнозирования пространственных и временных характеристик дисперсных структур.
Автор:  А. В. Авдеев, А. С. Борейшо, С. В. Ивакин, А. А. Моисеев, А. В. Савин, Е. И. Соколов, П. Г. Смирнов
Ключевые слова:  пылевое облако, метод частиц в ячейках, дисперсные структуры, математическое моделирование, параллельные вычисления, максвелловское распределение
Стр:  266

ФЛУКТУАЦИОННО-ДИССИПАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Исследованы основные механизмы фундаментальных флуктуационных потерь в оптических системах передачи информации, учет которых принципиально важен при анализе распространения света на большие расстояния
Автор:  В. Л. Колпащиков
Ключевые слова:  флуктуационно-диссипационная модель, оптическая система передачи информации, стохастические уравнения, флуктуации температуры, флуктуационные потери
Стр:  274