Неисчерпаемые проблемы теплообмена

Аннотация

Рассмотрены проблемы теплообмена, изучавшиеся последние пять лет на кафедре инженерной теплофизики. В процессах теплообмена жидких металлов в условиях подавления турбулентности магнитным полем обнаружены режимы с низкочастотными температурными пульсациями, обусловленными термогравитационной конвекцией и представляющими потенциальную опасность для жидкометаллических систем охлаждения в атомной энергетике и термоядерных установках. Совместная лаборатория ОИВТ РАН — МЭИ, созданная на территории института высоких температур, позволила проводить исследования магнитной гидро- динамики и теплообмена при сочетании параметров, близком к условиям реальных систем с жидкометаллическим охлаждением. Численные исследования теплообмена, включая прямое численное моделирование (DNS) однофазных турбулентных течений или процессов в гетерогенных системах, используются как эффективное средство изучения механизмов соответствующих явлений и вместе с тем позволяют решать прикладные задачи, в том числе по хозяйственным договорам. С помощью численных методов выполнена оптимизация металлогидридных систем очистки и компримирования водорода, изучены процессы гидродинамики и тепломассообмена в воздушных конденсационных установках. Впервые моделирование процессов в экспериментальной секции воз- душного конденсатора выполнено в сопряженной постановке с учетом рабочих характеристик газоудаляющих устройств. Примером успешного сочетания приближенных аналитических и численных методов анализа является решение задачи о свободной конвекции в крупномасштабных замкнутых объемах при высоких числах Рэлея. На кафедре широко исследуются процессы гидродинамики и теплообмена в двухфазных системах. В настоящее время выполнено несколько серий экспериментов по конденсации смесей паров воды и этанола с массовой долей спирта 0,8...16 % на поверхности горизонтальных и вертикальных труб, интенсивность теплоотдачи в сравнении с конденсацией чистого водяного пара может возрастать более чем в 4 раза. Проанализированы особенности кипения в микроканалах на гладкой и микроструктурированной поверхностях путем осаждения наночастиц. Разработаны модели уноса и осаждения капель и предложены уравнения для расчета распределения капель между жидкой пленкой и ядром потока в кольцевых двухфазных потоках. Проведены комплексные исследования пленочного кипения недогретой жидкости, создан уникальный массив опытных данных о режимах охлаждения высокотемпературных шаров из трех различных металлов в четырех различных жидкостях при давлении 0,1…1,0 МПа в широком диапазоне недогревов до температуры насыщения. Предложена гипотеза об условиях возникновения режима интенсивного теплообмена при пленочном кипении недогретой жидкости, при котором интенсивность теплообмена в 20…30 раз превышает уровень, отвечающий насыщенной жидкости. Ведутся опытные и теоретические работы по сонолюминесценции и гидролюминесценции при кавитации. Разрабатываются методы моделирования макроскопически проницаемых межфазных границ при численном решении задач тепломассообмена при фазовых превращениях.