НИИ механики МГУ имени М. В. Ломоносова
На основе уравнений Эйлера проведено численное моделирование взаимодействия ударной волны с газовым пузырем повышенной плотности вблизи твердой стенки. Применяется конечно-разностная схеме МакКормака с добавлением искусственной вязкости Дэвиса. Описана газодинамика преломления падающей ударной волны и фокусировки поперечных и отражающихся от стенки скачков уплотнения. Показано, что импульсная ударно-волновая нагрузка на стенку существенно зависит от формы пузыря. На основе серии расчётов определены ключевые факторы, отвечающие за величину пиковых давления плотности на стенке: интенсивность вторичных ударных волн, наличие слоя тяжелого газа непосредственно у стенки и локализация области наиболее интенсивного взаимодействия волн по отношению к стенке. Установлено, что наиболее интенсивным воздействие на стенку оказывается при небольшом удлинении пузыря в направлении распространения ударной волны.
Анастасия Германовна Сиренко
МГУ имени М.В. Ломоносова
Перспективной областью применения разрядов различных типов (плазменных актуаторов) является управление высокоскоростными газодинамическими потоками как в камерах сгорания летательных аппаратов, так и на обтекаемых поверхностях.
В работе исследована динамика ударно-волновых полей (теневая высокоскоростная съемка), и тепловых полей на стенках рабочей камеры ударной трубы (инфракрасная термография) инициированных двумя типами разрядов.
1. Разряд, скользящий по поверхности диэлектрика вблизи диэлектрической вставки на горизонтальной поверхности плазменного листа; длина 30 мм
2. Вертикальный колонообразный разряд вблизи окна разрядной камеры высотой 24 мм (режим контракции объемного разряда).
Регистрация велась через кврцевые окна рабочецй камеры ударной трубы.
Теневая высокоскоростная съемка позволила зарегистрировать цилиндрические ударные волны от области импульсного линейного энерговклада вблизи вертикальных и горизонтальных стенок, измерить скорость [1].
Получены последовательные изображения инфракрасных полей нагретых разрядами наносекундной длительности стенок камеры, исследовано время релаксации теплового излучения стенок вблизи диэлектрической вставки в форме прямоугольного параллелепипеда размером 6 × 2 × 48 мм3. Показано, что время остывания области текстолитовой стенки, нагретой плазмой, может длиться до 30 мс и существенно превышает время остывания кварцевой стенки (до 4 мс).
1. Tatarenkova D.I., Koroteeva E.Y., Kuli-zade T.A., Karnozova E.A., Znamenskaya I.A., Sysoev N.N. Pulsed discharge-induced high-speed flow near a dielectric ledge // Experiments in Fluids. 2021. V. 62. № 7. P. 151. DOI: 10.1007/s00348-021-03253-0.
Елизавета Андреевна Карнозова
Томский государственный университет
В докладе представлены результаты численного исследования горения смесевого твердого топлива, содержащего порошок бора. Представлены результаты расчета скорости горения смесевого твердого топлива, содержащего частицы бора, от давления над поверхностью топлива. Постановка задачи основана на сопряженной модели горения смесевого твердого топлива [1] и модели горения порошка бора [2].
Математическая постановка задачи определяется системой уравнений, записанной в декартовой системе координат для области, определяющей процессы в твердом топливе и области на поверхностью горения. В твердом топливе решаются уравнение теплопроводности в твердом топливе уравнение разложения окислителя в твердом топливе. В расчетной области, определяющей процессы над поверхностью смесевого твердого топлива, решаются уравнения сохранения массы, импульса и энергии для газа и частиц, баланса массы кислорода, газообразных продуктов реакции, твердого оксида бора в частицах, счетной концентрации частиц и состояния газа. В уравнениях, определяющих математическую постановку задачи, правые части, отвечающие за химическое взаимодействие газа и частиц, определяются через радиус бора в частице, окисление определяется эффективной диффузией через оксидный слой. Слагаемые, определяющие инерционное и тепловое взаимодействие определяются через радиус самой частицы, состоящей на этапе окисления из бора и оксидного слоя, на этапе горения из оголившегося бора. Подробности модели окисления и горения частиц бора приведены в [2].
Задача решалась численно с использованием методов, аналогичных [2].
На рисунке 1 представлена зависимость линейной скорости горения смесевого твердого топлива, содержащего полидисперсный порошок бора, от давления газа над поверхностью горения. Точками представлены результаты численно расчета, сплошной линией аппроксимация расчета степенным законом.
Подробности исследования представлены в работе [3].
Дальнейшее исследование касалось использования PSU-модели для описания процессов окисления и горения частиц бора.
Модель PSU была дополнена допущениями [2] и дала изменения в законе горения частиц бора в составе смесевых твердых топлив.
1. Порязов В.А., Крайнов А.Ю. Расчет скорости горения металлизированного смесевого твердого топлива с учетом распределения агломератов по размерам. Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 3. С. 568-574.
2. Крайнов А. Ю., Крайнов Д. А., Моисеева К. М. и др. Математическое моделирование горения газовзвеси порошка бора // Инженерно-физический журнал. 2021. Т. 94, № 2. C. 360 – 371.
3. Порязов В.А., Моисеева К.М., Крайнов А.Ю. Исследование горения смесевого твердого топлива с добавкой порошка бора // Физика горения и взрыва. 2022. Т. 58. № 5. В печати.
Ксения Михайловна Моисеева
ИММ - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН
Исследования волновой динамики неоднородных и многофазных сред представляет значительный интерес в связи с прикладной их направленностью [1-3]. Установлено, что при разной начальной концентрации аэрозоля для всех рассматриваемых длин однородных труб и частот возбуждения время осаждения различно [4]. В связи с этим представляет интерес исследование осаждения аэрозоля при различных его начальных концентрациях в трубе с изменяющимся сечением.
Экспериментальные исследования проводились на установке, где основным элементом был виброгенератор, который приводил в движение плоский поршень радиуса R1 = 0.05 м [5]. Колебания возбуждались в цилиндре высотой L1 = 0.038 м. Цилиндр соединялся со стеклянной трубой длиной L0 = 1.06 м и радиусом R0 = 0.018 м. В качестве рабочей среды использовался аэрозоль DEHS с диаметром капель около 1 мкм.
Получены осциллограммы колебаний давления газа и аэрозоля вблизи резонанса при различных амплитудах возбуждения. Интенсивность колебаний максимально в чистом газе и падет с увеличением концентрации, что связано с вязкостью среды. Выявлено, что с уменьшением концентрации аэрозоля осаждение происходит быстрее.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (№ 22-79-00302).
1. Медников Е.П. Акустическая коагуляция и осаждение аэрозолей. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 263 с.
2. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Осипов П.П., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. Волновая динамика газовзвесей и отдельных частиц при резонансных колебаниях (обзор) // ТВТ. 2021. Т. 59. № 3. С. 443–466.
3. Вараксин А. Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований (обзор) // ТВТ. 2020. Т. 58. № 4. С. 646–669.
4. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Галиуллин Р.Г., Галиуллина Э.Р., Ткаченко Л.А. Экспериментальное исследование коагуляции аэрозоля в трубе вблизи субгармонического резонанса // ТВТ. 2004. Т. 42. № 5. С. 788.
5. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. Экспериментальное исследование осаждения аэрозоля в закрытой трубе с изменяющимся сечением // ТВТ. 2022. Т. 60. № 1. С. 443–466.
Линар Радикович Шайдуллин
Центральный аэрогидродинамический институт имени Н.Е. Жуковского
Исследование интерференции работающего воздушного винта и планера самолета, несмотря на долгую историю эксплуатации винтовых самолетов различных классов не теряет свою актуальность [1]. На современном этапе исследований большое внимание уделяется применению численных методов в процессе аэродинамического проектирования винтовых самолетов и воздушных винтов, но в тоже время для подтверждения достоверности проводимых расчетов требуется проведение процедуры валидации с использованием экспериментальных данных.
В данной работе представлены результаты сравнения расчетных и экспериментальных результатов исследования изолированного шестилопастного воздушного винта (ВВ). Расчётные исследования обтекания изолированного ВВ, экспериментальные исследования которого проводились в большой дозвуковой аэродинамической трубе, выполнены с использованием программы на базе численных решений уравнений Навье-Стокса в квазистационарной постановке. Расчетные исследования характеристик винта проведены с использованием двух расчетных областей, при этом область с ВВ вращается с постоянной угловой скоростью внутри стационарной области [2, 3]. ВВ выполнен в масштабе 1:4.5 от натурных размеров. ВВ установлен на обтекаемой мотогондоле и его основание скрыто за коком. Изолированный шестилопастной ВВ исследован при фиксированном нулевом угле атаки и изменении скорости набегающего потока в диапазоне V = 10÷80 м/с. Также были фиксированными число оборотов винта n =5400 об/мин и угол установки лопасти φ =+30º.
Представлено сравнение следующих расчётных характеристик изолированного ВВ с результатами эксперимента: коэффициент полезного действия η; коэффициент тяги α; коэффициент мощности β. Показано, что результаты расчёта хорошо согласуются с экспериментальными данными (рис. 1). При изменении скорости набегающего потока в диапазоне V = 18÷80 м/с, погрешность расчета не превышает 2%. На малых скоростях потока по всем характеристикам наблюдаются наилучшие совпадения. Однако при увеличении относительной поступи винта λ возникают некоторые расхождения с экспериментом для коэффициентов тяги α и мощности β.
1.Chernousov V.I., Krutov A.A., Pigusov E.A. Features of flow around transport aircraft model with running propellers by modelled engine failure in wind tunnel // Journal of Physics: Conference Series. Сер. "International Conference PhysicA.SPb/2021" 2021. С. 012206. DOI: 10.1088/1742-6596/2103/1/012206
2. Виноградов О.Н., Корнушенко А.В., Павленко О.В., Петров А.В., Пигусов Е.А., Чинь Т.Н. Особенности интерференции воздушного винта и крыла сверхбольшого удлинения в неоднородном потоке // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 2. С. 7-19.
3. Кажан А.В., Кажан В.Г., Кузин С.А. Численные исследования особенностей обтекания воздушного винта и его интерференция с крылом // Материалы XXXI Научно-технической конференции по аэродинамике. 2020. С. 115-116
Евгений Александрович Пигусов
ИПМ им. М.В. Келдыша РАН
Одним из методов численного моделирования задач газовой динамики является использование квазигазодинамических уравнений, которые являются обобщением уравнений Навье-Стокса. Такой регуляризованный подход имеет широкий спектр практического применения, а также большой исследовательский потенциал.
Моделирование сверхзвукового течения газа рассматривается на примере решения тестовой задачи о нестационарном взаимодействии вихревого течения с ударной волной. Данная задача решена с помощью КГД численного алгоритма – решателя QGDFoam, построенного на базе квазигазодинамических уравнений и включенного в открытый комплекс OpenFOAM. Результаты расчета сравниваются с другими вычислительными ядрами, вариантами метода Курганова—Тадмора, включенные в состав открытого программного комплекса OpenFOAM. Также результаты сравниваются с опубликованными данными, полученными на основе метода типа Годунова высокого порядка точности.
В итоге получается, что КГД алгоритм успешно решает поставленную задачу, результаты расчетов монотонно сходятся к решению, рассматриваемому в качестве эталонного, при сгущении пространственной сетки. При малых значениях диссипативных коэффициентов результаты КГД расчетов близки в результатам, полученным по схеме второго порядка точности, а при больших значениях - к результатам расчетов по схеме первого порядка точности с направленными разностями. Достаточно простая регулировка диссипативных коэффициентов в КГД алгоритме позволяет настраивать его для получения решения с нужной точностью.
Мария Александровна Кирюшина
Федеральное государственное учреждение Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук», Москва
Структура фронта газовой детонации является сложной, многомерной и существенно зависит от характерного времени взаимодействия гидродинамических процессов и химических реакций. Это является предметом многочисленных исследований, т.к. устойчивость структуры определяет стабильность распространения детонации в самоподдерживающемся режиме. Комбинированное поведение головной и поперечных волн образует конфигурации тройных точек и создает ромбовидные узоры, известные как ячейки детонации. Изучение самоподдерживающейся детонационной структуры и факторов, влияющих на ее быстрое разрушение важно для определения условий разрушения детонационной волны. В данной работе проведено численное исследование формирования ячеистой структуры в водородных и углеводородных смесях с воздухом. Также изучалась возможность подавления ранее возникшей детонации при добавлении ингибитора – пропилена. Исследовалось влияние концентрации пропилена на развитие детонации, вызванной прямым инициированием с помощью притока энергии извне в малом объеме за короткое время, при различной начальной температуре смеси. Рассмотрена возможность решения задачи химической кинетики с помощью искусственных нейронных сетей. Была произведена замена численного дифференцирования жесткой системы обыкновенных дифференциальных уравнений нейросетевым решением. Полученная нейронная сеть может, работая в рекурсивном режиме, прогнозировать на много шагов вперед развитие химической системы, состоящей из множества веществ Рассматривались также сети архитектуры UNET.
Елена Викторовна Михальченко
Томский государственный университет
Численно исследуется горение пропано-воздушной смеси в закрытом узком цилиндрическом канале. Целью исследования является определение формы пламени и видимой скорости горения пропано-воздушной смеси в зависимости от содержания пропана в смеси и радиуса канала.
Модель горения пропано-воздушной смеси основана на модели, представленной в [1]. Математическая постановка задачи описывается уравнениями созранения массы, импульса и энергии с учетом диффузии компонентов смеси, теплопроводности, химического реагирования. Система уравнения записывается в двухмерном приближении в цилиндрических координатах в консервативной форме. Метод решения задачи основан на алгоритме [2].
Результаты расчетов представлены на рис. 1 – 2. Согласно рис. 1 при горении пропано-воздушной смеси с содержанием пропана меньше стехиометрического в закрытом канале радиуса 2 см форма пламени способна меняться за счет сложной картины течения газа, возникающего при его тепловом расширении. Уменьшение объемного содержания пропана с 3.5 % до 3% приводит к снижению видимой скорости распространения пламени. Кроме того, наблюдаемое для 3.5 % смеси изменение формы пламени не было обнаружено для 3% смеси (рис. 1).
Расчет закономерностей горения смеси стехиометрического состава в закрытом канале радиуса 1.5 см (рис. 2) показал возможность формирования тюльпанообразного пламени. Скорость распространения пламени при этом имеет колебательный характер с периодическим ускорением и замедлением пламени.
Подобные результаты для газовых смесей с содержанием горючего близким к стехиометрическому описаны, в частности, в [3].
Исследование выполнено при поддержке стипендии Президента (проект № СП-134.2022.1).
1. Moiseeva K M, Krainov A Yu, Krainov D A Numerical investigation on burning rate of propane-air mixture// IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. 696. 012011.
2. Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme. V. A second-order sequel to Godunov's method // Journal of Computational Physics. 1979. V.1. No. 32. Pp. 101–136.
3. Алексеев М.М., Семенов О.Ю. Физическое моделирование тюльпанообразного пламени при горении газов в цилиндрической вертикальной трубе // Вестник кибернетики. 2021. Т. 41. №1. С.63-70.
Ксения Михайловна Моисеева
НИИ механики МГУ
Панорамные (полевые) методы измерений, в отличие от традиционных (термоанемометр, лазерная доплеровская анемометрия и др.), обладают рядом преимуществ. Например, они позволяют измерять мгновенные распределения физических величин, выявлять в потоке когерентные структуры, исследовать нестационарные потоки и быстропротекающие процессы [1]. Наиболее известными среди панорамных методов являются PIV (Particle Image Velocimetry) и SSP (Shadow Photography).
Метод PIV – это оптический метод измерения мгновенных полей скорости газа в выбранном сечении потока. Импульсный лазер создает тонкий световой нож и освещает мелкие частицы - трассеры, взвешенные в исследуемом потоке. Положения частиц в момент двух последовательных вспышек лазера регистрируются на два кадра цифровой камеры. Скорость потока определяется расчетом перемещения, которое совершают частицы за время между вспышками лазера. Определение перемещения основано на применении корреляционных методов к трассерным картинам, с использованием регулярного разбиения на элементарные области.
Метод SSP основан на регистрации теневой фотографии объекта, имеющего коэффициент преломления, отличный от окружающей его среды. При этом за исследуемым объектом располагается лазерный источник света с равномерным пространственным распределением интенсивности. Цифровой анализ теневого изображения позволяет определить положение и границу объекта, что важно в задачах исследования течения двухфазного потока.
В рамках работы представлено применение 2D2C-PIV (двумерной двухкомпонентной) и SSP-систем в исследовании задач термогазодинамики сверхзвуковых потоков. Исследования проводятся на сверхзвуковой аэродинамической установке АР-2 [2] для исследования газодинамики и теплообмена одно- и двухфазных потоков.
1.Бильский А.В., Гобызов О.А., Маркович Д.М. История и тенденции развития метода анемометрии по изображениям частиц для аэродинамического эксперимента (обзор) // Теплофизика и аэромеханика. 2020. Т. 27. № 1. С. 1-24.
2.Попович С.С., Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Виноградов Ю.А., Загайнов И.А. Отработка методики панорамной диагностики потоков на базе PIV при исследовании задач сверхзвуковой газодинамики // Ломоносовские чтения. Научная конференция. Секция механики. 2022. Тезисы докладов. Изд-во Института механики МГУ (Москва). С. 176.
Сергей Станиславович Попович
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
Рассматривается сверхзвуковой турбулентный пограничный слой на пластине при нулевом продольном градиенте давления. Разработана рациональная асимптотическая теория, главными элементами которой являются условия замыкания, связывающие турбулентное касательное напряжение и турбулентный поток тепла с градиентами усредненной скорости и энтальпии, и решение уравнений Рейнольдса для сжимаемого газа в трех характерных областях течения (вязкий подслой, логарифмический подслой, внешняя область пограничного слоя) с последующим асимптотическим сращиванием. Теория не предполагает использования каких-либо частных гипотез о характере турбулентного обмена и фактически основывается только на первых принципах.
Установлена связь между скоростью и температурой в логарифмической области (интеграл Крокко) в виде двучленного разложения по малому параметру задачи, который имеет порядок числа Маха, вычисленного по динамической скорости и температуре газа на стенке. В нулевом приближении эта связь совпадает с известным уравнением Вальца. Проведено сопоставление с экспериментальными и расчетными данными.
Алексей Игоревич Агеев
НИИ механики МГУ
На основе уравнений Эйлера проведено численное моделирование взаимодействия ударной волны в газе с горючим газовым пузырем повышенной плотности. Численный метод основан на классической конечно-разностной схеме WENO5-JS, дополненной специальным методом аппроксимации уравнения переноса показателя адиабаты газа. Реакция горения газовой смеси моделируется с помощью двухстадийной кинетики Коробейникова-Левина. Описаны три качественно различных режима инициирования детонации: прямое инициирование в передней части пузыря при достаточно высоких числах Маха падающей волны и инициирование детонации в результате преломления волны и фокусировки вторичных скачков уплотнения в задней части пузыря при меньших числах Маха. Показано, что режим инициирования детонации существенно зависит как от интенсивности ударной волны, так и от плотности смеси в пузыре: увеличение плотности смеси приводит к уменьшению пороговых чисел Маха. На основе серии расчетов построена диаграмма режимов инициирования детонации и показано, что эффект фокусировки ударной волны позволяет достичь успешного инициирования детонации при многократно меньшей интенсивности падающей волны по сравнению с прямым инициированием. В наиболее эффективной конфигурации пороговое число Маха снижается вплоть до M = 1.3. Столь существенное снижение пороговой интенсивности ударной волны при взаимодействии с пузырем может быть положено в основу разработки новых методов газодинамического инициирования детонации в перспективных системах высокоскоростного сгорания.
Работа выполнена в НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова с использованием ресурсов суперкомпьютерного комплекса МГУ имени М.В. Ломоносова при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-11-00307).
Олег Георгиевич Сутырин
НИЯУ МИФИ
Целью работы является исследование свойств аккреционных звездных дисков при моделировании нестационарных процессов в них. Подобные газовые диски формируются вокруг компактных небесных тел большой массы. Таким объектом может быть нейтронная звезда или черная дыра. В результате захвата гравитационным полем звезды межзвездного газа с большим угловым моментом возникает аккреционный диск. Для того, чтобы вещество аккрецировало (падало) на звезду, необходим отвод углового момента от вещества диска. Известно много механизмов отвода углового момента от вещества аккреционного диска, но все они имеют те или иные недостатки.
Особый интерес представляет развитие крупномасштабной турбулентности в сдвиговом течении аккреционного диска, для изучения которого используется компьютерное моделирование данного процесса. Интересно проверить некоторые гипотезы. Возможно ли появление крупномасштабных вихрей в сдвиговом течении аккреционного диска? Способны ли подобные структуры привести к перераспределению углового момента и обеспечить необходимый темп аккреции (массовая скорость падения вещества на центральное тело)? Правомерен ли двумерный подход для изучения аккреционных дисков?
В работе исследуется новый механизм переноса углового момента крупными вихревыми структурами, возникающими в сдвиговом течении вещества аккреционного диска.
Захар Дмитриевич Ливенец
Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь
Рассматривается неизотермический диффузионный перенос слаборастворимого вещества в пористой среде, насыщенной жидкостью, при контакте с резервуаром этого вещества. Температура поверхности полупространства пористой среды периодически изменяется во времени, что приводит к появлению затухающей волны растворимости, распространяющейся вглубь пористой среды. В такой системе зоны насыщенного раствора и нерастворенной фазы сосуществуют с зонами недонасыщенного раствора. Описываемый эффект рассмотрен для случая годовых колебаний температуры поверхности водонасыщенного грунта, находящегося в контакте с атмосферой. Описано явление формирования приповерхностного пузырькового горизонта вследствие колебаний температуры [1, 2]. Разработана аналитическая теория данного явления. Установлено, что для многокомпонентных растворов в системе возникает диффузионный пограничный слой, который невозможен для однокомпонентных растворов. Построено аналитическое описание диффузионного слоя и найдены эффективные граничные условия для задачи диффузионного транспорта за его пределами. Аналитические результаты хорошо согласуются с результатами численного счета.
1. Goldobin D.S., Krauzin P.V. Formation of bubbly horizon in liquid-saturated porous medium by surface temperature oscillation // Physical Review E. 2015. Vol. 92. No. 6. P. 063032.
2. Голдобин Д.С., Долматова А.В. Повышенное насыщение жидкости в пористой среде атмосферными газами за счет колебаний температуры поверхности // Вычислительная механика сплошных сред. 2021. Т. 14. № 4. С. 454–471.
Денис Сергеевич Голдобин
ИМСС УрО РАН
Как известно при сравнении сухого и влажного воздуха, а также при различных вычислениях применяют одинаковые числа Рэлея так как они оказываются близки. Однако, если принять в расчёт испарение воды в одной области пространства и конденсацию водяного пара в другой части, то это в значительной мере изменять конвективные течения. При этом экспериментальных данных, описывающих отличие конвективных течений в сухом воздухе с одной стороны и влажном воздухе при конденсации/испарении, не существует.
Таким образом в данном исследовании предприняты попытки обнаружения отличительных особенностей конвекции сухого и влажного воздуха, вызванных изменением концентрации водяного пара в результате его испарения/конденсации в условиях, приближенных к нормальным. Для этого была спроектирована и смонтирована экспериментальная установка для исследования конвекции в конвективной ячейке с воздухом.
Первая часть исследования проводилась с предварительно осушенным воздухом. Для осушения воздуха внутри измерительной ячейки была собрана вспомогательная установка, которая прогоняла воздух из ячейки с помощью маломощного электронасоса через герметичный контейнер, заполненный силикагелем. Результирующее значение относительной влажности внутри экспериментальной камеры варьировалось в диапазоне 4-7%, в то время как относительная влажность окружающего воздуха превышала 50%. После этого проводились интерферометрические измерения конвективных потоков внутри экспериментальной ячейки. Также данные получались с термопар, расположенных вдоль стенок исследуемой ячейки и теплопоток с датчика, расположенного на нижнем теплообменнике.
Вторая часть исследования проводилась с насыщенным воздухом влажность которого составляла 99-100%, что позволяло создать условия конденсации/испарения. Такие значения влажности были достигнуты с помощью нанесения и испарения слоя жидкости с нижнего теплообменника.
Сергей Андреевич Сомов
НИИ механики МГУ
Положительный дроссельный эффект (эффект Джоуля-Томсона) заключается в снижении температуры газа при падении его давления. Данный эффект сопровождает течение газа в скважинах и трубопроводах при резком изменении проходного сечения, преодолении потоком различных препятствий и местных сопротивлений, в частности, при редуцировании давления природного газа на газораспределительных станциях. При этом газ попадает в такие термобарические условия, при которых происходит гидратообразование из-за имеющейся влаги в составе газа. В случае отсутствия подогрева перед дроссельным устройством сброс давления в нем приводит к выпадению конденсата в виде кристаллогидратов, образованию жидких пробок, обмерзанию регулирующих клапанов, запорной арматуры и приборов.
Компенсировать охлаждение газа при дросселировании можно за счет эффекта температурного разделения в сверхзвуковом потоке [1]. Эффект основан на снижении температуры пристенных слоев газа относительно температуры ядра потока при его разгоне до сверхзвуковых скоростей. При течении потока с дозвуковыми скоростями такого эффекта не наблюдается, и температура обтекаемой стенки практически равняется температуре торможения потока. Устройство температурного разделения представляет из себя конструкцию «труба в трубе», в котором осуществляется передача теплоты через перегородку к высокоскоростному (сверхзвуковому) потоку газа от низкоскоростного (дозвукового) потока.
Ранее было показано, что дроссель-эффект охлаждения газа при работе устройства на воздухе полностью перекрывается нагревом сверхзвукового потока от дозвукового [2]. В рамках данной работы проводится экспериментальное исследование прототипа устройства сверхзвукового безмашинного энергоразделения при работе на гидратообразующем компоненте природного газа – углекислом газе.
1.Попович С.С., Здитовец А.Г., Киселёв Н.А., Макарова М.С. Использование метода сверхзвукового безмашинного энергоразделения при редуцировании давления природного газа // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 91. С. 2–15.
2.Попович С.С., Здитовец А.Г., Киселёв Н.А. Экспериментальное исследование сверхзвукового безмашинного энергоразделения в потоке углекислого газа с целью отработки технологии предотвращения гидратообразования // Сборник трудов XIV Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России». Т. 1. Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. Москва, 2021. С. 83–92.
Сергей Станиславович Попович
