Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет
Рисунок 1. а - схематическое представление области решения, б - магнитный цилиндр в магнитной жидкости, в - зависимость магнитной силы, действующей на магнит, от перемещения вдоль оси z.
Работа посвящена численному исследованию фактора формы в задачах о сегрегации магнитной жидкости. Рассматриваемая геометрия представляет собой полость цилиндрической формы, заполненной в начальный момент времени однородной магнитной жидкостью (Рисунок 1а). В жидкости размещается исследуемый парамагнитный образец с сечением в форме правильного многоугольника. Помещенный во внешнее однородное магнитное поле материал образца намагничивается, что приводит к появлению градиентов модуля напряженности и, как следствие, концентрации магнитной жидкости. Возникающие неоднородности создают нескомпенсированное давление на поверхность магнитного материала, приводящее к появлению выталкивающей силы [1].
Величина и направление этой силы, а также степень сегрегации магнитной жидкости, находятся в зависимости от интенсивности внешнего поля, формы и положения образца. Помимо анализа соответствующих зависимостей было определено положение нейтральной «плавучести» для различных форм погруженного объекта [2].
Результаты расчетов подкреплены экспериментальными исследованиями. Достигнуто хорошее совпадение предсказанных и наблюдаемых значений силы в различных вертикальных положениях алюминиевого цилиндра [3].
Результаты работы помогут лучше понять седиментационные процессы, протекающие в акселерометрах и уплотнителях, использующих в качестве рабочих сред магнитную жидкость.
1. Розенцвейг Р. Феррогидродинамика. М.: Мир, 1989. 357 с.
2. Kuznetsov A. A. Pshenichnikov A. F. Sedimentation equilibrium of magnetic nanoparticles with strong dipole-dipole interactions // Physical Review E. 2017. №. 95, С. 032609.
3. Пшеничников А. Ф. и др. Сила, действующая на немагнитное тело в магнитной жидкости // Вестник Пермского университета. Физика. 2018. №. 3 (41).
Евгений Сергеевич Попов
Кубанский государственный университет
Проблема детектирования веществ из микропроб биологических жидкостей, связанная с малой концентрацией аналита, является одной из основных преград в проведении медицинских/химических анализов в подобных масштабах. Главной причиной этой проблемы является очень малая концентрация исследуемых веществ (молекулы ДНК, пептиды), из-за которой в области детектора статистически может не оказаться частиц, что приведёт к ложноотрицательному результату анализа.
Для решении этой проблемы можно заранее концентрировать исследуемые частицы в детектируемой области [1], выгодно использовать электрокинетические эффекты в жидкостях, проявляющиеся сильнее всего вблизи ионоселективных поверхностей [2]. В докладе будут представлены результаты численного моделирования концентрирования взвешенных микромолекул и наночастиц вблизи ионоселективной гранулы, которые также будут качественно сравниваться с полученными экспериментальными результатами в такой же постановке. В расчётах представлено моделирования микроустройства, состоящего из сферической внешней камеры, внутри которой помещена ионоселективная частица, сквозь внешнюю камеру протекает, в отличие от ранее рассмотренной задачи [3], тернарный электролит. Поток жидкости возникает за счёт как электроосмоса, так и градиента давления. В экспериментальной постановке используется аналогичная схема устройства, но с цилиндрической формой внешней камеры, что качественно не отражается на полученных результатах. В экспериментальной ячейке помимо исследуемой камеры также присутствуют электродные камеры, соединённые с исследуемой каналом.
Численное моделирование показало новые интересные эффекты концентрирования, вызванные значительным отличием в коэффициентах диффузии между хлором и красителем Rhodamine-6G. Численное моделирования также показало, что возможно регулировать толщину и общую концентрацию струи не только за счёт разности потенциалов, но и градиента давления. Данные явления удалось подтвердить с помощью проведённых экспериментов, которые качественно совпадают с ними.
1.Wang Y.-Ch., Stevens A. L. Han J. Million-fold preconcentration of proteins and peptides by nanofluidic filter // Anal. Chem. 2005 . 77 . P 4293-4299.
2. Shau-Chun Wang, Hsien-Hung Wei, Hsiao-Ping Chen, Min-Hsuan Tsai, Chun-Ching Yu, and Hsueh-Chia Chang. Dynamic superconcentration at critical-point double-layer gates of conducting nanoporous granules due to asymmetric tangential fluxes // Biomicrofluidics, 2008. V. 2, 014102.
3. Shiffbauer J., Ganchenko G., Nikitin N., Alekseev M., Demekhin E. Novel electroosmotic micromixer configuration based on ion-selective microsphere // Electrophoresis, 2021. V. 42, P.2511-2518.
Максим Сергеевич Алексеев
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова Российской академии наук
В работе выполнена оценка и анализ вычислительных затрат, и точности различных инструментов численного моделирования гидродинамический полей вблизи лопастей гребного винта: метод конечного объёма на статической сетке с прямым разрешением поверхности лопастей и с заменой воздействия лопастей на распределённую переменную силу [1] (пакет OpenFOAM [2]); метод конечного объёма на динамически адаптируемой сетке с заменой воздействия лопастей на распределённую переменную силу (пакет AMReX [3]); метод спектральных элементов на статической сетке с заменой воздействия лопастей на распределённую переменную силу (пакет Nek5000 [4]). Ниже представлены поле скорости, полученное по одной из моделей, а также сравнение влияния параметров модели на качество моделирования гребного винта в следе. Сравнение производилось для одинаковой геометрии и условий, данные численного моделирования сопоставлялись с экспериментальными данными.
Результаты сопоставления позволили оценить на практическом примере сильные и слабые стороны рассмотренных вычислительных алгоритмов для их дальнейшей интеграции с различными моделями.
1.Yang, X., Sotiropoulos, F., 2018. A new class of actuator surface models for wind 1017 turbines. Wind Energy 21 (5), 285–302.
2.OpenFOAM platform, https://www.openfoam.com/
3.AMReX software, https://github.com/AMReX-Codes/amrex
4.Nek5000 open code, https://nek5000.mcs.anl.gov/
Андрей Дмитриевич Бритов
ООО «РН-БашНИПИнефть»
Рисунок 1. Log-Log графики изменения давления и ее логарифмической производной КВД для скважины без трещины ГРП.
Образование «конденсатной банки» происходит вследствие конденсации жидких углеводородов и последующей их аккумуляции в призабойной зоне продуктивного пласта. Уменьшение производительности скважин вследствие накопления конденсата отмечалось на месторождениях в нескольких регионах России. В настоящее время все большее внимание уделяется газовым и газоконденсатным месторождениям. Поэтому возникает необходимость исследования основных причин изменения продуктивности скважин с гидроразрывом пласта (ГРП) в низкопроницаемых газоконденсатных пластах [1].
В рамках исследования также проведена проверка сходимость результатов моделирования в гидродинамических симуляторах ПК «РН-КИМ» и «ECLIPSE». По результатам моделирования для композиционной модели получена удовлетворительная сходимость.
В данной работе для исследования свойств конденсатной банки, была построена композиционная модель со скважиной с трещины ГРП (в т.ч. без ГРП) – при добыче газа отмечается образование «конденсатной банки». Проведено сравнение образовавшихся конденсатных банок при разных режимах работы. Показано, что в призабойной зоне пласта падает пластовое давление, что приводит к более сильному накоплению конденсата в этой зоне. Вследствие снижения давления в околоскважинной зоне начинается осаждение конденсата. При этом вблизи скважины проницаемость газа резко снижается.
Проведен анализ синтетических кривых восстановления давления (КВД) в остановленной скважине после этапа добычи. Смоделированы синтетические гидродинамические исследования скважин (ГДИС) методом КВД для скважин без ГРП. В этом случае, сначала идет режим с контролем по добыче 300.000 м3/сут, с переходом на контроль по давлению 400 атмосфер, 300 атмосфер, 200 атмосфер. По Log-Log графику КВД для скважины без ГРП в симуляторе ГДИС «РН-ВЕГА» (рис 1), можно видеть, что радиус конденсатной банки равен ~70 м (рис.1). При этом пьезопроводность в околоскважинной области (в скважине без трещины ГРП) уменьшается от 2 до 5 раз и на расстояниях до ~ 4 метров. Также были смоделированы синтетические КВД для скважины с трещиной ГРП. Однако в этом случае признаки конденсатной «банки» на Log-Log графике не диагностируются. При этом было отмечено, что безразмерная проводимость трещины снижается в зависимости от интенсивности добычи газа.
1. Сидоров А.В., Промзелев И.О., Туленков С.В., Семенов В.Н. Оценка влияния "конденсатной банки" на продуктивность скважины с гидроразрывом пласта ачимовских отложений // Нефтяное хозяйство, 2010, май., с. 87 – 89.
Вероника Андреевна Ниценко
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
Проведены численные и экспериментальные исследования течения в кольцевом и коническом канале переменного сечения. Течение предполагалось безотрывным, поэтому рассматривались только небольшие углы наклона стенок канала. Для чисел Рейнольдса в диапазоне 3000-10000 рассчитаны профили скорости, энергии турбулентности, напряжений Рейнольдса и определяемые ими характеристики турбулентного теплообмена. Расчеты показали сильное влияние угла раскрытия канала на турбулентные характеристики потока. Увеличение интенсивности турбулентности в случае подвода тепла к стенке приводит к увеличению характеристик теплообмена. При использовании такого канала в теплообменном аппарате можно не применяя искусственную турбулизацию потока увеличить число Нуссельта и коэффициента аналогии Рейнольдса по сравнению с каналом постоянного сечения при тех же числах Рейнольдса.
Расчеты проведены с применением трёхпараметрической дифференциальной модели турбулентности [1], дополненной уравнениями для турбулентного переноса тепла, проведено численное исследование течения и теплообмена в кольцевом и коническом каналах с различной степенью расширения. В качестве теплоносителя рассматривался вода.
Показано, что в расширяющихся каналах (кольцевом и коническом) при всех рассмотренных изменениях угла раскрытия и чисел Рейнольдса основные характеристики теплообмена – число Нуссельта и коэффициент аналогии Рейнольдса – оказываются выше, чем в сужающихся каналах, при том же числе Рейнольдса. Это превышение возрастает с увеличением угла раскрытия.
С помощью численного моделирования были определены характеристики экспериментальной установки теплообменника с диффузорными каналами работающей по схеме с противотоком теплоносителей (т.е. направления потоков горячего и холодного теплоносителя в теплообменнике противоположны). Также в зависимости от положения вентелей-переключателей данная установка может работать в двух режимах, а именно диффузор в диффузоре или конфузор в конфузоре.
В работе представлены измеренные характеристики теплообмена для двух этих режимов, а также сравнения их с расчетными данными.
Интенсификация теплообмена в таком теплообменнике с диффузорными каналами достигается без заметного роста коэффициента трения. Это является принципиальным отличием рассмотренного способа интенсификации теплообмена от многих известных способов, где увеличение теплоотдачи достигается ценой значительного роста гидравлических потерь.
Владимир Викторович Трифонов
ИМСС УрО РАН
Во многих промышленных процессах металлургической, химической, обогатительной промышленности используются воздушные пузырьки. Их количество и размеры являются немаловажным параметром в технологических циклах [1]. Для управления размерами образуемых пузырьков инженеры-технологи используют различные методы [2], однако существует ряд проблем, связанных со стабилизацией поверхности пузырьков и предотвращения их коалесценции, зачастую это решается путем добавление ПАВ. Наличие внешнего ультразвукового воздействия в таких задачах, способно значительно повлиять на динамику взаимодействия пузырьков. Цель настоящей работы состоит в исследовании генерации воздушных включений модифицированным мембранным методом, при наличии внешнего ультразвукового воздействия различной частоты.
В ходе экспериментального исследования использовалась кювета (рис.1) в форме параллелепипеда с внутренними размерами 235×240×35 мм3. Генерация пузырьков осуществлялась с использованием мелкодисперсной кварцевой мембраны, воздушного компрессора и водяного погружного насоса. Источник ультразвука располагался вблизи области 6 (рис.1). Регистрация воздушных пузырьков осуществлялась при помощи камеры Basler acA1920-155um и коллимированного источника контрового света. Минимальный диаметр регистрируемого пузырька составлял - 32 μм.
Эксперименты показали, что при увеличении концентрации SDS происходит рост объёмной концентрации пузырьков в растворе, при этом средний диаметр образуемых пузырьков уменьшается. Внешнее ультразвуковое воздействие вызывает образование кластеров состоящих из пузырьков определенного диаметра.
1.Sirikulchaikij, S., Nooklay, B., и др. Rubber foam processing via bubbling technique // Materials Science Forum. – Trans Tech Publications Ltd. 2019. Т.962. С. 96-100.
2.Yang, H. C., Hou, J. и др. Janus membranes with asymmetric wettability for fine bubble aeration // Advanced Materials Interfaces. 2016. Т.3 . №. 9. С. 1500774.
Михаил Олегович Кучинский
Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет
В проведенном исследовании экспериментально изучены ориентационные эффекты в ячейке Хеле-шоу, полость которой образована частично нагретыми коаксиальными цилиндрами (Рисунок 1 а). В качестве рабочей жидкости выступала вода. Внешний и внутренний цилиндры были изготовлены из меди и пластика соответственно. Одна из половин внутреннего цилиндра представляла собой нагреватель, созданный путем заполнения полости нихромовой нитью и термопастой и герметизацией слоем меди. Для обеспечения фиксированного перепада температур ячейка помещалась в резервуар с жидкостью. Температура нагревателя поддерживалась с помощью ПИД регулятора.
В работе получены скоростные поля с помощью флуоресцирующего красителя, в качестве которого использовался родамин. Он впрыскивался через канал, выход которого располагался на поверхности нагревателя. Зарегистрированные конвективные структуры качественно совпадают с результатами расчётов (Рисунок 1 б, в), опубликованных в статье [1]. Слабый изгиб конвективного факела в эксперименте связан с действием сил трения на фронтальной и тыльной стенке, которые не учитывались в расчётах.
Были получены зависимости угла наклона факела от угла ориентации нагревателя при различной толщине ячейки.
1. Matvey Maksimovich Goncharov. et al. Gravity Orientation Effects on Convection in the Gap Between Partially Heated Cylinders //Journal of Thermophysics and Heat Transfer. – 2022. – С. 1-9.
Борис Сергеевич Селетков
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
В [1] теоретически и экспериментально было показано, что сферическое намагничивающееся тело может плавать в капле магнитной жидкости (МЖ) на горизонтальной плоскости в однородном вертикальном магнитном поле. В данной же работе экспериментально изучается равновесие намагничивающегося шара в капле МЖ на горизонтальной плоскости в однородном наклонном магнитном поле. В эксперименте такое поле создается двумя парами катушек Гельмгольца. Величина поля фиксируется, а угол между направлением приложенного магнитного поля и вертикалью меняется в диапазоне от 0° (вертикальное) до 90° (горизонтальное). Используются МЖ на основе различных жидкостей-носителей. В качестве намагничивающегося сферического тела берутся либо шары из изотропного намагничивающегося эластомера на силиконовой основе с микрочастицами магнетита, либо шары из подшипниковой стали. Эксперимент проводится в различных окружающих немагнитных средах.
Прямоугольная кювета, заполненная немагнитной средой, размещается в центре катушек Гельмгольца. На дно кюветы с помощью шприца или механического дозатора помещается заданный объем МЖ. Затем включается магнитное поле, и в каплю МЖ кладется намагничивающийся шар. Выполняется два типа эксперимента: 1) сначала включается вертикальное поле, затем угол ступенчато меняется до получения горизонтального поля; 2) сначала включается горизонтальное поле, затем угол ступенчато меняется до получения вертикального поля. Формы поверхности МЖ вокруг шара фиксируются фотосъемкой. Показано, что в вертикальном и наклонном магнитном поле (при некотором диапазоне углов наклона) шар может плавать, а в эксперименте типа 2 он плавает даже с дополнительным объемом МЖ, расположенным сверху от шара.
1. Pelevina D.A., Sharova O.A., Merkulov D.I., Turkov V.A., Naletova V.A. Spherical magnetizable body partially immersed in a magnetic fluid in a uniform magnetic field // JMMM. 2020. Vol. 494. P. 165751.
Рис. Равновесие шара из намагничивающегося эластомера (радиусом 0,215 см, массой 0,15 г, магнитной проницаемостью 3,62) в капле МЖ объемом 0,06 мл (на водной основе, плотностью 1,2 г/см3, магнитной проницаемостью 1,42), окруженной трансформаторным маслом (плотностью 0,93 г/см3) в однородном наклонном магнитном поле H = 450 Э в эксперименте типа 1.
Александра Сергеевна Виноградова
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Кавказский федеральный университет»
Целью данного исследования является изучение процесса возникновения конвекции при различных режимах нагрева, а также зависимость развития конвективных течений в магнитной жидкости при воздействии магнитного поля, приложенного перпендикулярно тепловому потоку.
Экспериментальная установка представляла собой прямоугольную кювету, выполненную из оргстекла, нижняя и верхняя границы кюветы представляют из себя алюминиевые пластины. Передняя часть кюветы была сделана из пластиковой пленки, прозрачной для ИК диапазона. После чего кювета помещалась в электромагнит, нижняя пластина нагревалась при помощи керамических резисторов, а также теплоизолировалась, верхняя же пластина термостатировалась, на нее были укреплены массивные радиаторы, которые обдувались при помощи вентилятора. Все измерения записывались на тепловизор FLIR E40.
В данной работе экспериментально исследовалось явление термомагнитной конвекции в плоском квазидвумерном прямоугольном слое магнитной наножидкости, подогреваемого снизу. Внешнее магнитное поле было ориентированно перпендикулярно тепловому потоку, а плоскость слоя магнитной жидкости лежала вдоль линий магнитной индукции поля. Был исследован характер теплопереноса в магнитной жидкости на основе керосина в зависимости от величины магнитного поля, а также при различных режимах нагрева. Кроме того, исследовался магнитный коллоид, дисперсионной средой которого является вода.
Было показано, что критическое число Рэлея, при котором возникает неустойчивость горизонтального граничного слоя, зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Причем, при ориентации внешнего магнитного поля перпендикулярно тепловому потоку критическое число Рэлея возрастает.
Характер конвективных течений: сверху слева – естественная конвекция жидкости на основе керосина, слева снизу – термомагнитная конвекция жидкости на основе керосина, сверху справа – естественная конвекция жидкости на основе воды, справа снизу – термомагнитная конвекция жидкости на основе воды.
Экспериментально обнаружено, что теплообмен за счет процесса тепловой конвекции в поперечном тепловому потоку магнитном поле уменьшается, а течение тепловых потоков стабилизируется по сравнению с естественной конвекцией и происходит уширение ячеек Бенара для магнитной жидкости на основе керосина.
Исследован теплообмен магнитной жидкости на воде в магнитном поле различной величины. Установлено, что магнитное поле также подавляет процесс тепловой конвекции, при малых значениях магнитного поля конвективные ячейки увеличиваются в ширине, а при больших значениях поля конвекция вовсе не возникает, и теплоперенос идет за счет теплопроводности.
Андрей Владимирович Чернышов
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН
Исследование формирования циркуляционных вихревых ячеек для улучшения тепло-массообменных процессов в биологических и энергетических технологиях является важнейшим практическим приложением в разработке вихревых аппаратов и оптимизации рабочих режимов. Одним из таких аппаратов является вихревой биореактор [1].
В данной работе выполнено экспериментальное исследование распределения скорости при организации вихревого движения на эксплуатационных режимах работы в промышленном стеклянном биореакторе объемом 10 литров с диаметром реакторной емкости D=190 мм. Вихревое движение воздуха генерируется активатором с частотой вращения Ω до 2700 об/мин. В качестве модельной среды использовался 65% водный раствор глицерина (ρ = 1150 кг/м3, ν = 15 мм2/с). Для наблюдения картины вихревого движения применялись методы цифровой трассерной визуализации (PIV) и адаптивной трековой визуализации.
В ходе экспериментальной работы исследовалась конфигурация газо-вихревого биореактора с шайбой, плавающей на поверхности модельной жидкости. Соотношение частот вращения активатора и плавающей шайбы Ω/ω составляло ≈ 200. В такой конфигурации газовый вихрь закручивает плавающую шайбу, которая в свою очередь приводит в движение рабочую жидкость. Получено, что наличие плавающей шайбы обеспечивает интенсификацию перемешивания жидкости за счёт высокой скорости вращения шайбы.
Показано, что при вращении активатора под шайбой возникают ячейки центробежной циркуляции, которые при увеличении частоты вращения активатора расширяются в глубь реактора. На рисунке представлены поля скорости в жидкости. Для удобства на рис. 1(б) приведены половины скалярных полей скорости в жидкости, где левый край изображения соответствует оси реакторной емкости, а правый край – периферии. Установлено, что наблюдаемая вихревая структура и ее динамика при увеличении закрутки потока совпадает со структурой замкнутого вихревого потока в цилиндрическом контейнере как для одножидкостных, так и двухжидкостных системах [2, 3].
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 19-19-00083
1.Savelyeva A. V. et al. Analysis of the efficiency of recombinant Escherichia coli strain cultivation in a gas‐vortex bioreactor // Biotechnology and Applied Biochemistry, 2017, Vol. 64(5), P. 712-718.
2.Шарифуллин Б.Р., Наумов И.В. Передача углового момента через границу раздела двух несмешиваемых жидкостей // Теплофизика и аэромеханика, 2021, Т. 28, № 1, C. 67-78
3.Naumov I.V., Sharifullin B.R., Tsoy M.A., Shtern V.N. Dual vortex breakdown in a two-fluid confined flow // Physics of Fluids. 2020. Vol. 32(6). P.061706.
Булат Руфкатович Шарифуллин
Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского
Исследование оптимальных режимов движения по воде на колесах, геометрических параметров грунтозацепов и теоретическое моделирование коэффициентов подъемной и пропульсивной сил представляет большой научный и практический интерес с точки з и формы колес с грунтозацепами. В настоящей работе спроектированы и созданы экспериментальные установки, позволяющие исследовать режимы движения по воде на колесах. В зависимости от числа Фруда и безразмерной глубины погружения колеса образуется не менее трех основных режимов движения по воде на колесах: гребной, когда колесо медленно вращается в жидкости, практически не создавая подъемную силу; ударно-гребной – когда грунтозацепы отталкивают воду при частичном погружении колеса с грунтозацепами в воду и экранный – когда колесо полностью выходит из воды, нагнетая окружающий воздух в нижнюю часть колеса так, что грунтозацепы не касаются поверхности воды.С помощью разработанной установки показано, что для заданной глубины погружения (величина которой не превышает диаметр) при превышении угловой скорости вращения колеса некого критического значения аппарат выходит на режим вогнутого экрана, который сопровождается снижением волн и исчезновению брызг и потерей горизонтальной составляющей тяги. Получены аналитические и численные оценки зависимости удельной подъемной и пропульсивной сил от безразмерной угловой скорости вращения колес с грунтозацепами, показаны условия образования между колесом и поверхностью жидкости изогнутого воздушного экрана.
Иван Алексеевич Амелюшкин
Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Рис.1 а) Схема экспериментального стенда. 1 – бак; 2 – центробежный насос; 3 – расходомер; 4,9 – сетчатые фильтры; 5 – предварительный нагреватель; 6, 8 – датчики давления; 7 – датчик перепада давления; 10 – теплообменник; 11 – термокомпрессор; РУ – рабочий участок с шаровой засыпкой; 12 – предохранительный клапан; В1 – В7 – вентили. б) Зависимость потерь давления от массового расхода теплоносителя.
В последнее время все более актуальной становится проблема повышения энергоэффективности и безопасности ядерных энергетических установок. Одним из путей решения этой проблемы является использование тепловыделяющих сборок с микротвэлами (ТВС МТ) [1]. Конструкция ТВС МТ была предложена в работе [1]. В такой сборке микротвэлы размещаются между перфорированными чехлами в виде свободной засыпки и непосредственно охлаждаются однофазным или двухфазным теплоносителем. Такие тепловыделяющие сборки могут быть использованы в атомных станциях малой мощности, т.к. обладают надежной радиационной безопасностью в случае возникновения аварий. Одна из трудностей, возникающая при внедрении микротвэлов в ядерные энергетические установки, состоит в недостаточной изученности теплогидравлических характеристик в засыпках из шаров с внутренним тепловыделением. Настоящая работа является продолжением ранее начатых исследований [2].
Для экспериментального исследование в работе создан экспериментальный стенд (рис. 1а), который включает в себя гидравлический контур, систему измерения, сбора и обработки информации, рабочий участок с шаровой засыпкой, систему высокочастотного индукционного нагрева для обеспечения тепловыделения в шаровой засыпке. Стенд рассчитан на следующие режимные параметры: температура теплоносителя до 100°С, давление теплоносителя до 1,5 МПа, расход теплоносителя (0,01–0,50) кг/с, мощность индукционного нагрева до 20 кВт. В качестве теплоносителя будут использоваться дистиллированная вода и хладоны.
Рабочий участок с шаровой засыпкой состоит из двух коаксиально расположенных трубок. Шарики диаметром 2,0 мм размещаются во внутренней трубке между перфорированными решетками. Наружная трубка расположена между фланцами и обеспечивает прочность и герметичность конструкции.
Первые экспериментальные данные получены на экспериментальном стенде при течении однофазного теплоносителя – дистиллированной воды для шаровой засыпки высотой 50 мм. Пористость засыпки составила 0,383. Экспериментальные данные представлены на рис. 1б) в виде зависимости потерь давления от массового расхода теплоносителя.Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-4552.2022.4.
1. Пономарев-Степной Н.Н., Кухаркин Н.Е., Хрулев А.А., Дегальцев Ю.Г. и др. Перспективы применения микротвэлов в ВВЭР // Атомная энергия, Т.86, №6, 1999. – С. 443-449.
2. Smorchkova Yu.V., Varava A.N., Dedov A.V., Zakharenkov A.V., Komov A.T. The experimental determination of the coefficient of hydraulic resistance of a perforated plate with a layer of balls adjoining to it // Journal of Physics: Conference Series, 2017, Volume 891, Paper number 012038.
Юлия Владимировна Вершинина
