ИСТИНА

Безмашинным энергоразделением (БЭ) газового потока называется такая организация течения, при которой однородный поток преобразуется в два потока с существенно различающимися температурами торможения без совершения работы или подвода тепла из внешних источников. Наиболее известным способом БЭ является использование вихревых трубок Ранка—Хилша, которые могут обеспечить разность температур торможения выходящих потоков до сотни градусов, однако имеют недостаток, связанный с высокими потерями полного давления. Одной из альтернатив является схема БЭ, предложенная в (Леонтьев А.И., ТВТ, 1997, Т. 35). В этой схеме часть газа, втекающего в энергоразделяющее устройство, проходит через сопло Лаваля и разгоняется до сверхзвуковой скорости. Далее, до- и сверхзвуковой потоки газа, имеющие одинаковые исходные параметры торможения, движутся в канале, будучи разделенными теплопроводной перегородкой. Вследствие теплообмена между до- и сверхзвуковым потоками осредненные температуры торможения на выходе из устройства в этих потоках могут заметно различаться. Данная схема обеспечивает малые потери полного давления, но требует дальнейшей модификации для повышения ее эффективности. В докладе обсуждаются общие физические механизмы безмашинного энергоразделения, обусловленные влиянием диссипативных и нестационарных процессов в потоке газа, а также возможные способы повышения эффективности энергоразделения по схеме Леонтьева при добавлении в сверхзвуковую часть потока малой концентрации жидких капель, как с учетом, так и без учета их испарения. В первой части доклада на основании параметрических численных расчетов показано, что схема Леонтьева оказывается достаточно эффективной для газов с низкими числами Прандтля (Ar, Xe). Далее рассматривается ряд течений, в которых в пограничный слой сверхзвукового потока добавляются мелкодисперсные испаряющиеся жидкие капли, оседающие на разделяющую перегородку. В том числе рассмотрены схемы течения с организацией слабых косых скачков уплотнения в газодисперсном потоке, усиливающих эффект осаждения капель на разделяющую перегородку. На основании параметрических расчетов показано, что добавление даже малой концентрации жидких капель может резко увеличить эффективность схемы энергоразделения по схеме Леонтьева (Азанов Г.М., Осипцов А.Н., МЖГ, 2016, №4; IJHMT, 2017, V. 106; Голубкина И.В., Осипцов А.Н., IJThermSci, 2022, V.179; МЖГ, 2022, №3; 2023, №4). Вторая часть доклада посвящена анализу роли нестационарности потока на процесс БЭ. На примере численного решения задачи поперечного обтекания круглого цилиндра сжимаемым вязким газом в режиме периодического схода вихрей в ближний след дано объяснение парадоксального эффекта Эккеррта–Вайса (снижения равновесной температуры поверхности адиабатического цилиндра вблизи задней критической точки до температур ниже статической температуры набегающего потока) (Eckert E., Weise W., Forsch. Ingen. 1942, V.13, №.6). Проведен детальный анализ роли различных диссипативных механизмов и нестационарности течения на распределение осредненной по времени температуры торможения газа в ближнем следе (Aleksyuk A.I., Osiptsov A.N., IJHMT, 2018, V.119). Сформулированы некоторые идеи о возможности управления процессом энергоразделения в нестационарных газовых потоках.