ИСТИНА

Основной целью фундаментального исследования является выявление механизма осаждения мелкодисперсных капель жидкости на обтекаемую сверхзвуковым потоком стенку с помощью индуцированного скачка уплотнения. Исследования будут проводиться как при обтекании плоской модели без вносимых возмущений в поток, так и при наличии перед моделью генератора скачка уплотнения. Исследования будут направлены на получение тепловых картин обтекания модели (с помощью тепловизора через инфракрасные иллюминаторы из кристалла ZnSe), визуализацию картины течения с помощью теневой фотографии, масло-сажевого покрытия и метода лазерного ножа, варьирование начальных и режимных параметров потока (расхода газа и жидкости, размера впрыскиваемых капель, интенсивности скачка уплотнения).

An urgent scientific problem is the search for ways to reduce the temperature of the surface flowing around the gas flow to the lowest possible level – the value of the thermodynamic temperature of the flow. In many applications (reduction of aerodynamic heating, heat transfer enhancement, machine-free energy separation, etc.), a decrease in the surface temperature relative to the stagnation flow temperature leads to a significant increase in the positive effect. This problem is particularly relevant in the field of supersonic flow velocities, since in this case the dynamic component of the temperature – the difference between the total (stagnation) and static (thermodynamic) temperature of the flow - reaches its maximum values. In previous studies, including those with the participation of the author, it was shown that one of the most promising ways to solve this problem is the use of gas-droplet flows. Introduced fine liquid droplets in a supersonic flow with a concentration of up to 0.5-1%, practically without disturbing the flow aerodynamics and at the same time falling into the boundary layer, can become distributed heat sinks, leading to cooling of the streamlined wall, in the limit – to the thermodynamic temperature of the flow.

В результате выполнения проекта будет получен массив новых экспериментальных данных, отражающих влияние индуцированного скачка уплотнения на температуру теплоизолированной (адиабатной) стенки, обтекаемой однофазным воздушным и газо-капельным потоком. Диапазон исследуемых чисел Маха – 2.0-3.0, массовая концентрация капель – 0.1-0.5%, расход воздуха – до 5 кг/с, диаметр Заутера подаваемых водных капель – до 100 мкм. Температурные измерения будут проводиться как на поверхности непосредственно стыкуемой к нижней стенке сопла, так и на пластине, помещенной в основной поток (вне пограничного слоя, образующегося на нижней стенке). Полученные результаты позволят определить достижимые уровни снижения температуры теплоизолированной стенки в газо-капельном потоке за счет фокусировки капель при падении скачка уплотнения на модель. Результаты могут быть использованы во многих прикладных задачах: снижение аэродинамического нагрева, интенсификация теплоотдачи, безмашинное энергоразделение.

Методы исследования базируются на максимальном использовании бесконтактных средств термометрии, высокоскоростной системы обработки и сбора информации на базе многофункциональных модулей National Instruments и специализированных программ, написанных в программной среде Labview. Созданный с участием автора экспериментальный стенд для исследования газодинамики и теплообмена в сверхзвуковых течениях оснащен указанными системами и позволяет варьировать в широком диапазоне режимные параметры потока. Стенд оборудован плоским регулируемым сверхзвуковым соплом, позволяющим в процессе эксперимента изменять число Маха набегающего потока в диапазоне 2.0-3.0 с шагом 0.1. При этом производительность питающего компрессора (до 10 кг/с) соответствует расходу воздуха через аэродинамическую установку, что позволяет проводить длительные эксперименты (от получаса и более), что является критически важным для теплофизических измерений. Стенд оснащен инфракрасным иллюминатором ZnSe, использование которого совместно с высокоскоростной инфракрасной камерой InfraTEC 8800 позволяет получать тепловые картины обтекаемых поверхностей с широким пространственным разрешением. На боковых стенках рабочей части установки смонтированы иллюминаторы из оптического стекла, что позволяет использовать теневой Шлирен-метод (прибор Теплера ИАБ-451) и метод лазерного ножа (при наличии капель в потоке) для визуализации картины течения. Универсальная измерительная база, наличие собственного станочного парка (фрезерный и токарный станки с ЧПУ), а также фотополимерного 3D-принтера дает возможность оперативно модернизировать стенд и самостоятельно изготавливать модели с использованием предварительного трехмерного твердотельного моделирования.