ТОМ 92, №1


О МЕХАНИЗМЕ ГОРЕНИЯ ТОНКИХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН В КИСЛОРОДЕ ПРИ ПОВЫШЕННОМ ДАВЛЕНИИ
Рассмотрен физический механизм горения тонких наноструктурированных кремниевых пластин в кислороде при повышенном давлении. На основе анализа экспериментальных данных установлено, что при распространении волны горения по наноструктурированной кремниевой пленке горят жидкие капли кремния, получаемые в результате термохимического разрушения протравленного кремния, и ведущим процессом является процесс гетерогенного горения газовзвеси частиц кремния в кислороде. Представлена физико-химическая модель, описывающая скорость распространения фронта волны горения в газовзвеси частиц кремния в жидкой фазе в зависимости от давления кислорода и диаметра кремниевых частиц. Рассчитаны зависимости для скорости фронта горения и времени горения частиц в зависимости от давления кислорода и размера частиц в газовзвеси. Установлено, что частицы кремния горят по кинетическому механизму с обратной зависимостью времени горения от давления и пропорциональной зависимостью от диаметра частицы. Рассчитана зависимость степени дробления частиц во фронте волны горения в зависимости от структуры наноструктурированного образца и давления кислорода. Сформулированы важные для практических применений рекомендации для получения более высоких скоростей горения наноструктурированных кремниевых пленок при более низких давлениях кислорода
Автор:  С. И. Футько, И. А. Козначеев, О. С. Рабинович, О. Г. Пенязьков, П. Н. Кривошеев
Ключевые слова:  кремний, горение кремния, нанопористый кремний, тонкая пленка, наноструктурированная кремниевая пластина, наноматериалы, твердое смесевое топливо, гетерогенное горение, скорость горения, горение газовзвеси частиц, время сгорания частицы, кинетический режим горения, горение твердых топлив, структура твердого топлива, двухфазная смесь, математическое моделирование, повышенное давление, кислород
Стр:  3

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ПЛАСТИФИЦИРУЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО УГЛЕРОДА
Определена концентрация пластифицирующей добавки на основе наноструктурированного углерода в бетонной смеси, оптимальная для обеспечения требуемых технологических свойств смеси и физико-механических характеристик бетона. Показано, что введение такой добавки в бетонную смесь позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики и долговечность бетона
Автор:  С. А. Жданок, Е. Н. Полонина, С. Н. Леонович, Б. М. Хрусталев, Е. А. Коледа
Ключевые слова:  бетон, пластифицирующая добавка, наноструктурированный углерод, удобоукладываемость, прочностные характеристики
Стр:  14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ БЕЛКА НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ НАНОЧАСТИЦ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ ИХ КОНЦЕНТРАЦИИ ВДОЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА
Актуальной задачей является детектирование биомаркеров в пикомолярных или субпикомолярных концентрациях для выявления маркерных белков на ранней стадии нейродегенеративных заболеваний. Один из этапов ее решения — определение толщины слоя маркерного белка, адгезированного на поверхности магнетизированных наночастиц. В данной работе представлен алгоритм определения толщины слоя белка на поверхности магнетизированных полидисперсных наночастиц, имеющих логарифмически нормальное распределение по размерам магнитного ядра, а также результаты анализа погрешности определения толщины этого слоя. Анализ основан на аналитическом решении уравнения диффузии наночастиц. С помощью этого решения в вычислительном эксперименте сымитированы профили концентрации по длине измерительного канала при заданных величинах продолжительности "измерений", толщины слоя белка на поверхности наночастиц и относительной случайной погрешности "измерений". Показано, что при толщине слоя белка более 10 нм предложенная методика позволяет определять эту толщину с относительной погрешностью в 5–10 раз меньшей, чем погрешность измерения их концентрации
Автор:  А. А. Маханёк, В. А. Горанов, В. А. Дедью
Ключевые слова:  диффузия, концентрация, наночастицы, толщина слоя белка, погрешность измерений
Стр:  21

ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛООБМЕНА В КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ
Исследована проблема идентификации математических моделей теплообмена с сосредоточенными параметрами для расчетно-экспериментального метода наземной тепловой отработки космических аппаратов. Разработаны модифицированный вариационный метод итерационной регуляризации решения задач идентификации и комбинированная методика определения параметра регуляризации на основе минимизации сглаживающего функционала и функционала-невязки температуры для решения нелинейных задач. Идентифицированы математические модели отдельных систем терморегулирования космических аппаратов
Автор:  А. Г. Викулов, А. В. Ненарокомов
Ключевые слова:  математическое моделирование, теплообмен, идентификация, итерационная регуляризация, вариационный метод, космические аппараты
Стр:  32

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ОБОБЩЕННОГО УРАВНЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В ОГРАНИЧЕННОЙ ОБЛАСТИ
Развита математическая теория интегральных преобразований для нахождения аналитических решений обобщенного уравнения нестационарной теплопроводности для ограниченной области канонического типа (бесконечная пластина, сплошной цилиндр, шар) одновременно в декартовой, цилиндрической и сферической системах координат. Предложены улучшенные решения в виде рядов Фурье–Ханкеля, абсолютно и равномерно сходящиеся вплоть до границы области, которые представляют собой принципиально новые функциональные конструкции аналитической теории теплопроводности твердых тел, весьма удобные для проведения численных экспериментов в практической теплофизике. Развит метод функций Грина: предложено интегральное соотношение для записи аналитических решений краевых задач для обобщенного уравнения нестационарной теплопроводности через неоднородности в уравнении и краевых условиях в исходной постановке задачи, и приведены соответствующие функции Грина
Автор:  Э. М. Карташов
Ключевые слова:  обобщенное уравнение нестационарной теплопроводности, ограниченные области, интегральные преобразования, ряды Фурье–Ханкеля, метод функций Грина
Стр:  46

ТЕПЛОПЕРЕНОС В ПОЛУПРОСТРАНСТВЕ С ТРАНСВЕРСАЛЬНОЙ АНИЗОТРОПИЕЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СОСРЕДОТОЧЕННОГО ИСТОЧНИКА ТЕПЛОТЫ
Получено новое аналитическое решение задачи теории теплопроводности в анизотропном полупространстве с анизотропией трансверсального типа, когда анизотропия имеет место в плоскостях, образованных двумя координатными осями, а в направлении третьей координатной оси, направленной вглубь тела, материал является изотропным. Решение получено путем двукратного применения преобразования Фурье по переменным в плоскости анизотропии и специально разработанного метода подстановки в направлении третьей координаты. Полученные результаты указывают на снос тепловых потоков и температурных полей в сторону главной оси с бо' льшим коэффициентом тензора теплопроводности, причем этот коэффициент тем больший, чем выше степень анизотропии в указанном направлении. Установлено, что изотермические поверхности имеют формы эллиптических параболоидов.
Автор:  В. Ф. Формалев, С. А. Колесник
Ключевые слова:  тензор теплопроводности, трансверсально-анизотропное тело, нестационарное температурное поле, аналитическое решение, степень анизотропии, искривление температурного поля
Стр:  55

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРЕХСЛОЙНОГО СТЕРЖНЯ
Рассмотрено изменение напряженного состояния трехслойного упругопластического стержня со сжимаемым заполнителем в тепловом потоке. Изменение температуры рассчитывалось с помощью формулы, полученной при осреднении теплофизических свойств материалов слоев по толщине стержня. Для описания кинематики несимметричного по толщине пакета приняты гипотезы ломаной линии: в тонких несущих слоях справедливы гипотезы Бернулли; в сжимаемом по толщине заполнителе выполняется гипотеза Тимошенко с линейной аппроксимацией перемещений по толщине слоя. Учитывается работа заполнителя в тангенциальном направлении. Физические соотношения связи напряжений и деформаций соответствуют теории малых упругопластических деформаций. Система дифференциальных уравнений равновесия получена вариационным методом. На границе предполагаются кинематические условия свободного опирания торцов стержня на неподвижные в пространстве жесткие опоры. Решение краевой задачи сведено к нахождению четырех искомых функций — прогибов и продольных перемещений срединных поверхностей несущих слоев. Аналитическое решение получено методом упругих решений в случае равномерно распределенных непрерывной и локальной нагрузок. Проведен его численный анализ. Исследовано изменение напряжений на внешних плоскостях слоев стержня и в поперечном сечении в середине стержня при воздействии теплового потока
Автор:  Э. И. Старовойтов, Д. В. Леоненко
Ключевые слова:  трехслойный стержень, напряженное состояние, пластичность, сжимаемый заполнитель, тепловой поток
Стр:  64

CFD-МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ СОЛНЕЧНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ВОЗДУХА В ANSYS FLUENT
Стремительное развитие технологий использования возобновляемых источников энергии в последнее десятилетие открывает перспективы удовлетворения возрастающих потребностей нашего общества в топливно-энергетических ресурсах. В настоящей работе показаны результаты исследования тепловых и аэродинамических характеристик солнечного подогревателя воздуха. Разработана компьютерная модель в программном продукте ANSYS Fluent, адекватность которой подтверждена с помощью экспериментальных данных. Определено, что для конца календарной осени наибольшая эффективность работы солнечного подогревателя воздуха наблюдается при угле наклона поглощающей поверхности к земле α = 60о . Зависимость величины нагрева воздуха в солнечном подогревателе в течение светового дня определена в физическом и компьютерном эксперименте и установлено, что для г. Самара (GMT+4) максимальный нагрев воздуха наблюдается в промежуток между 13:00 и 14:00. Показано влияние поперечных ребер на теплообмен между светопоглощающей поверхностью и воздухом. Криволинейная форма температурного контура формируется в непосредственной близости от ребер за счет образования завихрений и зон обратного тока
Автор:  Д. И. Пащенко
Ключевые слова:  ANSYS, CFD-моделирование, возобновляемые источники энергии, солнечный подогреватель воздуха, энергоэффективность.
Стр:  77

POTENTIAL OF COCONUT OIL FOR TEMPERATURE REGULATION IN TROPICAL HOUSES
The use of a thermal mass is a well-known technology for conditioning the indoor thermal environment in tropical houses. Architects and builders generally used heavy-weight building materials, such as concrete and bricks, for walls and floors to ensure thermal comfort of rooms; however, it is difficult to make a good composition of thermal masses, which could result in the thermally comfortable conditions. This paper discusses the potential of coconut oils (co_oil) as an indoor thermal energy storage (TES) material for improving the thermal performance of rooms in addition to the existing thermal masses used in tropical houses in Bandung, Indonesia. Co_oil is a very promising organic phase-change material (PCM) due to its high thermal capacity storage in sensible and latent phases. In this paper, the application of co_oil for temperature regulation is considered in the light of two important aspects, such as the use of addition of a co_oil mass and the effect of room air circulation. The role of PCM in the form of co_oil as a TES material to regulate an indoor air temperature is reported
Автор:  S. Wonorahardjo, I. M. Sutjahja, and D. Kurnia
Ключевые слова:  temperature regulation, thermal energy storage, coconut oil, building component
Стр:  84

ОТРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ МНОГОРАЗОВОГО ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ИЗ УГЛЕРОД-КЕРАМИЧЕСКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ
Для нового поколения космических аппаратов с многоразовой тепловой защитой перспективно использование углерод-керамических композиционных материалов, стойких к действию мощных тепловых потоков, возникающих при спуске такого аппарата в атмосфере. Представлены результаты теоретического прогноза характеристик теплозащитного покрытия из пористого углерод-керамического композиционного материала, выполненного на основе испытаний образцов этого материала на газодинамическом стенде, воспроизводящем реальные условия работы теплозащитного покрытия. Разработана методика моделирования прогрева и абляции образцов углерод-керамических композиционных материалов при их конвективном нагреве в плазмотроне. Установлено влияние диаметра сопла газоразрядного канала плазмотрона и его расстояния до фронтальной поверхности образца на температурный режим испытаний. Предложена постановка эксперимента для достижения температуры 2373 K на фронтальной поверхности цилиндрического образца углерод-керамического композиционного материала диаметром 70 мм и высотой 70 мм.
Автор:  С. В. Резник, П. В. Просунцов, К. В. Михайловский
Ключевые слова:  многоразовое теплозащитное покрытие, композиционный пористый углерод-керамический материал, тепловые испытания, газодинамический стенд, конвективный нагрев
Стр:  93

ОЦЕНКА ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГОРНЫХ ПОРОД В ЭКСПЕРИМЕНТАХ ПО ОДНОФАЗНОЙ И ДВУХФАЗНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
Проведены эксперименты по оценке электрокинетических параметров пористых проницаемых горных пород с образцами песчаника в режимах стационарной однофазной фильтрации водного раствора электролита и стационарной двухфазной фильтрации смеси вода/керосин в соотношении 50:50. Получены оценки величин ζ-потенциала двойного электрического слоя, а также коэффициентов потенциала течения и электроосмоса. Результаты, в целом, находятся в согласии с известными оценками, полученными традиционными методами. В экспериментах по двухфазной фильтрации зафиксировано монотонное снижение электрокинетических параметров с ростом градиента давления на модели со сменой знака заряда. Этот эффект объясняется специфической адсорбцией потенциал-образующих ионов и, возможно, частичной гидрофобизацией поверхности минеральной фазы
Автор:  В. Л. Барабанов
Ключевые слова:  горные породы, электрокинетика, потенциал течения, фильтрация однофазная, фильтрация двухфазная, двойной электрический слой, ζ-потенциал, лабораторные эксперименты
Стр:  100

АНОМАЛЬНЫЙ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ ПЕРЕНОС ВЕЩЕСТВА В НЕОДНОРОДНОЙ ПОРИСТОЙ СРЕДЕ
Рассмотрен неизотермический аномальной перенос вещества в неоднородной пористой среде, состоящей из двух частей с различными фильтрационно-емкостными свойствами и характеристиками переноса вещества. В отличие от подходов, которые используются в теории взаимопроникающих континуумов для задач фильтрации, переноса вещества и тепла, здесь рассматривается одна среда, перенос вещества и тепла в другую среду в соответствующих уравнениях учитывается через источниковый (стоковый) член в виде дробной производной по времени от концентрации вещества и температуры. Учет зависимости коэффициента диффузии вещества от температуры приводит к связанным системам уравнений относительно концентрации вещества и температуры, которые решаются численно
Автор:  Б. Х. Хужаёров, Т. О. Джиянов, Т. Р. Юлдашев
Ключевые слова:  аномальный перенос, аномальная теплопередача, дробные производные, концентрация вещества, температура, численное решение
Стр:  110

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ АДСОРБЦИИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ В ПЕРЕХОДНОМ РЕЖИМЕ
Рассматриваются проблемы моделирования тепломассообмена процесса адсорбции в неподвижном слое адсорбента. При повышенных концентрациях газовых смесей тепловой эффект оказывает существенное влияние на протекание адсорбционного процесса и требует учета. Теплота адсорбции, повышая внутреннюю температуру слоя адсорбента и адсорбтива, отрицательно влияет на поглощение нежелательных компонентов газовой смеси. Скорость равновесного состояния тепломассообменных процессов имеет большое значение при определении эффективности работы адсорбционных аппаратов. В случае неизотермической адсорбции очень важно иметь возможность предсказывать ход изменения температуры неподвижного слоя адсорбента со временем, так как экономически оказывается наиболее выгодным производить отбор продукта из промышленного адсорбера до установления равновесного состояния, т. е. в переходном режиме. Получено математическое описание теплообмена промышленных адсорберов. Разработана математическая модель, позволяющая определить температуры в неподвижном слое адсорбента в каждый момент времени (на примере исследования процесса адсорбционной очистки газовых смесей СО2, Н2S, NO2 на цеолите NaX). Для моделирования тепломассообмена использовано уравнение теплопроводности, т. е. дифференциальное уравнение параболического типа. Исследован тепломассообмен для каждого момента времени в неподвижном слое и определен тепломассообмен между газовым потоком и неподвижным слоем цеолита NaX
Автор:  Ф. В. Юсубов, А. С. Байрамова
Ключевые слова:  тепломассообмен, адсорбер, цеолит, газовые смеси, моделирование
Стр:  120

HEAT AND MASS TRANSFER IN MHD POISEUILLE FLOW WITH POROUS WALLS
An exact solution of the problem of a steady MHD Poiseuille flow with heat and mass transfer in the presence of a transverse magnetic field has been obtained with consideration for the induced magnetic field and thermal diffusion. The walls are assumed to be isothermal, porous, and subjected to suction/injection at a constant velocity. The effects of the Hartmann number and the magnetic Reynolds number on the velocity, temperature, and concentration fields, as well as on the volumetric and magnetic fluxes per unit width across the normal section of the channel and on the current density are studied. The present analysis includes also the effect of the Soret number on the transport characteristics. The novelty of the analysis is that the viscous and magnetic Reynolds numbers are unrestricted
Автор:  N. Ahmed
Ключевые слова:  current density, magnetic flux, volumetric flux, pressure gradient, isothermal wall, induced magnetic field.
Стр:  128

РЕШЕНИЕ СОПРЯЖЕННОЙ ЗАДАЧИ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛООБМЕНА ПРИ СВЕРХЗВУКОВОМ ОБТЕКАНИИ ЗАТУПЛЕННОГО ПО СФЕРЕ КОНУСА
Рассмотрена сопряженная задача нестационарного теплообмена при сверхзвуковом обтекании затупленного по сфере конуса под нулевым углом атаки при температуре торможения течения до 2500 K. Исследована возможность управления температурным режимом такого тела для случая ламинарного течения в пограничном слое газа на его поверхности. Результаты расчетов обобщены в виде критериальных зависимостей, позволяющих определить максимальную температуру поверхности тела с хорошей степенью точности, в том числе для нестационарных условий его обтекания, что делает возможным нахождение диапазона теплофизических и геометрических параметров тела, обеспечивающих требуемое снижение температуры его поверхности
Автор:  В. И. Зинченко, В. Д. Гольдин
Ключевые слова:  аэродинамический нагрев, теплообмен, теплозащитные материалы, ламинарный пограничный слой
Стр:  137

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ С ВИХРЕВЫМИ СТРУКТУРАМИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦ В КОМБИНИРОВАННОМ ВИХРЕ
Рассмотрено взаимодействие твердых частиц с вихревыми структурами и проведено численное моделирование рассеивания частиц комбинированным вихрем с использованием эйлерово–лагранжева подхода. Получено распределение концентрации частиц в области, занятой вихрем, в различные моменты времени. Найдена зависимость времени, за которое частицы покидают центральную область вихря, от размера частиц. Полученные результаты могут быть использованы для повышения эффективности измерения параметров дисперсной фазы оптическими методами
Автор:  К. Н. Волков, В. Н. Емельянов, И. В. Тетерина
Ключевые слова:  численное моделирование, вихрь, частица, концентрация, оптический метод
Стр:  146

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ И ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ СМЕСИ ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫХ КАНАЛАХ БОЛЬШОГО УДЛИНЕНИЯ
Представлена двумерная математическая модель для расчета параметров неравновесного течения газообразных углеводородов в теплонагруженных цилиндрических каналах большого удлинения, основанная на решении системы уравнений Навье–Стокса для многокомпонентной смеси вязких теплопроводных газов, дополненной редуцированным механизмом химической кинетики. На основе обработки результатов расчетов по двумерной модели разработана одномерная интегральная математическая модель вязкого течения с учетом эндотермической брутто-реакции разложения газообразных углеводородов, которая позволяет осуществлять большое количество вычислений с минимальными затратами машинного времени. Проведено сопоставление результатов расчетов неравновесного течения в каналах большого удлинения с экспериментальными данными. Представлены результаты параметрического исследования охлаждения газообразными углеводородами каналов большого удлинения при различных режимах течения и тепловых нагрузках. Разработанные математические модели и полученные расчетно-экспериментальные данные могут быть использованы для оценки эффективности охлаждения газообразными углеводородными композициями стенок каналов большого удлинения технологических и энергосиловых установок
Автор:  К. Ю. Арефьев, К. В. Федотова, Л. С. Яновский, В. Ю. Александров, П. Д. Токталиев
Ключевые слова:  углеводородные композиции, эндотермическое разложение, брутто-реакция, редуцированный механизм, химическая кинетика, канал большого удлинения
Стр:  155

ОБ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧЕ АКУСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ
Предложена одномерная математическая модель нестационарного течения несжимаемой вязкой жидкости в цилиндрической трубе под действием звуковой волны, распространяющейся в ней. В рамках этой модели поставлена задача определения плотности звуковой энергии в начале трубы по заданному объемному расходу жидкости в трубе. Данная задача относится к классу обратных задач, связанных с восстановлением зависимости правых частей параболических уравнений от времени. Для решения поставленной задачи предложен вычислительный алгоритм
Автор:  Х. М. Гамзаев
Ключевые слова:  акустическая волна, плотность звуковой энергии, градиент радиационного давления, обратная задача
Стр:  167

МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕНОС ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ ПОТОКАХ
Рассматривается движение вязкой проводящей среды, вызванное вращением протяженного диэлектрического диска в осевом магнитном поле при наличии осевого градиента температуры. Для случая сильного магнитного поля оцениваются значения числа Нуссельта на поверхности диска. Проводится сравнение полученных результатов с известными данными численного расчета. На основе рассчитанного профиля азимутальной скорости среды в пограничном слое на диске исследуется движение жидкости в пространстве между двумя диэлектрическими дисками, вращающимися в одном направлении с различными угловыми скоростями при наличии отсоса и вдува через их твердые пористые поверхности. Приводятся результаты расчета угловых скоростей вращения невязкого ядра в зависимости от параметров отсоса и магнитного поля
Автор:  В. Д. Борисевич, Е. П. Потанин
Ключевые слова:  вращающийся диск, теплопередача, магнитное поле, отсос, пограничный слой, проводящий газ
Стр:  174

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ И ТВЕРДОГО СМЕСЕВОГО ГАЗООБРАЗУЮЩЕГО СОСТАВА НА ОСНОВЕ БУТИЛКАУЧУКА
Приведены экспериментальные данные по изменению массы цилиндрического образца твердого смесевого газообразующего состава на основе бутилкаучука и перхлората аммония в зависимости от времени выдержки в морской воде. Дана оценка глубины поверхностного вымывания окислителя для этих условий. Рассмотрены вопросы понижения газообразующей способности соответствующих полномасштабных блоков применительно к их возможному использованию для продувки глубоководных судоподъемных понтонов в зависимости от времени нахождения в водной среде, обусловленного сроком подготовительных работ.
Автор:  В. Д. Барсуков, С. В. Голдаев, Н. П. Минькова, Л А. Савельева
Ключевые слова:  смесевой газообразующий состав, бутилкаучук, перхлорат аммония, водная среда, окислитель, глубина вымывания, газообразующий блок, продувка, судоподъемный понтон
Стр:  181

МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ ЖИДКОСТИ В СФЕРИЧЕСКОМ СЛОЕ
Приведены результаты численного моделирования конвективного теплообмена в течении электропроводной жидкости между двумя изотермическими концентрическими сферами. Исследовано влияние джоулевой диссипации, электромагнитных сил и числа Грасгофа на структуру течения жидкости, поля температуры и магнитной индукции и распределение чисел Нуссельта в этом течении.
Автор:  С. В. Соловьев
Ключевые слова:  математическое моделирование, конвективный теплообмен, джоулева диссипация, магнитная гидродинамика, сферический слой
Стр:  188

ГИПЕРБОЛИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОДНОСКОРОСТНОЙ ВЯЗКОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОЙ СРЕДЫ
Представлена модифицированная обобщенно-равновесная модель односкоростной гетерогенной среды, в которой учтены вязкость, теплопроводность смеси, межфракционный теплообмен. Проведен характеристический анализ уравнений модели и показана их гиперболичность. Описан метод Годунова с линеаризованным римановым решателем, предназначенный для расчетов течений смеси на криволинейных сетках, с использованием которого исследован ряд задач для паровоздушной смеси.
Автор:  В. С. Суров
Ключевые слова:  гиперболическая модель вязкой теплопроводной смеси, межфракционный теплообмен, метод Годунова, линеаризованный римановский решатель
Стр:  202

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЗАКРУЧЕННОГО ПОТОКА ПСЕВДОПЛАСТИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ БАЛКЛИ–ГЕРШЕЛЯ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ КАНАЛЕ
Представлены результаты исследований течения закрученного потока псевдопластической жидкости с пределом текучести Балкли–Гершеля в цилиндрическом канале. Установлено, что рост скоростей сдвиговых деформаций в потоках с закруткой приводит к уменьшению значений эффективной вязкости. Показано, что при одном и том же числе Россби интенсивность рециркуляции тем больше, чем меньше значения предельного напряжения сдвига, консистенции и показателя нелинейности
Автор:  О. В. Матвиенко, В. П. Базуев, А. Е. Асеева
Ключевые слова:  реология, псевдопластические среды, вязкопластическая жидкость, жидкость Балкли–Гершеля, закрученные течения, вычислительная гидродинамика
Стр:  215

РАСЧЕТНЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В УТИЛИЗАЦИОННОЙ ГОРЕЛКЕ
Представлены расчетные и экспериментальные исследования по сжиганию нефтяных серосодержащих газов разнородного состава и теплопроизводительности в горелке, продукты сгорания которой являются рабочим телом для привода турбины утилизационной энергоустановки. Уравнения рабочего процесса записаны с позиции обобщенного закона сохранения. Результаты численного моделирования получены с использованием программного пакета ANSYS FLUENT. Экспериментальные данные получены при сжигании нефтяного газа, запасенного в баллонах непосредственно на малодебитном месторождении. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало адекватность расчетной модели. Результаты расчетов позволяют сделать вывод о правильности принятых ранее технических решений по созданию отечественной утилизационной газотурбинной установки блочно-модульного типа для малодебитных месторождений
Автор:  Н. Л. Бачев, О. О. Матюнин, О. А. Бетинская, Н. Ю. Бачева, Р. В. Бульбович
Ключевые слова:  математическая модель, уравнения рабочего процесса, граничные условия, обобщенный закон сохранения, горелка, сравнение теоретических и экспериментальных данных, серосодержащий газ, попутный нефтяной газ
Стр:  227

ЗАЖИГАНИЕ ВИТАЮЩИХ КАПЕЛЬ ОРГАНОВОДОУГОЛЬНЫХ ТОПЛИВ
Выполнено экспериментальное исследование зажигания капель органоводоугольных топлив, приготовленных из влажных отходов обогащения (полученных методом флотации) каменных углей и отработанных индустриальных масел с применением системы высокоскоростной видеорегистрации процессов, протекающих в модельной камере сгорания. Проведено сравнение характеристик инерционности зажигания одиночной капли органоводоугольных топлив, группы из трех капель, а также полидисперсного потока суспензионного топлива. Все эксперименты проведены для условий витания капель (после обезвоживания приповерхностного слоя считаются частицами) органоводоугольных топлив в модельной камере сгорания, наполненной разогретым воздухом (температура от 800 до 900 K). Установленные отличия характеристик зажигания суспензионных топлив по трем исследованным схемам иллюстрируют возможность прогностической оценки характеристик зажигания капельного аэрозоля органоводоугольных топлив на примере одиночной капли. Представлены зависимости характеристик зажигания одиночных витающих капель органоводоугольных топлив различного компонентного состава от группы определяющих параметров (температуры и скорости потока окислителя, начальных размеров капель и концентрации компонентов суспензии). Выделены перспективы использования полученных экспериментальных результатов для оптимизации работы энергетического оборудования
Автор:  Т. Р. Валиуллин, К. Ю. Вершинина, В. В. Медведев, И. П. Озерова
Ключевые слова:  органоводоугольное топливо, одиночная капля, группа капель, полидисперсный поток, витание, зажигание
Стр:  236

МОДИФИЦИРОВАННАЯ КОНСТАНТА ГОРЕНИЯ ПОРИСТЫХ УГОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ
Исследованы временные зависимости диаметра и плотности одиночных пористых угольных частиц при горении. На примере частицы кокса назаровского угля показано, что при горении такой частицы линейно уменьшается произведение ее плотности на квадрат диаметра. Предложена новая константа горения угля. Проведено аналитическое обоснование эмпирической зависимости времени горения частиц коксов углей от их начальных размеров и плотностей, содержания в них кислорода и температуры газовой смеси
Автор:  В. В. Калинчак, А. С. Черненко, М. Н. Корчагина
Ключевые слова:  горение, произвольное погасание, пористость, угольная частица, реакционная способность
Стр:  249

УСЛОВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОЦЕССОВ ВСКИПАНИЯ И РАСПАДА КАПЕЛЬ ВОДНЫХ ЭМУЛЬСИЙ
 Выполнены экспериментальные исследования высокотемпературного (от 700 до 1200 K) нагрева, испарения, вскипания и последующего распада (разрушения) капель водных эмульсий (с объемной концентрацией нефтепродуктов до 70%) с использованием высокоскоростной видеорегистрации. Рассмотрены эмульсии на основе воды, нефти, мазута, керосина, индустриального масла. Изучены две схемы подвода энергии к капле: локальный нагрев за счет контакта с разогретым металлическим стержнем при варьировании поперечного сечения его наконечника; испарение на массивной разогретой подложке — стальной пластинке диаметром 50 мм и толщиной 5 мм. По результатам анализа кадров видеограмм, иллюстрирующих разные схемы реализации исследованных процессов трансформации поверхности капли эмульсии, ее нагрева, испарения, заполнения пузырьками пара, вскипания и разрушения, установлено влияние на времена полного испарения капли эмульсии группы основных факторов (температуры и площади поверхности нагрева, концентрации компонентов, размеров капель, свойств нефтепродуктов). Определены особенности процессов испарения и вскипания капель эмульсий при высокотемпературном перегреве. Выделены разные режимы прогрева капель, отличающиеся не только временами полного испарения, но и последствиями (сохранение монолитного состояния; взрывной распад, сопровождающийся образованием мелкодисперсного аэрозоля; воспламенение эмульсии).
Автор:  Р. С. Волков, Г. В. Кузнецов, П. А. Стрижак
Ключевые слова:  эмульсия, вода, примеси, нефтепродукты, капля, испарение, кипение, распад, высокотемпературный нагрев, стержень, подложка
Стр:  258

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОЙ ДИФФУЗИИ В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕМ РЕЖИМЕ ДЕГАЗАЦИИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА ОТ ГАЗА КОМПЛЕКСНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ
На основе разработанной математической модели проведен численный анализ конвективной диффузии водорода в жидкой ванне (степени ее дегазации) в зависимости от технологических параметров процесса. Установлено, что эффективность диффузионного процесса уменьшается с увеличением диаметра пор продувочного устройства и давления в вакуум-камере и увеличивается с увеличением глубины жидкой ванны и интенсивности продувки, но до некоторого уровня, после которого рост эффективности процесса прекращается. Показано, что снижение интенсивности продувки до уровня оптимума экономит дорогостоящий аргон.
Автор:  Н. И. Захаров, И. В. Тупилко
Ключевые слова:  конвективная диффузия, математическая модель, жидкая ванна, водород, интенсивность продувки, вакуум-камера, энергосбережение
Стр:  269

ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ БАЗАЛЬТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО ВОЛОКНА
Показаны преимущества применения базальтового волокна в стройиндустрии и теплоэнергетике, базирующиеся на электроплавке базальта. Приведены результаты термодинамических расчетов процесса плавления Казахстанских базальтов. Расчеты показали, что в газообразных и конденсированных продуктах процесса вредные вещества отсутствуют. Выполнены эксперименты по электроплавке базальта в реакторе с электромагнитным перемешиванием расплава. Показана перспективность электроплавки базальта и получения минерального волокна с использованием малогабаритных модульных установок с электромагнитным реактором. Удельные энергозатраты на получение гомогенного расплава базальта не превышают 1.1 кВт  ⋅  ч/кг, что выгодно отличает электромагнитный реактор от широко используемых СВЧ-реакторов, в которых удельные энергозатраты в несколько раз выше
Автор:  В. Г. Лукьященко, В. Е. Мессерле, А. Б. Устименко1,2, В. Н. Шевченко, С. Х. Акназаров, З. А. Мансуров, К. А. Умбеткалиев
Ключевые слова:  базальт, электромагнитный реактор, электроплавка, удельные энергозатраты, газодинамический раздув, центрифуга, минеральное волокно
Стр:  273

СВЯЗЬ МЕЖДУ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ И ВЯЗКОУПРУГИМИ СВОЙСТВАМИ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА, НАПОЛНЕННОГО НАНОДИСПЕРСНЫМ МЕТАЛЛОМ
Приведены результаты исследования теплопроводности и вязкоупругих свойств металлонанодисперсных систем, полученных на основе поливинилхлорида при 298 K ≤ T ≤ Tg + 10 K, содержащего 0 ≤ φ ≤ 1.0 об.% Cu, NiCr. С привлечением модели Алфрея–Максвелла установлена аналитическая взаимосвязь между свойствами композита в ультразвуковом и термическом полях, указаны пути их направленного регулирования. 
Автор:  Б. Б. Колупаев, Б. С. Колупаев
Ключевые слова:  поливинилхлорид, диссипация, структурный элемент, квазиравновесие, критерий необратимости
Стр:  281

РАСЧЕТ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА МЕЖДУ ДВУМЯ КОАКСИАЛЬНЫМИ ЦИЛИНДРАМИ В СВОБОДНОМОЛЕКУЛЯРНОМ РЕЖИМЕ ПРИ ЗЕРКАЛЬНО-ДИФФУЗНОМ ГРАНИЧНОМ УСЛОВИИ
С использованием метода характеристик в рамках кинетического подхода построено аналитическое решение задачи о переносе тепла и массы газа в длинном канале, образованном двумя коаксиальными цилиндрами, в свободномолекулярном режиме. В качестве основного уравнения, описывающего кинетику процесса, использовано кинетическое уравнение Больцмана для бесстолкновительного газа, а в качестве граничного условия на стенках канала — модель зеркально-диффузного отражения. Построен профиль вектора потока тепла в канале и вычислены потоки тепла и массы газа через поперечное сечение канала в зависимости от коэффициентов аккомодации импульсов молекул газа, тангенциальных по отношению к поверхностям цилиндров
Автор:  О. В. Гермидер, В. Н. Попов, А. А. Юшканов
Ключевые слова:  коаксиальные цилиндры, течение газа, свободномолекулярный режим, зеркально-диффузное граничное условие
Стр:  291