Теплофизика

Теоретическая и прикладная теплофизика в космической и авиационной технике, энергосберегающих технологиях Институт теплофизики СО РАН руководитель: Волчков Эдуард Петрович, заведующий филиалом кафедры Техническая теплофизика, профессор кафедры Технической теплофизики, член-корр. РАН, д.т.н., профессор, тел. (383)3307008 , факс (3833)3308480, volchkov@itp.nsc.ru
Направление. Теплофизические исследования в энергетических системах ЛА. • Цели и задачи НИР Проведение комплексного экспериментального и численного моделирования процессов тепломассопереноса в газокапельных и пленочных пристенных течениях в каналах применительно к авиакосмической технике, включая стенки камер сгорания двигателей, сопла двигателей ориентации Международной Космической Станции (МКС). • Актуальность выполнения НИР Повышение теплозащитных свойств пристенных охлаждающих завес является одной из актуальных задач современного энергомашиностроения, в особенности в космической и авиационной технике. Одним из наиболее эффективных способов улучшения защиты рабочих поверхностей двигательных установок современных летательных аппаратов (ЛА) является использование пристенных пленок топлива или добавление в пристенную охлаждающую газовую струю жидких капель. Актуальным является исследование диспергирования охлаждающей пристенной пленки на выходной кромке сопла для решения проблемы загрязнения внешней поверхности МКС струями двигателей ориентации. • Оборудования, используемое в НИР Авторский коллектив располагает комплексом термогазодинамических установок, оборудованных современными методами диагностики на базе Института теплофизики СО РАН РФ: - сверхзвуковая тепловая аэродинамическая труба (М = 0,3 … 5); - крупномасштабные вакуумные установки по молекулярной газодинамике (камеры «ВИКА», «ВИКИНГ», рабочие объёмы 30 и 150 куб.м); - серия установок для изучения газодинамики, горения, тепломассопереноса в турбулентных условиях; - установки для проведения работ по программам подготовки магистров и аспирантов; - лабораторные установки для лабораторных работ по спецкурсам программ подготовки инженеров; - вычислительные средства: компьютеры Pentium-III. • Основные результаты НИР 1. Проведены фундаментальные исследования газодинамики и теплообмена в пограничных слоях при наличии фазовых и химических превращениях. Созданы интегральные и дифференциальные модели расчётов течений с гомогенным и гетерогенным горением, испарением, конденсацией. Обоснованы новые газодинамичееские методы защиты поверхностей от воздействия высокотемпературных и химически агрессивных потоков. 2. Разработана феноменологическая теория тепломассопереноса в вихревых потоках при наличии полей массовых центробежных сил. На основе исследований создан класс принципиально новых тепломассообменных устройств вихревого типа (вихревые сушилки, влагоотделители, плазменные вихревые реакторы и др.) 3. Создана экспериментальная база и проведен цикл исследований по молекулярной газодинамике при истечении рабочих сред в вакуум (по проекту МКС), изучена роль неравновесных процессов в формировании сверхзвуковых струйных течений. Предложены конструкции экранов для защиты поверхностей МКС от топливных выбросов. 4. В области численных исследований двухфазных и двухкомпонентных систем разработана физико-математическая модель течения и тепломассопереноса в двухфазном газокапельном турбулентном потоке и в пристенной газокапельной завесе в эйлеровом приближении. Имеется банк компьютерных кодов для анализа ламинарных и турбулентных режимов течения. • Основные методы и подходы Исследование потоков с фазовыми превращениями предполагается проводить экспериментальными и численными методами. В экспериментальных исследованиях основное внимание уделяется получению максимально полной информации о структуре газокапельных и пленочных течений – размерах капель, влиянии параметров спутного газового потока на толщину и скорость пристенной пленки жидкости и т.д. В численных исследованиях основное внимание направлено на построению адекватных теоретических моделей рассматриваемого класса течений. • Уровень НИР (сопоставление с аналогичной российской и зарубежной продукцией) До сих пор в мировой научной литературе идет дискуссия о влиянии числа Льюиса на подобие процессов тепломассопереноса в потоках при наличии фазовых и химических превращений. Полученные данные позволят прояснить ситуацию в этой сложной области теории теплообмена. Совместного комплексного исследования процесса смешения пристенной газокапельной струи с основным горячим потоком газа с использованием современных измерительных и расчетных средств в литературе к настоящему времени нет. Экспериментальные исследования сверхзвуковых газокапельных течений в вакууме применительно к проблеме загрязнения космических аппаратов струями двигателей управления в отечественной и зарубежной науки отсутствуют, то есть они имеют приоритетный характер. • Сфера и формы возможного использования результатов работы Модернизация конструкции экранов для защиты поверхностей МКС от топливных выбросов. Научное сотрудничество с Роскосмосом. Внедрение материалов исследований в учебный процесс специальностей 551000 - Авиа и ракетостроение, 131100 - Системы жизнеобеспечения и оборудования ЛА, 070200 - Техника и физика низких температур, 551013 - Физическое и вычислительное моделирование теплоаэродинамических и теплогидравлических процессов, обучающихся на кафедре ТТФ и ее филиале.

в начало страницы