Тепло- и массоперенос в системах с фазовыми превращениями

В институте создан уникальный комплекс современных крупномасштабных стендов для исследования тепло- и массопереноса в двухфазных системах. Для измерения локальных характеристик двухфазных многокомпонентных систем используются инфракрасная термография, ёмкостный, электрохимический и волоконнооптический методы, высокоскоростная цифровая видеосъемка.

Большая фреоновая колонна для исследования гидродинамики и тепломассообмена при дистилляции в сложных канальных системах.

Исследуется пленочная конденсация пара при различных геометрических и режимных условиях, в том числе в пористых и зернистых средах. При конденсации пара на пакетах труб установлено, что имеет место конденсация пара на переохлажденных каплях и струях в межтрубном пространстве. Для интенсификации пленочной конденсации пара разработана методика численной оптимизации формы теплообменной поверхности.

Значительное место занимают комплексные исследования кризисных и переходных явлений при кипении в условиях свободной и вынужденной конвекции в криогенных, органических жидкостях, фреонах и других средах. Обнаружена неустойчивость пузырьковой структуры парообразования, в процессе развития которой при достижении перегревов жидкости выше пороговых значений на поверхности парового пузыря формируются фронты испарения, которые распространяются в метастабильной жидкости вдоль теплоотдаюшей поверхности.

Исследована динамика пузырькового распада жидкости в зоне глубокой метастабильности в импульсных режимах нагрева на микронагревателях, предложены модели самосогласованного спонтанного зародышеобразования и роста паровых пузырей в наведенном ими поле давления, которые могут быть использованы при разработке различных микромеханических устройств.

На основе цикла экспериментальных исследований выявлены основные закономерности развития кризиса и динамики смены режимов кипения при различных законах тепловыделения. Предложены модели для описания нестационарного кризиса и исследовано влияние закона и темпа нарастания тепловой нагрузки, инерционности нагревателя, приведенного давления на величину критического теплового потока. Проведены систематические исследования и разработаны методы расчета устойчивости и динамики развития одномерных и двумерных очагов пленочного кипения с учетом особенностей нестационарного теплообмена в различных зонах фронта.

Проводятся исследования динамики течения и теплообмена при нагреве, испарении, кипении и кризисе теплообмена в пленках жидкости. Эксперименты проводятся с широким классом жидкостей – вода, этанол, фреоны, азот, перфторуглероды, смеси. При интенсивном теплообмене в гравитационно стекающих пленках жидкости обнаружены регулярные ячеистые структуры и выявлены области безразмерных параметров, определяющие границы их существования при интенсивном испарении, кипении и при нагреве в недогретых до температуры насыщения жидкостях. Обнаружена новая разновидность кризиса при кипении в стекающих пленках, определяемая порогом тепловой устойчивости сухих пятен. Получены расчетные зависимости для критического теплового потока при испарении и кипении в стекающих пленках жидкости в разных диапазонах изменения числа Вебера.

Одним из направлений является математическое моделирование и экспериментальное исследование взаимосвязанных процессов переноса тепла и вещества в двухфазных многокомпонентных системах. Для одного из таких процессов – абсорбции паров и газов жидкими растворами – в рамках разработанных моделей получены точные аналитические решения, справедливость которых подтверждена экспериментально. Эти решения затем были положены в основу создания методик расчета эффективных абсорбционных аппаратов, в том числе тепловых насосов и холодильных машин. В настоящее время ведутся работы по исследованию механизмов интенсифицирующего влияния на абсорбцию поверхностно-активных добавок. Интенсивно проводятся комплексные экспериментальные исследования на колоннах разного размера по изучению взаимосвязи между локальными гидродинамическими характеристиками течения смесей жидкости и пара и интегральными параметрами при дистилляции в сложных канальных системах, служащие основой для разработки новых подходов к конструированию высокоэффективных разделительных колонн.

Исследование пленочной конденсации пара на оребренных поверхностях.	Динамика перехода к пленочному режиму кипения.	Распределение температуры на поверхности раствора при формировании конвективных ячеек в процессе абсорбции (при наличии поверхностно-активных добавок).

• Авксентюк Б.П., Овчинников В.В. Исследование динамики парообразования при давлениях больших атмосферного//ЖПМТФ. 1996. Т. 37, № 6.
• Nakoryakov V.E, Grigoryeva N.I., Bufetov N.S., Dekhtyar R.A., Marchuk I.V. Vapor absorbtion by immobile solution layer// Int. J. Heat & Mass Transfer. 2004. V. 47, N 6–7.
• Шемагин И.А., Будов В.Я., Дорохов А.Р., Гогонин И.И. Теплообмен при пленочной конденсации в пленочном кипении в знергооборудовании АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1993.
• Pavlenko A.N. Transitional processes and crisis phenomena in boiling of cryogenic liquids // Mathematics, Physics and Chemistry, NATO Science Series. 2003. V. 99. 
• Kutateladze S.S., Gogonin I.I., Sosunov V.I. The influence of condensate flow rate on heat transfer in film condensation of stationary vapour on horizontal tube banks // Int. J. Heat & Mass Transfer. 1985. V. 28, N. 5.
• Павленко А.Н., Лель В.В., Серов А.Ф., Назаров А.Д. Динамика течения интенсивно испаряющейся волновой пленки жидкости // ЖПМТФ. 2001. Т. 42. № 3.