Тепломассоперенос в дисперсных системах

В институте ведутся комплексные теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики, тепло- и массопереноса в условиях свободной и вынужденной конвекции, волновых процессов при однофазном и двухфазном течении в пористых и зернистых средах и в элементах пористых систем – щелевых каналах и каналах сложной геометрии.

Экспериментальные и теоретические исследования теплообмена однофазной жидкости с поверхностью, размещенной в зернистой среде, позволили установить универсальный закон тепломассоотдачи при турбулентной фильтрации. Исследован теплообмен на начальном участке при фильтрации в канале, теплообмен в инерционном режиме фильтрации. Построен метод ренормализационной группы, позволивший получить эффективные коэффициенты переноса в масштабно-инвариантной пористой среде в зависимости от ее фрактальной размерности.

Результаты комплексного изучения процессов переноса в узких щелях (ячейке Хил-Шоу) показали возможность их использования для моделирования тепломассопереноса в пористых средах при соблюдении линейного закона сопротивления и определили границы применимости такой аналогии.

Изучен энергообмен и массоперенос во вращающихся дисперсных системах. Обнаружено новое состояние дисперсной твердой фазы, взвешенной в закрученном потоке газа, обладающее упорядоченной квазикристаллической структурой.

Создан комплекс экспериментальных установок, благодаря которому удалось провести систематическое исследование теплообмена при кипении и конденсации на поверхности, размещенной в зернистой среде. Получено, что переходное кипение происходит в широком диапазоне изменения плотности теплового потока. Разработана теория фазовых переходов в зернистой среде.

Изучены основные закономерности капиллярной гидродинамики, тепло- и массообмена при двухфазных и двухжидкостных течениях в пористых средах и в каналах малого размера. Разработанные методы исследования основаны на построении физических моделей двухфазных течений в каналах сложной формы с размером меньше капиллярной постоянной, а также в больших ансамблях пор. Построена теория неравновесного вытеснения в пористой среде, вязкого языкообразования, капиллярного защемления фаз, а также двухфазного течения в прямоугольных и щелевых каналах малого размера. Теоретически и экспериментально исследовано образование поверхностных структур при вытеснении нефти водой, их нелинейное взаимодействие в однородных, слоисто-неоднородных и макронеоднородных пористых средах.

Экспериментальное исследование газожидкостного течения в щелевом канале показало, что в каналах с зазором меньше капиллярной постоянной возникает новый ячеистый тип течения. Установлена роль капиллярных сил в прямоугольных каналах малого размера. Показано, что определяющим является процесс стягивания жидкости в углы канала капиллярными силами.

Исследование тепломассопереноса в пористой среде. Установка для исследования 
гидродинамики двухфазного 
течения в структурных упаковках.

Создана теория такого течения при фазовом переходе, учитывающая как утончение пленки жидкости капиллярными силами, так и образование сухих пятен в области интенсивного испарения. Экспериментально изучен теплообмен при кипении и конденсации в мини- и микроканалах, межфазный массообмен при всплытии газовых пузырей. Предложены методы интенсификации тепломассообмена в стесненных условиях.

Исследование теплообмена при газожидкостном течении в канале с засыпкой шаров показало, что в области снарядного и пузырькового течений теплоперенос в ядре потока возрастает более чем на порядок и существенно возрастают коэффициенты теплоотдачи.

Экспериментально исследовано образование газовых гидратов при воздействии волны давления на газожидкостную смесь. Получены условия полного преобразования газовой фазы в гидрат на высокоскоростной кинетической стадии процесса. На основе полученных результатов создан новый метод получения газовых гидратов, который на два порядка увеличивает скорость гидратообразования по сравнению с существующими методами.

Капиллярная и вязкостная неустойчивость при несмешивающемся вытеснении в пористой среде.


  • Кузнецов В.В., Чиков С.Б. Теплообмен при продольном обтекании тепловыделяющего элемента в пористой среде // ТВТ. 1993. Т. 31, № 2.
  • Накоряков В.Е., Горин А.В. Тепломассоперенос в двухфазных системах. Новосибирск, 1994.
  • Накоряков В.Е., Кузнецов В.В. Капиллярные явления, тепломассообмен и волновые процессы при двухфазном течении в пористых системах и засыпках // ЖПМТФ. 1997. Т. 38, № 4.
  • Петрик П.Т., Дадонов П.В., Дворовенко И.В., Богомолов А.Р. Теплообмен при конденсации хладона R227 на наклонныхтрубах, помещенных в зернистый слой // ИФЖ. 2004. Т. 77, № 4.
  • Дехтярь Р.А., Сиковский Д.Ф., Горин А.В., Мухин В.А. Теплообмен в зернистом слое при умеренных числах Рейнольдса // ТВТ. 2002. Т. 40, № 5.
  • Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистой среде (2 изд.). Новосибирск: ИТ СО РАН, 2005.
  • Nakoryakov V.E., Kuznetsov V.E., Vitovsky O.V. Experimental investigation of upward gas-liquid flow in a vertical narrow annulus // Int. J. Multiphase Flow. 1992. V. 18, N. 3.
  • Kuznetsov V.V., Vitovsky O.V., Shamirzaev A.S. Boiling heat transfer in minichannels // Microscale Heat transfer. Fundamentals and Applications, NATO Sci. Ser. II. Mathematics and Chemistry. V. 193.