Тепломассоперенос в однофазных системах

Институт теплофизики является одним из ведущих центров в области фундаментальных исследований турбулентного тепломассопереноса в сложных условиях. Работы проводятся по многим направлениям, представляющим практический интерес для различных областей промышленности, химической технологии, энергетики, авиационно-космической техники.

В институте разработана асимптотическая теория пограничного слоя, позволяющая без использования дополнительной эмпирической информации рассчитать трение и теплообмен при наличии возмущающих факторов: сжимаемости, вдува, неизотермичности, закрутки потока и т. д.

Характерное распределение температуры за ребром с углом ориентации 70° к турбулентному набегающему потоку.

Теория получила экспериментальное подтверждение и послужила основой для разработки физических моделей в различных областях теории тепломассопереноса.

Для проведения экспериментальных исследований в институте создан комплекс автоматизированных термогазодинамических установок, оснащенных современными измерительными системами. Изучаются газодинамические методы тепловой защиты поверхностей от воздействия высокотемпературных газовых потоков, представляющие большой интерес для современного энергомашиностроения.

В области изучения пограничных слоев с физико-химическими превращениями исследуются процессы переноса на проницаемых поверхностях при наличии испарения и конденсации, а также в потоках с гетерогенными химическими реакциями и в пограничных слоях с фронтом горения.

Разрабатываются численные методы расчетов турбулентного горения с использованием различных моделей турбулентности и химической кинетики.

Важное значение имеет программа экспериментальных исследований тепломассопереноса в отрывных высокотурбулентных потоках. Изучаются механизмы управления тепломассопереносом в отрывных зонах за крупными преградами, в двух- и трехмерных кавернах, пристенных спутных и встречных струях при до- и сверхзвуковых режимах течения.

Исследование горения этанола в градиентном потоке.

В области изучения свободно-конвективных и смешанных течений проводятся экспериментальные исследования теплопередачи через плоские слои жидкости различной ориентации и теплоотдачи от вертикальных стенок, горизонтальных дисков и других тел вращения, имеющих температуру, отличную от температуры окружающей среды.

Исследования выполняются в режимах термогравитационной, тепловой гравитационно-капиллярной и смешанной (вращение границ в неизотермической системе) конвекции. Работа направлена на выяснение связи закономерностей интегральной теплоотдачи с особенностями структуры течения, обусловленными процессами ламинарно-турбулентного перехода при увеличении чисел Рэлея, Рейнольдса, Марангони.

Исследования радиационного теплообмена носят преимущественно теоретический характер. Развита теория интегральных, дифференциальных и алгебраических уравнений излучения для описания процессов переноса энергии в сложных средах.

Изучение радиационного теплообмена в движущихся объемно поглощающих, излучающих и рассеивающих средах проводится с помощью численного моделирования краевых задач, описывающих процессы тепломассообмена в ламинарных и турбулентных пограничных слоях на пластине и в цилиндрическом канале с учетом реальных оптических свойств газов, плазмы и обтекаемых границ.

Сверхзвуковая аэродинамическая труба.

Отмечена многопараметрическая зависимость процессов излучения и конвекции, исключающая применимость аддитивных способов расчета. Дальнейшее развитие получили исследования радиационно-кондуктивного теплообмена в оптически неоднородных слоистых и дисперсных излучающих средах при наличии фазовых переходов и кооперативных эффектов, а также радиационно-конвективного теплообмена в пограничных слоях в сопряженной постановке задачи при наличии фазовых превращений и процессов диффузии в зонах сопряжения.

• Волчков Э.П. Пристенные газовые завесы. Новосибирск, 1983.
• Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергоатомиздат, 1985.
• Kulateladze S.S., Berdnikov V.S. Structure ofthermogravitational convection in flat variously oriented layers of liquid and on a vertical wall // Int. J. Heat & Mass Transfer. 1984. V. 27, N. 9.
• Рубцов Н.А. Теплообмен излучением в сплошных средах. Новосибирск, 1984.
• Volchkov E.P., Lebedev V.P., Lukashov V.V. The LDA study of flow gasdynamics in a vortex chamber // Int. J. Heat & Mass Transfer. 2004. V. 47, N. 1.
• Volchkov E.P., Terekhov V.V., Terekhov V.I. A numerical study of boundary-layer heat and mass transfer in forced flow of humid air with surface steam condensation // Int. J. Heat & Mass Transfer. 2004. V. 47.
• Terekhov V.I., Yarygina N.I., Zdanov F. Heat transfer in turbulent separated flow in presence of high free-stream turbulence // Int. J. Heat & Mass Transfer. 2003. V. 46. N. 23.