Научный архив: статьи

Представлено экспериментальное обоснование возможности определения параметров сферической полости или включения в образце по данным испытаний на одноосное сжатие (или растяжение) образцов. Для экспериментальной идентификации параметров сферической полости по данным механических испытаний на сжатие (растяжение) с помощью аддитивных технологий была изготовлена серия образцов из оптически активных материалов (AnycubicABS-LikePRO 2 Clear) кубической формы со сферическими полостями. В исследовании с использованием моделей прозрачных дисков и образцов кубической формы со сферическими полостями, напечатанных на 3D-принтере, были изучены характеристики двойного лучепреломления при сжатии фотополимеров и испытаний на сжатие в замороженном состоянии при различных температурах и осевых нагрузках. Получены интерференционные картины (карты изохроматических линий с помощью метода цифровой фотоупругости) и распределения полей перемещений (методом корреляции цифровых изображений) на поверхности образца. На основе экспериментально найденных полей напряжений и перемещений на поверхности образца определены координаты центра сферической полости и ее радиус путем вычисления значений функционала взаимности и инвариантных интегралов взаимодействия. Для реализации метода «замораживания» напряжений и фиксации напряженных участков на напечатанной модели разработана полярископическая система, объединенная с высокотемпературной загрузочной камерой. После проведения испытаний пространственный образец, разрезанный на пластины, дает картины разности главных напряжений во внутренних сечениях образца (картины изохроматических полос в плоских пластинах, полученных посредством разрезания образца кубической формы со сферической полостью), что позволяет оценить параметры напряженно-деформированного состояния внутри образца с концентратором напряжений. Проведено сопоставление экспериментальных полей с конечноэлементными решениями, сравнение показало хорошую согласованность результатов. Разработана комплексная методика экспериментального определения механических полей в нагруженных телах с последующей идентификацией внутренних дефектов на основе интерференционно-оптических измерений, инвариантных интегралов взаимодействия, численных оценок для идентификации скрытых включений.

Однопоточный нестационарный метод может быть применен для получения тепловых характеристик различных высококомпактных поверхностей теплообмена в рамках импортозамещения. Такие поверхности широко могут быть использованы в транспорте (маслоохладители, воздухоохладители) и энергетике. В работе представлен модифицированный однопоточный нестационарный метод, в котором для получения достоверных результатов используются два способа обработки эксперимента - непосредственного наложения кривых и способом Локка по максимальному наклону кривой температуры. Также показано небольшое влияние на точность теплового эксперимента «неидеальности» ступеньки входной температуры потока газа. Для исследования поверхностей теплообмена однопоточным нестационарным методом применен экспериментальный стенд МГТУ им. Н. Э. Баумана, работающий по замкнутому контуру с малоинерционным нихромовым нагревателем и медным термометром сопротивления. Для пластинчато-ребристой поверхности МВТУ № 10 с шахматным расположением ребер получены экспериментальные зависимости в виде Nu = f (Re) и Eu = f (Re) в диапазоне чисел Рейнольдса от 300 до 600.

Рассмотрена задача по учету инерционности нагревателя при однопоточном нестационарном методе исследования теплообмена в теплообменных матрицах. Показано, что температура газа на входе значительно отличается от идеальной прямоугольной “ступеньки”. Эта зависимость получена теоретически на основании конструктивного исполнения нагревателя и известных экспериментальных данных без применения эмпирических констант, которые необходимо определять в методических экспериментах. Выполнено сравнение полученных экспериментальных данных с результатами аналитических решений для цилиндра при нестационарном охлаждении и граничных условиях 3-го рода, показано их хорошее совпадение. Описана математическая модель, которая вследствие малых чисел Био (менее 0,1) основана на решении обычных дифференциальных уравнений для температуры проволоки нагревателя. Выполнено численное решение для оценки значения максимального наклона временной зависимости температуры с учетом продольной теплопроводности. Определено, что точность однопоточного нестационарного метода уменьшается при увеличении продольной теплопроводности исследуемой матрицы теплообмена и уменьшении числа Ntu, которое представляет собой безразмерный коэффициент теплоотдачи. Полученные результаты актуальны при исследовании коэффициента теплоотдачи высококомпактных поверхностей теплообмена. Такие теплообменные поверхности широко применяют в различных отраслях промышленности: энергетике, нефтегазовом секторе, транспорте, холодильной технике