Публикации автора

Представлено точное решение нестационарных уравнений Навье –Стокса, описывающее трехмерное изобарическое течение вязкой несжимаемой жидкости в горизонтальном слое с проницаемыми границами. Скоростное поле ищется в классе Линя, что позволяет свести исходную систему к одномерным уравнениям для амплитудных функций, зависящих от вертикальной координаты и времени. Показано, что вертикальная компонента скорости постоянна и соответствует равномерному отсосу или вдуву. Получены аналитические выражения для эволюции полей скорости, включая нелинейную компоненту, описывающую вертикальную завихренность. Задача Штурма – Лиувилля для оператора конвекции-диффузии решается аналитически с учетом условия проскальзывания Навье на нижней границе. Для компоненты, возбуждаемой нелинейным источником, использован интеграл Дюамеля. Проведен параметрический анализ влияния вертикального числа Рейнольдса, модифицированного числа Тейлора, угла направления скорости на верхней границе и параметра проскальзывания на динамику течения. Установлены режимы с развитыми противотечениями и застойными точками. Показано, что при отрицательном вертикальном числе Рейнольдса (отсос) время релаксации убывает с ростом проскальзывания, что качественно отличается от классического случая прилипания. Полученные результаты могут быть использованы для верификации численных алгоритмов и при моделировании гидродинамических процессов в пористых средах, мембранных аппаратах и каталитических слоях, где важны нестационарные эффекты и наличие проницаемых границ.

В работе выполнено исследование процесса переноса тепла в пористой среде с внутренними источниками тепла. Рассматривается модельный материал – пористая пластина с топологией трижды периодических минимальных поверхностей, образованная элементарными ячейками типа Фишера – Коха S. В статье приведены результаты решения краевой за-дачи теплопроводности в тонкой пластине при симметричных граничных условиях первого рода. С использованием разработанного численно-аналитического метода получено простое по форме решение задачи с учетом топологических особенностей материала. При определении коэффициентов переноса и теплофизических свойств исследуемой области использованы методы вычислительной гомогенизации среды на основе CAE-моделирования в программном комплексе Ansys. В статье приведены графики распределения температуры в по-ристой пластине в различные моменты времени, выполнено сравнение полученных аналитических решений с численными. Результаты работы могут быть использованы при проектировании тепловой защиты тепловыделяющего оборудования, тепломассообменных трактов тепломеханического оборудования и др. Решения представлены в простом аналитическом виде, что делает возможным их использование широким кругом исследователей, инженеров и не требует использования дорогостоящего программного обеспечения и вычислительной техники.

АКТУАЛЬНОСТЬ работы заключается в исследовании новых пористых материалов для применения в компактных высокоэффективных теплообменных устройствах.

ЦЕЛЬ. Изучить гидро-аэродинамические свойства потоков, проходящих через пористые вставки на основе топологий трижды периодических минимальных поверхностей (ТПМП). Разработать методику исследования пористых материалов с упорядоченной пространственной структурой. Определить потенциально пригодные для применения в теплообменном оборудовании пористые материалы на основе ТПМП.

МЕТОДЫ. При решении поставленных задач были использованы численные (CFD) и экспериментальные методы. Для численного моделирования использовалось программное обеспечение Ansys Fluent 2019 R3. Опытные образцы для натурного эксперимента, проводимого на лабораторной установке ВЕНТ-08-7ЛР-01, были изготовлены при помощи аддитивных технологий SLA. Пористость образцов вирировалась от 0,73 до 0,89. Эксперимент проводился при скорости на входе в трубку от 0.3 до 4,5 м/с. РЕЗУЛЬТАТЫ. По результатам исследования получены новые эмпирические зависимости потерь давления от скорости потока для вставок на основе поверхностей: Primitive (P), Fischer Koch S (FKS), Neovius (N), Schoen’s I-WP (IWP). Воздушный поток при прохождении через структуру N демонстрировал наибольшие потери давления, в то время как через структуру P потери при той же скорости были меньше в 8 раз. В пористых вставках выявлены застойные области, которые могут оказывать отрицательное воздействие на теплопередачу. Определены изменения локальной скорости потока в пористых вставках, коррелирующие с просветностью вставки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты исследования могут быть использованы для проектирования систем охлаждения с оребрением на основе ТПМП. Исходя из проведенного анализа распределения векторного поля скоростей и потерь давления, структуры FKS и IWP могут потенциально быть использованы в теплообменном оборудовании.