Розглянуто феноменологічну гіпотезу ефекту індукованого тепломасообміну. Сформульовано необхідні та достатні умови для спостереження та регулювання ефекту індукованого тепломасообміну. На основі феноменологічних балансних рівнянь отримано рівняння ефекту індукованого тепломасообміну. Експериментальними дослідженнями доведено основні положення гіпотези ефекту індукованого тепломасообміну та виявлено можливості його використання для виконання низки теплових операцій переробної промисловості. Теоретичними дослідженнями виявлено особливості механізму та рушійні сили тепломасообміну під час індукованого тепломасообміну, які дозволяють керувати цим ефектом.

Наведено аналіз результатів комп'ютерного моделювання процесів теплооб¬міну в умовах вільної та вимушеної конвекції, процесів транспорту і спалювання газів, теплообміну під час конденсації. Саме ці явища часто спостерігаються під час розроблення нового і модернізації наявного енергетичного обладнання. Залежно від вид)' теплообміну автори розмістили розділи монографії відповідно до складності методики моделювання того чи іншого ВИД)' теплообміну. У дослідженнях процесів теплообміну використано програмний комплекс АШУ8 для оптимізації проектних розробок на ранніх стадіях, що сприяє зниженню їх вартості. Все це допомагає про¬ектним організаціям скоротити цикл розробки, що складається із виготовлення зразків-прототипів та їх випробувань, а також виключити дорогий процес доопра¬цювання виробів.

Розглянуто результати досліджень теплових процесів із залученням методів розв'язування граничних, внутрішніх, геометричних і комбінованих обернених задач, а також задач оптимізації та оптимального керування. Визначено умови теплообміну в охолоджувальних каналах турбомашин, на поверхнях корпусів парових турбін, у циліндрі ДВЗ, на поверхнях охолоджувальних елементів металургійних печей та в елементах радіоелектронної апаратури. Наведено методологію розв'язування обернених задач у сфері енергетики, машинобудування та приладобудування, а також оптимізації технологічних процесів і конструкцій.

У даний час все більший інтерес становлять різні композиції нанорідин як теплоносії для передачі теплоти в термосифонах та інших випарно-конденсаційних пристроях. Наведено та проаналізовано експериментальні дані щодо теплопередаючих характеристик (повних термічних опорів, максимальних теплових потоків, що передаються, та еквівалентної теплопровідності) двофазних мініатюрних термосифонів з нанорідинами. Геометричні параметри термосифонів усіх експериментальних зразків були ідентичні: загальна довжина - 700 мм, внутрішній діаметр - 5 мм. Довжина зони нагріву змінювалася поступово від 45 до 200 мм. Довжина зони конденсації становила 200 мм у всіх досліджених термосифонів. Кількість теплоносія в термосифонах була однаковою, і висота його в зоні нагріву перед початком досліджень складала 88 мм. Як теплоносії використовувалися дистильована вода та водні нанорідини з наночастинками вуглецевих нанотрубок, синтетичного алмазу та вуглецевої сажі. Увагу приділено вивченню впливу коефіцієнта заповнення та кута нахилу термосифона, величини теплового потоку, що передається, та хімічної природи (складу) теплоносія (нанорідини) на теплопередаючі характеристики термосифонів. Показано сильний вплив зазначених факторів на ефективність роботи мініатюрного двофазного закритого термосифона. Отримано більш ніж дворазове підвищення теплопередаючих характеристик термосифонів (максимальний тепловий потік, що передається) при різкому зниженні їх термічного опору. Передбачається, що значно більш висока теплопередавальна здатність таких термосифонів у порівнянні із заправленими водою пояснюється не тільки вищою теплопровідністю теплоносія, але й виникненням своєрідної пористої структури, що перешкоджає появі парової плівки та сприяє інтенсифікації процесів тепловіддачі при кипінні.

Тертя генерує розсіювання тепла, що супроводжується нагріванням системи pin-on-disc, у деяких випадках це нагрівання може впливати на термомеханічні властивості системи. У роботі представлено перехідне тривимірне числове моделювання за допомогою програмного забезпечення COMSOL multiphysics термомеханічної поведінки під час динамічного контакту системи pin-on-disc. Термомеханічну модель тертя запозичено з літератури. Обговорено вплив затримки контакту [0 - 10] секунд, зміни навантаження на pin [1 - 4] МПа та зміни швидкості диска [10 - 15] м/с. Результати роботи показують, що збільшення затримки контакту призводить до швидкого підвищення температури контактної зони в перші секунди, а починаючи з четвертої секунди, збільшення дуже незначне і стає постійним через поширення тепла шляхом провідності у вільних ділянках системи pin-on-disc. Вплив поступового збільшення навантаження на pin є більш помітним, ніж вплив швидкості диска на термомеханічну поведінку системи pin-on-disc.

Розроблено нелінійні математичні моделі температурних режимів у термочутливій ізотропній пластині, яка нагрівається локально зосередженими джерелами тепла. Теплоактивні зони пластини описано з використанням теорії узагальнених функцій. З огляду на це рівняння теплопровідності та крайові умови містять розривні та сингулярні праві частини. За допомогою перетворення Кірхгофа лінеаризовано вихідні нелінійні рівняння теплопровідності та нелінійні крайові умови. Для розв'язування отриманих крайових задач використано інтегральне перетворення Фур'є і визначено їх аналітичні розв'язки в зображеннях. До цих розв'язків застосовано обернене інтегральне перетворення Фур'є, яке дало змогу отримати аналітичні вирази для визначення змінної Кірхгофа. Як приклад обрано лінійну залежність коефіцієнта теплопровідності від температури, яку часто використовуть у багатьох практичних задачах. У результаті отримано аналітичні співвідношення для визначення температури в термочутливій пластині. Наведені аналітичні розв'язки подано у вигляді невласних збіжних інтегралів. За методом Ньютона (трьох восьмих) отримано числові значення цих інтегралів з певною точністю для заданих значень товщини пластини, просторових координат, питомої потужності джерел тепла, коефіцієнта теплопровідності конструкційних матеріалів пластини та геометричних параметрів теплоактивної зони. Матеріалами пластини є кремній та германій. Для визначення числових значень температури в наведеній конструкції, а також аналізу теплообмінних процесів в середині пластини, зумовлених локальним нагріванням, розроблено програмні засоби, із використанням яких виконано геометричне відображення розподілу температури залежно від просторових координат, коефіцієнта теплопровідності, питомої густини теплового потоку.

Розроблено математичну модель аналізу теплообміну між ізотропною двошаровою пластиною, яка нагрівається точковим джерелом тепла, зосередженим на поверхнях спряження шарів, і навколишнім середовищем. Для цього з використанням теорії узагальнених функцій коефіцієнт теплопровідності матеріалів шарів пластини зображено як єдине ціле для всієї системи. З огляду на це, замість двох рівнянь теплопровідності для кожного із шарів пластини в умовах ідеального теплового контакту між ними отримано одне рівняння теплопровідності в узагальнених похідних із сингулярними коефіцієнтами. Для розв'язування крайової задачі теплопровідності, що містить це рівняння та крайові умови на межових поверхнях пластини, використано інтегральне перетворення Фур'є і внаслідок отримано аналітичний розв'язок задачі в зображеннях. Обернене інтегральне перетворення Фур'є дало змогу отримати остаточний аналітичний розв'язок вихідної задачі, який подано у вигляді невласного збіжного інтегралу. За методом Сімпсона отримано числові значення цього інтегралу з певною точністю для заданих значень товщини шарів, просторових координат, питомої потужності точкового джерела тепла, коефіцієнта теплопровідності конструкційних матеріалів пластини та коефіцієнта тепловіддачі з межових поверхонь пластини. Матеріалом першого шару пластини є мідь, а другого - алюміній. Для визначення числових значень температури в наведеній конструкції, а також аналізу теплообміну між пластиною та навколишнім середовищем, зумовленим різними температурними режимами внаслідок нагрівання пластини точковим джерелом тепла, зосередженим на поверхнях спряження шарів, розроблено обчислювальні програми. За допомогою цих програм побудовано графіки з використанням числових значень розподілу температури залежно від просторових координат. Отримані числові значення температури свідчать про відповідність розробленої математичної моделі результатам аналізу теплообміну між двошаровою пластиною з точковим джерелом тепла, зосередженим на поверхнях спряження шарів і навколишнім середовищем, реальному фізичному процесу. Розроблені програмні засоби дають змогу аналізувати також неоднорідні середовища щодо їх термостійкості під час нагрівання. Крім того, стає можливим підсилення захисту конструкції від перегрівання, яке може спричинити руйнування не тільки окремих елементів, а й всієї конструкції.

Розкрито основні поняття та визначення теплообміну. Висвітлено питання теплопровідності, конвективного теплообміну (тепловіддачі), теплового випромінювання, теплопередачі. Розглянуто основні поняття масообміну, питання молекулярної дифузії, конвективного масообміну (масовіддачі). Наведено відомості з теплового розрахунку теплообмінних апаратів, а також розрахункові залежності для визначення коефіцієнтів масовіддачі.

Розглянуто стаціонарну теплопровідність тіл простої форми; теплопередачу для стаціонарного режиму; теплопередачу через оребрені поверхні; конвективний теплообмін за природного та вимушеного руху теплоносія; нестаціонарну теплопровідність; основи розрахунку теплообмінних апаратів. Наведено приклади розв'язування задач, задачі для самостійної роботи, довідковий матеріал тощо.

Purpose. Characteristics of heat transfer processes in multilayer bodies of basic geometric shapes simultaneously under conditions of convective heat transfer on its surfaces and taking into account imperfect thermal contact between the layers. Methodology. A direct method was applied to solve a one-parameter family of boundary value problems in the theory of heat conduction. This method is based on the reduction method, the concept of quasiderivatives, a system of differential equations with impulse action, the method of separation of variables, and the modified method of eigenfunctions of Fourier. It is worth noting that the application of the concept of quasiderivatives allows you to circumvent the well-known problem of multiplication of generalized functions, which arises when using the differentiation procedure of the coefficients of a differential equation. Such a procedure, in our opinion, casts doubt on the equivalence of the transition to the differential equation obtained in this way with generalized coefficients. Findings. The solution to the problem is obtained in a closed form. The proposed algorithm does not contain a solution to volume conjugation problems. It includes only: a) finding the roots of the corresponding characteristic equations; b) the multiplication of a finite number of known (2 x 2) matrices; c) the calculation of certain integrals; d) summing the required number of members of the series to obtain the specified accuracy. As an illustration, we consider model examples of heating eight-layer structures in a fire. Originality. For the first time, the direct method has been applied to solving the problem of the distribution of an unsteady temperature field over the thickness of multilayer structures of basic geometric shapes simultaneously, in the presence of imperfect thermal contact between the layers. Practical value. The implementation of the research results allows us to effectively study the heat transfer processes in multilayer structures, which are found in a number of applied problems.

Рассмотрено решение задачи оптимального управления процессом нагрева теплоносителя, циркулирующего в системе теплоснабжения. Объем подаваемого тепла для нагрева теплоносителя в печи определяется линейной зависимостью от температуры, измеряемой в точках замера. Задача заключается в оптимизации параметров линейной обратной связи, мест расположения и числа точек замера. Получены формулы для градиента оптимизируемого функционала, которые используются в методах оптимизации первого порядка. Приведены результаты численных экспериментов.

Рассмотрено решение задачи оптимального управления процессом нагрева теплоносителя, циркулирующего в системе теплоснабжения. Объем подаваемого тепла для нагрева теплоносителя в печи определяется линейной зависимостью от температуры, измеряемой в точках замера. Задача заключается в оптимизации параметров линейной обратной связи, мест расположения и числа точек замера. Получены формулы для градиента оптимизируемого функционала, которые используются в методах оптимизации первого порядка. Приведены результаты численных экспериментов.

Розроблено моделі та методи розрахунку теплообміну під час конденсації у середині труб теплообмінних апаратів, що сприяє підвищенню ефективності їх роботи. Зазначено, що експериментальні дослідження дали змогу більш точно оцінити вплив режимних параметрів на теплообмін у разі конденсації водяної пари і різних холодоагентів у середині труб теплообмінників. Експериментально досліджено закономірності локальної та середньої за периметром труби тепловіддачі у разі конденсації водяної пари і холодоагентів R22 та R407C у широкому діапазоні змін режимних параметрів: масової швидкості G, масового паровмісту x, теплового потоку q. Отримано дослідні дані, що дали змогу встановити вплив режимних параметрів на закономірності тепловіддачі. Розроблено новий метод розрахунку тепловіддачі під час конденсації у середині горизонтальної трубі у разі стратифікованого режиму течії фаз, який дав змогу більш точно оцінити вплив на теплообмін режимних параметрів двофазної течії під час плівкової конденсації робочих речовин у середині горизонтальної труби. Отримано кореляцію щодо розрахунку тепловіддачі у струмку конденсату під час конденсації холодоагентів у разі стратифікованого режиму течії фаз. Проведено верифікацію методу розрахунку тепловіддачі під час конденсації у горизонтальній трубі у разі стратифікованого режиму течії фаз із використання результатів дослідів різних науковців щодо конденсації холодоагентів R22, R123, R125, R134a, R32, R410a, діоксиду вуглецю та метану. Показано достатньо точне узгодження експериментальних даних із розрахунком (похибка у межах ± 30 %), що доводить коректність методу в разі стратифікованого режиму течії.

Розроблено математичну модель для опису складного кондуктивно-променевого стаціонарного теплообміну в теплоізоляційному покриві, що випромінює, поглинає і розсіює теплове електромагнітне поле, як в об'ємі, так і на поверхні. Модель містить взаємозв'язані інтегро-диференціальні рівняння стосовно двох ключових функцій - температурного поля й інтенсивності випромінювання. Розроблено ітераційну методику розв'язування прямої задачі складного теплообміну. Проведено дослідження впливу об'ємних і поверхневих радіаційних властивостей покриву, його теплопровідності та товщини на температурне поле, розподіли інтенсивності випромінювання в об'ємі й у зовнішньому середовищі. В рамках моделі сформульовано обернену задачу визначення поверхневих радіаційних властивостей шарів низької теплопровідності, частково прозорих для ІЧ випромінювання. Розроблено ітераційну методику її розв'язування, яка базується на методі Ньютона-Рафсона та методиці розв'язування прямої задачі. На цій основі запропоновано спосіб теоретично-експериментального визначення поверхневих коефіцієнтів чорноти та розсіювання.

Представлені теоретичний і числовий підходи до динамічного моделювання теплообміну через зовнішні будівельні конструкції. У результаті розроблено модель динаміки теплопередачі через стіну на основі математичного моделювання енергетичного балансу елементарного шару плоскої стінки. Стіна розглядалась як суцільне середовище з безперервно розподіленим тепловим опором і ємністю. На основі розробленого аналітичного підходу, що реалізує запропоновану математичну модель, розроблено імітаційну модель із застосуванням середовища MATLAB/Simulink. Продемонстровано динамічну модель теплопередачі через стіну з параметрами реальних матеріалів, а також через вікно з реальними тепловими параметрами. Результати моделювання представлені графічно.

Індекс рубрикатора НБУВ: З312

Рубрики:

Теплопередача (теплообмін)

Шифр НБУВ: Ж22833 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: З312

Рубрики:

Теплопередача (теплообмін)

Шифр НБУВ: Ж22833 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто особливості розподілу плівки рідини у разі її течії по вертикальній поверхні з поздовжніми ребрами. На основі аналізу сил, які діють у плівці рідини за відсутності міжфазного тертя між рідиною та газовим середовищем, одержано залежності, які описують форму поверхні рідини у міжреберному проміжку. Показано, що коли густина зрошення більша за мінімальну, за якої оребрена поверхня буде гарантовано повністю змоченою (мінімальна товщина плівки на середині міжреберного проміжку >> 0), поверхня плівки рідини приймає форму з рівною кривизною. Залежно від конкретних поперечних геометричних розмірів труби, ребра і міжреберного проміжку поверхня рідини може мати як ввігнуту, так і випуклу форму. Одержані результати надають змогу визначити граничні умови на міжфазній поверхні (рідина - газ), які необхідні для аналітичних та експериментальних досліджень гідродинаміки і тепломасообміну у разі течії рідини по вертикальній оребреній поверхні.

Присвячено моделюванню та розрахунково-теоретичному розвитку перспективних екологічно-безпечних замкнутих теплових циклів, особливістю яких є зберігання маси робочого флюїду, не маючого безпосереднього контакту з навколишнім середовищем. Підвищення ефективності функціонування таких схем, до яких належить відомий цикл Стірлінга, працюючий між двома фіксованими термостатами, може бути досягнуто в значній мірі шляхом поліпшення роботи пористих вузлів регенерації теплоти. Зміни, які запропоновані і детально досліджені в роботі з метою підвищення термодинамічного і нового теплофізичного ступенів досконалості можуть бути внесені до прийнятого на сьогоднішній день теплоенергетичного аналізу і мати значний практично-теоретичний ефект для подальших проектувань. Окремо, заміна рівняння стану для ідеального газу на ван дер Ваальсівське рівняння для реального флюїду безумовно буде оптимізувати опис будь-якого існуючого або проектованого циклу. Як перспективна робоча речовина для надкритичного альтернативного циклу Стірлінга в роботі запропоновано надкритичний діоксид вуглецю, що обґрунтоване як з фазово-теоретичної, так і з практичної точок зору.

Рассмотрены основные аспекты процесса сложного теплообмена в оптически тонком и оптически толстом пограничном турбулентном слое.