The main factor that affects the efficiency of the separation process is the lack of contact with the surface of the shutter when moving in the flow of small droplets of wet steam. This process depends on the physical and chemical properties of the wet vapor, the dispersion of the droplets, the parameters of the movement of the two-phase medium, adhesion and edge angle, and the geometry of the channel. Purpose. Determination of the limit modes of operation of separation shutter devices depending on the dispersion and quantity of droplet liquid, flow parameters and geometric characteristics of curved channels. Methodology. The methodology is based on the analysis of the physical model of the movement of a two-phase medium under the action of mass and gravitational forces in a curved horizontal channel. Findings. A mathematical model is presented for determining the trajectory of a liquid droplet in a curvilinear corrugation channel of the louvered package of a separator-superheater. The main conditions of film destruction and dynamic droplet break-up are defined. A method for expanding the range of stable operation of separation devices is proposed. Based on the obtained correlations, the design of the blind package is optimized. Originality. Based on the analysis of the physical model of the movement of a two-phase medium in a curved horizontal channel, a mathematical model was developed and the limit of capture of the dispersed phase was determined. Practical value. The presented results allow optimization of separation devices of boiler drums, horizontal steam generators and steam superheater separators of the II circuit of VVER-1000, fuel preparation systems of GTU.

У газорідинних системах інтенсифікація процесів обміну маси або енергії можлива при створенні значної площі поверхні контакта фаз і швидкому її оновленні шляхом розпилення рідини гідравлічними форсунками. При встановленні їх в обладнання потрібно знати характеристики факела розпилення, що надає змогу забезпечити найбільш ефективну роботу. Такі дані отримують при експериментальному дослідженні форсунок, однак у разі зміни розмірів, їх співвідношень потрібні додаткові дослідження, які вимагають наявності експериментальних стендів, відповідного обладнання, є дорогими та потребують значного часу на їх проведення й обробку результатів. Найпотужнішою програмою для дослідження гідродинаміки потоків є система ANSYS із CFD модулями, завдяки якій можна дослідити структуру потоків у камері змішування форсунки, на виході з її сопла, передбачити явище розпилення та руйнування струменя рідини. Основним критерієм отримання достовірних результатів моделювання є коректне налаштування всіх розрахункових модулів програмного забезпечення. Визначено характеристики факела розпилення потоку у форсунці з використання CFD-технологій як прогресивного, високоефективного та економічно доцільного методу досліджень. Розроблено алгоритм проведення числового моделювання гідродинаміки потоку рідини у форсунці та на виході з її сопла, що складається із шести етапів. Отримані CFD-моделюванням числові значення розподілення швидкості та об'ємної частки рідини для факела розпилення корелюють з відомими експериментальними даними. Встановлено, що всередині факела створюється розрідження порядку 165 Па, причому воно є максимальним у прикореневій зоні, знижується до периферії і при віддаленні від сопла. Зона пониженого тиску пояснює ежектування газової фази ззовні всередину факела розпилення.

Створене для покращення водопостачання населення міста Далоа, водосховище річки Лобо більше не функціонує належним чином через людську діяльність поблизу цього резервуара. Це дослідження, яке засноване на 2D гідродинамічній моделі, виконане за допомогою програмного забезпечення Mike21 HD, дозволило реконструювати потоки у водосховищі річки Лобо. Результати моделювання свідчать про те, що гідродинамічна модель може відтворити зміну рівнів води вільної поверхні водойми. Крім того, результати дуже чутливі до граничних умов моделі, а також до початкових умов. Результати впливу відкачування води на динаміку рівнів у водосховищі р. Лобо показали, що вони суттєво не змінюються через відкачування (менше 1,3 мм). Тому відкачування слабко впливає на гідродинаміку річки Лобо, оскільки перекачувані потоки набагато менші, ніж приплив до водосховища.

Розроблено математичну модель для розв'язання комплексної задачі гідродинаміки та динаміки морських об'єктів довільної форми на хитавиці. Для моделювання гідродинаміки судна на хвилюванні доцільно використовувати математичні моделі єдиного двохфазного середовища повітря - вода. Такі моделі дозволять ефективно моделювати структуру потоку навколо морських об'єктів та коректно враховувати сили, які діють з боку в'язкого середовища для математичного моделювання руху вільного тіла в рідині. Модель хвилювання побудована з використанням функцій релаксацій на границях чисельного басейну, параметри якого були обгрунтовані в процесі проведення серії розрахунків з варіюванням розмірів розрахункових сіток.

Розглянуто теплові та гідродинамічні процеси в роторних гідродинамічних гомогенізаторах при обробці рідин різної в'язкості: дистильованої води, гліцерину, індустріального масла. На основі розподілу температури у міжциліндровому зазорі роторного гідродинамічного гомогенізатора визначено значення параметра, що впливає на зміну напряму теплового потоку в зазорі при високоградієнтному русі в'язкої рідини. З урахуванням турбулентної в'язкості встановлено коефіцієнт дисипації та середньозважене значення дисипації механічної енергії нестисливої в'язкої рідини в гладкій і шорсткій круглих циліндричних трубах на основі моделі Ю. В. Лапіна, О. А. Нехамкіна, М. Х. Стрільця з демпфуючим множником Ван-Дріста та в потоці між двома циліндрами з гладкими і шорсткими стінками за формулою Клаузера. Розроблено методику процесу одержання стійких фазозмінних суспензій (ФЗС). Для одержання текучої ФЗС концентрація фазозмінного матеріалу (ФЗМ) не повинна перевищувати 25 %. Максимальна концентрація ПАР - 5 %. Необхідна концентрація зародків кристалізації, в ролі яких використовується графіт, не повинна перевищувати 0,05 - 0,07 %. Одержано залежність зміни ентальпії ФЗС (теплоти акумулювання) від концентрації ФЗМ і різниці температури. Запропоновано принципову схему застосування ФЗС у ролі теплоносія в системах сонячного теплопостачання.

Індекс рубрикатора НБУВ: И362.16

Рубрики:

Боротьба з гідратоутворенням

Шифр НБУВ: РА450518 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто принципи моделювання тепломасообміну та гідродинаміки течій у пористих середовищах за допомогою методу грат Больцмана. Показано методику реалізації закону Дарсі для методу грат Больцмана.

Поперечне обтікання циліндрів - поширене явище в багатьох галузях техніки. Технологічна простота виконання трубчастих конструкцій робить їх привабливими, особливо у разі застосування робочих тіл, які знаходяться під різними величинами тиску. Разом із тим, циліндри відносяться до категорії "погано обтічних" тіл, і існує широка можливість покращання їх гідродинаміки та тепловіддачі. Для кругового циліндра існує діапазон швидкостей, в якому його гідравлічний опір може зменшуватись від деформації поверхні циліндра. Це явище може бути використане для раціонального проектування теплообмінників. В аеродинамічній трубі відкритого типу визначено коефіцієнти тепловіддачі та гідравлічні опори однорядних пучків циліндрів із декількома типами спіральних канавок на зовнішній поверхні. Найбільший приріст тепловіддачі (64 %) показав циліндр із найменшим кроком канавки (10 мм), на другому місці опинився екземпляр з порівняно великим кроком - 40 мм. Застосування найкращої спіральної канавки надало можливість зменшити гідравлічний опір на 19 %. Для пояснення ефектів застосовано візуалізацію та комп'ютерне моделювання. Відповідність комп'ютерного моделювання експериментальним результатам визначено порівнянням середнього коефіцієнта теплообміну (розрахункового та визначеного за допомогою льодового калориметра). В результаті вибрано модель турбулентності RNG_ke, яка забезпечує кращу відповідність моделі експерименту. Комп'ютерне моделювання пояснило фізичну картину обтікання циліндрів зі спіральними канавками, в тому числі їх взаємний вплив за відмінної осьової орієнтації в пучку. Показано, що наявність спіральної канавки, яка з одної сторони збільшує тепловіддачу, а з другої сторони зменшує гідравлічний опір, може суттєво збільшити теплогідравлічну ефективність (фактор аналогії Рейнольдса).

Глобальні кліматичні зміни - одна з центральних проблем розвитку людства. У довгостроковій перспективі кліматичні зміни з великою ймовірністю призведуть до суттєвого спаду економічного зростання. Освіта є одним із важливих інструментів для формування рішень щодо реагування на подальші зміни клімату. Кліматична освіта вимагає мультидисциплінарного підходу, який охоплює предмети як природничих (фізика, хімія, географія, біологія, геофізика тощо), так і соціальних наук (економіка, право тощо). Кліматична освіта в Малій академії наук України (як центру ЮНЕСКО з наукової освіти) включає навчальні заходи в межах підходів наукової освіти, тобто на основі дослідницької діяльності та проєктів, пропагуючи активну освітню діяльність: дослідження, дискусії, висування та перевірка гіпотез, заохочення школярів до активної роботи в класах шляхом опитування, спроб і помилок, впровадження конкретних рішень для вирішення проблем зміни клімату. Кінцевою метою методичної роботи є вдосконалення підготовки кадрів із питань змін клімату та вчителів природничих спеціальностей, розвиток екологічної обізнаності, розуміння фізичних аспектів формування природних явищ, як-от парниковий ефект, океанічні течії та атмосферні циркуляції, інших наукових знань і життєвих навичок. Вони є необхідними для молодих людей із метою розуміння причин, наслідків і механізмів, що призводять до змін клімату. Описано можливості інтеграції елементів наукової освіти з кліматичних питань у позашкільну освітню програму; наведено приклади тем і відповідних методик проведення демонстрацій фізичних експериментів; продемонстровано можливості застосування засобів дистанційного зондування Землі для моніторингу кліматичних змін і чинників, що впливають на них.

Індекс рубрикатора НБУВ: Л111 + Л113

Рубрики:

Гідродинамічні процеси

Масообмінні процеси (дифузійні процеси)

Шифр НБУВ: Ж69879 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Дисертація присвячена дослідженню мікропроцесів тепломасообміну та гідродинаміки однорідних та нано-рідин в мікроканалах різної конфігурації. В роботі описано розроблений нами стохастичний метод дослідження теплообміну в мікроканалі та межовому шарі при наявності наночасток на базі методу Монте- Карло. Проведено комп’ютерне дослідження теплообміну нанорідини в пласкому мікроканалі та в межовому шарі. Розрахунки методом Монте-Карло показали, що зі збільшенням поздовжньої координати вирівнюється профіль температури і концентрації. При збільшенні об’ємної долі наночастинок на вході каналу спостерігається лінійний ріст, але нелінійний ріст спостерігається зі збільшенням теплопровідності нанорідин. І нелінійне падіння спостерігається зі збільшенням числа Прандтля, оскільки збільшується в’язкість. Основний результат, який було отримано за допомогою методу Монте-Карло, свідчить про те, що додавання незначної кількості наночастинок в рідину призводить до збільшення теплообміну (при об’ємній частці наночасток 0,05 тепловіддача збільшується на 10%). Аналогічні ефекти спостерігаються як для плаского мікроканалу так и для межового шару. Досліджено гідродинаміку та теплообмін при змішаній конвекції в вертикальному пласкому і циліндричному мікроканалах за допомогою методу грат Больцмана, а також проведено порівняння з аналітичними розрахунками. Зміна значень числа Релея приводить до зміни характеристик потоку в центральній частині каналу, зміна значень числа Кнудсена в першу чергу впливає на зміни характеристик в пристіночній області. При великих значеннях Прандтля висока швидкість потоку. При таких параметрах зникає стрибок температури, і ефект проковзування не працює, що приводить до збільшення значення числа Нуссельта. Проведено комп’ютерні експерименти з дослідження відцентрової нестійкість нанорідин з радіальною температурою та неоднорідністю концентрації. Досліджено турбулентний нестисливий потік в пласкому мікроканалі, що обертається. Збільшення сили Коріоліса призводить до появи зворотних потоків, які призводять до появи нестійкості. Зі збільшенням кутової швидкості обертання спостерігається зростання гідравлічного опору, але чим більше значення Кнудсена тим ріст гідравлічного опору зменшується через ефект проковзування. Результати роботи можна застосовувати для вибору режиму роботи різних мікроприладів, наприклад: датчиків, двигунів, насосів, турбін, каналів та клапанів.

Досліджено гравітаційний рух плівки рідини в умовах випаровування у потік нейтрального газу для застосування у плівкових апаратах із плоскопаралельною насадкою. Мета роботи - розробка математичної моделі такого процесу і встановлення його закономірностей. За основу моделі обрано фізичні закономірності стікання плівки рідини уздовж нагрітої ззовні плоскої поверхні за припущень, що стікання плівки відбувається в ізотермічних умовах при сталому ламінарному режимі без хвилеутворення та за відсутності тертя між газом і плівкою. Математична модель процесу стікання плівки в цих умовах містить рівняння руху і нерозривності плівки рідини, доповнені рівняннями масовіддачі, матеріального балансу газової фази за випаровуваною рідиною, відносного вмісту випаровуваної речовини у газовій фазі та рівнянням закону Дальтона. У результаті розв'язання системи рівнянь отримано залежності, що дозволяють (за відомих значень коефіцієнта масовіддачі у газову фазу) здійснювати розрахунки і моделювати гідродинаміку стікання плівки рідини за умов випаровування у потік нейтрального газу. Для системи "вода - повітря" встановлені закономірності зміни товщини і швидкості руху плівки по висоті поверхні за різного характеру взаємодії плівки з потоком повітря (прямоточного, протитечійного і перехресного), а також за різних гідродинамічних і температурних режимів її стікання в умовах перехресної взаємодії потоків. Показано, що для всіх випадків спостерігається зменшення товщини та швидкості руху плівки, причому найбільше зменшення відбувається при перехресній взаємодії, що пов'язано з інтенсивним відводом утворюваної пари від поверхні плівки. Розроблена математична модель може бути використана для оцінювання режимів роботи плівкових апаратів із плоскопаралельною насадкою.

Представлено результати експериментального дослідження середньої тепловіддачі, гідравлічного опору та вихрової структури при поперечному обтіканні повітрям пучка кругових циліндрів зі спіральними канавками на зовнішній поверхні. Отримано рівняння подібності для середньої тепловіддачі і для гідравлічного опору.

Програми імітаційного моделювання й обчислювальні ресурси на базі CFD-методів (Computational Fluid Dynamics) є основою вирішення складних технічних завдань та інтегрування передових технологій в оновлені технічні рішення. У статті описано алгоритм і розроблені на його основі математичні моделі для дослідження пневмосоплових систем у пакувальному обладнанні. Представлена методика дає змогу синтезувати нові пристрої, прискорити процес дослідження і розробки технічної документації, скорочує час випробовувань. Мета роботи - огляд імітаційних методів дослідження в програмному пакеті (ПП) FlowVision; дослідити математичну модель гідродинамічного характеру в пневмосопловому ежекторі для функціональних модулів пакувального обладнання харчових продуктів.

Розглянуто систему інтегрованих задач, яку можна використати для підготовки майбутніх учителів фізики до проведення уроків у класах з природничим профілем навчання. Задачі інтегрують знання з тем "Гідродинаміка" та "Гемодинаміка", які відповідно вивчаються у фізиці та медицині. Задачі структуровані за дидактичною метою: тренувальні; творчі; дослідницькі; контролювальні. Розкрито, що розуміється під кожним видом задачі; наведено приклади системи інтегрованих задач кожного виду, результати їх практичної апробації, методичний супровід та особливості ефективного функціонування цієї системи в процесі викладання фізики. Тренувальні задачі надають студенту можливість переконатися у своїх знаннях, а інколи слугують для ілюстрації нескладних, але цікавих питань курсу. Творчі задачі вимагають від студентів актуалізації власних знань із метою пошуку розв'язку в змодельованих ситуаціях, виокремлення нових проблем і шляхів їх розв'язання в ситуаціях, контекст яких є загальновідомим. Розв'язування дослідницьких задач призводить до активізації пізнавальної діяльності в процесі з'ясування закономірностей перебігу фізичних процесів. Під час розв'язування такого виду завдань найкращі результати досягаються за умови колективної співпраці з використанням інтерактивної технології мозкового штурму. Контролюючі задачі зорієнтовані на основні компетенції. Процес розв'язування задач доповнюється процесом їх складання. Проаналізовано процес складання задач, розглянуто основні етапи та значення цього процесу для міжпредметної інтеграції, яка розглядається як вищий рівень міжпредметних зв'язків. Показано, що зазначені вище підходи до інтеграції знань можна розглядати з точки зору компетентнісного підходу до підготовки майбутніх учителів фізики, оскільки, піднімають мотиваційний компонент від рівня інтересу до рівня значення такого роду завдань у майбутній професії.

Індекс рубрикатора НБУВ: Ж123 + В253.342,2 + В253.330.44

Рубрики:

Технічна гідромеханіка (гідравліка)

Середовища багатофазні. Середовища багатокомпонентні. Спеціальні розділи < Гідро- і аеродинаміка >

Течія струменева < Аеро- і газодинаміка >

Шифр НБУВ: Ж16492 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Проведено прямое численное моделирование структуры потоков неизотермических сред на начальных участках гладких труб и труб с гофрированными вставками различной геометрии. Исследовано возникновение и развитие волновых и вихревых возмущений в ламинарном потоке в широком диапазоне переходных чисел Рейнольдса. Показана зависимость вихревой структуры потока от тепловой неравновесности среды, а также геометрии гофрированной поверхности трубы при переходных числах Рейнольдса. Интенсификация возмущений, наблюдаемая в неизотермическом потоке по сравнению с изотермическим потоком при одном и том же числе Рейнольдса, определяется величиной отрицательного градиента вязкости среды относительно поверхности трубы. Получено аналитическое выражение профиля скорости, зависящее от градиента динамической вязкости среды, который имеет точку перегиба внутри теплового пограничного слоя и удовлетворяет необходимому условию неустойчивости течения при уменьшении динамической вязкости среды. Профиль скорости в потоке капельной жидкости теряет устойчивость раньше при наличии холодной стенки трубы, а в потоке газа - в присутствии горячей стенки. На основании численного эксперимента определена зависимость временных и пространственных масштабов вихревой структуры течения от числа Рейнольдса и параметров гофрирования поверхности трубы. Показано, что для определенных соотношений безразмерных длин и амплитуд волнистости поверхности, отнесенных к радиусу трубы, гофрированные вставки могут быть как стабилизаторами течения на начальном участке трубы, так и генераторами низкочастотных возмущений при соответствующем числе Рейнольдса, приводящих к раннему переходу к турбулентности.

Проанализованы процессы смешивания микрожидкостей в прямолинейных микроканалах с прямоугольным поперечным сечением и системой желобков на одной из поверхностей канала. Построена общая методика исследования течения вязкой несжимаемой жидкости в микроканалах с прямоугольным поперечным сечением и разработано модельное представление течения в приближении Стокса. Указанная методика сводится к решению уравнений Стокса для продольной компоненты скорости жидкости (постулируется течение Пуазейля) и решению бигармонического уравнения относительно функции тока для поперечных компонент скорости. На основании сформулированной корректной математической задачи о течении вязкой несжимаемой жидкости в прямоугольном микроканале построены соответствующие аналитические решения. Решение бигармонической задачи искалось в виде суперпозиции решений с симметричным и антисимметричным распределениями функции тока по обеим координатам поперечного сечения канала. Каждое из них представлялось в виде разложения по собственным функциям. Для контроля качества полученных результатов проведен анализ точности выполнения граничных условий на поверхностях микроканала. Показано, что учет пяти слагаемых аналитического решения бигармонической задачи для функции тока в поперечном сечении канала позволяет удовлетворить граничные условия с ошибкой, не превышающей 0,1 % по отношению к скорости движения границ. Полученные решения для продольной и поперечных компонент поля скорости течения жидкости в рассматриваемой области использованы для анализа процесса смешивания жидкостей при различных начальных условиях. Численное моделирование хода адвекции пассивной жидкости и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными позволяют сделать вывод о хорошем соответствии модельных представлений реальному течению в микроканале.

На прикладах задач про вимушені коливання вузьких п'єзокерамічних пластинстрижнів з частково електродованими поверхнями або з розрізами електродного покриття розглянуто вплив нерівномірного електричного навантаження на адмітанс і динамічний коефіцієнт електромеханічного зв'язку (КЕМЗ) перетворювачів енергії цього типу. На основі аналізу вітчизняних і закордонних бібліографічних джерел дано широку ретроспективу досліджень у цьому напрямку за останні сто років. В подальших розділах наведено основні співвідношення лінійної теорії електропружності та сформульовано крйові задачі для випадків усталених вимушених коливань тонкостінних п'єзоелектричних резонаторів з поперечною поляризацією. Дано вирази для обчислення енергетичних характеристик процесу, зокрема, динамічного КЕМЗ. Розглянуто ряд конкретних математичних постановок для різних конфігурацій поверхневих електродів. Показано, що, в залежності від характеру навантаження, відбувається суттєва зміна модової структури коливань і амплітудних співвідношень між модами. Наприклад, протифазне збудження коливань є доволі ефективним засобом для виділення обертонів, які відповідають вищим модам, і підвищення таким чином робочих частот резонаторів. Наявність безелектродних ділянок може призводити до певного (хоча й незначного) підвищення КЕМЗ основного резонансу. Наслідком закорочування частини електродів стає поява як непарних, так і парних поздовжніх мод, які не збуджуються при суцільному електродуванні. Розрахунки напруженого стану й адмітансу добре узгоджуються з експериментальними даними про амплітудно-частотні характеристики вимушених коливань п'єзоелектричних пластин з поверхнями, вкритими секціонованими електродами.

Індекс рубрикатора НБУВ: Ж123.6 + Д225.51

Рубрики:

Безнапірний рух рідини. Рух рідини у відкритих руслах

Характеристики і стік наносів (твердий стік)

Шифр НБУВ: Ж Пошук видання у каталогах НБУВ