Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
075-15-2019-1888, 075-15-2022-1043
Период реализации проекта
2019-2023

По данным на 01.11.2022

59
Количество специалистов
19
научных публикаций
4
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

При развитии современных энергетических технологий является чрезвычайно актуальной проблема повышения эффективности процессов тепло- и массообмена в сложных многофазных системах. Проект направлен на развитие методов интенсификации процессов тепломассообмена для ключевых проблем развития перспективных энергетических технологий, в том числе: теплоэнергетики (задачи эффективного распыла и сжигания различного углеводородного топлива), атомной энергетики (теплообмен и кипение), возобновляемой энергетики (нестационарное обтекание лопастей гидротурбины и кавитация, утилизация солнечной энергии при преобразовании в тепло). Полученные в данном проекте результаты будут способствовать накоплению новых обширных фундаментальных знаний о способах интенсификации процессов тепломассообмена в многофазных системах. 

Название проекта:

Интенсификация процессов тепломассообмена в многофазных системах для повышения эффективности и безопасности современных энергетических технологий

Цели и задачи
Цель проекта:

Создание новой лаборатории мирового уровня с целью развития физических основ интенсификации процессов тепломассообмена в многофазных потоках на фундаментальном уровне с использованием микро- и нано-структурированных поверхностей с неоднородными свойствами гидрофильности и гидрофобности с учетом определяющих физико-химических процессов в многофазных потоках на макро- и нано-масштабах

Направления исследований: энергетика и топливо

Практическое значение исследования
Научные результаты:

  1. Проведено численное моделирование однофазного потока вокруг цилиндра с использованием метода LES с граничным условием проскальзывания для моделирования свойств гидрофобности твердой поверхности. Данные об условиях частичного проскальзывания взяты из эксперимента, выполненного методом PIV с высоким пространственным разрешением.
  2. Систематизированы особенности обтекания цилиндра с поверхностью разной степени гидрофобности для докавитационного и кавитационного режимов в области докритических и критических чисел Рейнольдса с целью анализа влияния смачиваемости и параметров обтекаемого потока на течение вблизи цилиндра, процессы формирования, развития и распада кавитационной зоны, а также возможности управления этими процессами. Также исследовано обтекание цилиндра с прорезью.
  3. Числено смоделирована структура и динамика однофазного многокомпонентного потока в осесимметричной камере смешения и в объеме с затопленной сверхзвуковой струей с применением ряда RANS и URANS моделей турбулентности.
  4. Исследовано и обобщено влияние геометрии микроканала на разрыв снарядов, основных параметров, определяющих отрыв капель микронного размера с заднего мениска снаряда, основных рабочих параметров для получения эмульсий заданного дисперсного состава.
  5. Детально экспериментально исследованы динамика и разрушение единичных капель воды микронного размера в потоке за фронтом ударной волны при умеренных числах Вебера. Проведено сравнение при вариации типа жидкости.
  6. Численно исследована аэродинамическая структура турбулентного газокапельного потока при диспергировании жидких углеводородов высокоскоростной струей в горелочном устройстве. Экспериментально детально исследованы процессы горения жидких углеводородов при подаче струи перегретого водяного пара. Исследовано влияние дисперсного состава двухфазного реагирующего потока при горении дизельного топлива, распыленного струей перегретого водяного пара по тракту лабораторной горелки, на аэротермохимическую структуру и производство токсичных продуктов сгорания.
  7. Проведены опыты по изучению теплообмена на гладких эталонных трубах и на первой партии труб с покрытием «альфа-корунд» при различной степени орошения пакета на входе. Получены результаты экспериментальных исследований по изучению теплообмена и степени его интенсификации на партии модифицированных труб с покрытием «альфа-корунд».
  8. Экспериментально исследована и систематизирована эволюция толщины слоя жидкости в течении в горизонтальной трубе вниз по потоку. Впервые в мировой практике получены данные о трехмерной пространственно-временной эволюции пленки жидкости при смене режимов течения.
  9. Впервые получены результаты анализа турбулентной структуры пузырьковых сдвиговых течений для различных режимов по объемному газосодержанию и дисперсному составу газовой фазы с помощью современных методов понижения размерностей стохастических динамических систем. Показано сильное влияние ПАВ на динамику пузырей.
  10. С использованием передовых оптических методов измерения проанализировано влияние ПАВ на свойства факела распыла различных типов жидкостей для центробежной и эжекционной осесимметричных форсунок со структурированными покрытиями. Исследованы особенности горения углеводородного топлива (ацетон, спирт, керосин и др.), диспергированного форсунками с покрытиями.
  11. Проведено сравнение эффективности различных методов расчета по верифицированным математическим моделям диспергирования и испарения топлива. С использованием верифицированных математических моделей расчета показано влияние структурированных поверхностей на распыл и горение жидкого топлива.

Внедрение результатов исследования:

Разработан и апробирован подход для экспериментальной диагностики распыла керосина авиационными форсунками на основе высокоскоростной теневой фотографии, данная технология апробирована на авиационных форсунках производства АО "ОДК-Авиадвигатель" в рамках программы ПД-35.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

В распоряжении участников блока проекта, направленного на исследования теплообмена на орошаемых пакетах горизонтальных труб, имеется экспериментальный стенд для изучения теплообмена при испарении и кипении стекающих пленок жидкости (хладон R21) на вертикальном однорядном пакете горизонтальных труб. 

Образование и переподготовка кадров:

В течение всего времени функционирования лаборатории в ее составе работали студенты и аспиранты, выполняя научные исследования. Молодые сотрудники лаборатории постоянно участвовали в научных школах, в том числе выступали с докладами. За время существования лаборатории ее сотрудниками были защищены 1 докторская и 2 кандидатские диссертации, проведены стажировки в University of Duisburg-Essen (Германия) и Имперском колледже Лондона (Великобритания).

Сотрудничество:

Лаборатория постоянно сотрудничала с лабораторией ведущего ученого в Имперском колледже Лондона (Великобритания). 

Налажены постоянные работы с University of Duisburg-Essen (Германия), Technical University of Berlin (Германия), Томский Политехнический Университет (Россия) – стажировки, проведение совместных экспериментов и научных семинаров.

Научные исследования ведутся при активном сотрудничестве с другими ведущими научными лабораториями (Германия, Швеция, Великобритания, Китай).

Скрыть Показать полностью
Dulin V.M., Sharaborin D.K., Tolstoguzov R.V., Lobasov A.S., Chikishev L.M., Markovich D.M., Wang S., Fu C., Liu X., Li Y., Gao Y.
Assessment of single-shot temperature measurements by thermally-assisted OH PLIF using excitation in the A2Σ+–X2Π (1-0) band //Proceedings of the Combustion Institute. – 2020. Vol. 38, Is. 1
Kovalev A., Yagodnitsyna A., Bilsky A.
Plug flow of immiscible liquids with low viscosity ratio in serpentine microchannels // Chemical Engineering Journal. – 2020. – 127933
Anufriev I.S., Kopyev E.P., Sadkin I.S., Mukhina M.A.
Diesel and waste oil combustion in a new steam burner with low NOx emission // Fuel. – 2021. - 290. – 120100
Cherdantsev A.V., Zdornikov S.A., Cherdantsev M.V., Isaenkov S.V., Markovich D.M.
Stratified-to-annular gas-liquid flow patterns transition in a horizontal pipe // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2022. – 132. – 110552
Lebedev A., Dobroselsky K., Safonov A., Starinskiy S., Sulyaeva V., Lobasov A., Dulin V., Markides Ch.N.
Control of the turbulent wake flow behind a circular cylinder by asymmetric sectoral hydrophobic coatings // Physics of Fluids. – 2021. - Vol. 33. – 121703
Pecherkin N., Pavlenko A., Volodin O., Kataev A., Mironova I.
Experimental study of heat transfer enhancement in a falling film of R21 on an array of horizontal tubes with MAO coating // International Communications in Heat and Mass Transfer. – 2021. - Vol. 129. – 105743
Zaripov D., Ivashchenko V., Mullyadzhanov R., Li R., Markovich D., Kähler Ch.
Reverse flow phenomenon in duct corners at a low Reynolds number // Physics of Fluids. – 2021. – 33 – 085130
Starodubtseva I.P., Kuznetsov D.V., Pavlenko A.N.
Experiments and modeling on cryogenic quenching enhancement by the structured capillary-porous coatings of surface // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2021. - Vol. 176. - 121388
Knyazkov D.A., Gerasimov I.E., Bolshova T.A. KiselevV.G., Shmakov A.G., Paletsky A.A.
Cationic structure of premixed near-stoichiometric CH4/O2/Ar flames at atmospheric pressure: New insights from mass spectrometry, quantum chemistry, and kinetic modelling // Combustion and Flame 241 (2022) 112106.
Jiangfeng Guo, Jian Song, Zengxiao Han, Konstantin S.Pervunin, Christos N.Markides
Investigation of the thermohydraulic characteristics of vertical supercritical CO2 flows at cooling conditions // Energy. – 2022. - Volume 256, 124628
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория металлогидридных энерготехнологий

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН - (ФИЦ ПХФ и МХ)

Энергетика и рациональное природопользование

Черноголовка

Лотоцкий Михаил Владимирович

Украина, Южная Африка

2022-2024

Лаборатория рециклинга отходов твердотопливной энергетики

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М И. Платова - (ЮРГПУ (НПИ))

Энергетика и рациональное природопользование

Новочеркасск

Чаудхари Сандип

Индия

2022-2024

Лаборатория управления теплообменом при фазовых и химических превращениях

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН - (ИТ СО РАН)

Энергетика и рациональное природопользование

Новосибирск

Сунден Бенгт Ааке

Швеция

2021-2023