Лаборатория моделирования физико-технических процессов

Научные результаты:

• Разработан, создан и апробирован специализированный программный комплекс VP2/3 Thermophysics для численного моделирования вихревой интенсификации теплогидродинамических процессов в теплообменных аппаратах на основе развития многоблочных вычислительных технологий, основанных на разномасштабных структурированных сетках с их частичным наложением. Стандартная модель турбулентности MSST2003 модифицирована в рамках подхода Роди-Лешцинера-Исаева с учетом влияния кривизны линий тока.
• Разработан и создан генератор композитных расчетных сеток GibMesh, внедренный в пакеты VP2/3 и SigmaFlow.
• В блок поправки давления пакетов VP2/3 и SigmaFlow внедрена AMG-библиотека Д. Демидова с алгебраическим многосеточным ускорением итерационного процесса. Ее использование привело к повышению устойчивости при сходимости глобальных итераций.
• Результаты расчетов с использованием программного комплекса VP2/3 Thermophysics верифицированы при проведении исследований течения и теплообмена на низкоскоростной аэродинамической трубе Института механики МГУ и на новом оборудовании лаборатории МФТП КНИТУ – КАИ.
• Проведены исследования, позволившие дать рекомендации по снижению аэродинамического сопротивления большегрузных автомобилей до 25% за счет установки щитовых генераторов крупномасштабных вихрей с рациональными габаритами.
• Решена задача аэротермовентиляции кабин грузовых автомобилей на многоядерных вычислительных системах петафлопного класса. Предложены технические решения для рационального обогрева кабины на различных режимах работы системы вентиляции.
• Предложены и обоснованы формы поверхностных интенсификаторов теплообмена в виде траншейных удлиненных лунок, наклоненных к потоку под углом 45 градусов. Разработка получила развитие в виде овально-дуговых выемок. Проведено исследование теплоотдачи и гидросопротивления в различных каналах при течении различных теплоносителей. Созданы образцы теплообменников для транспортных систем, которые прошли испытания на стендах ПАО «КАМАЗ».
• Впервые зафиксирован шнуровидный режим течения при исследовании течения хладагентов в трубах с постоянной закруткой потока и использовании скрученных лент (как интенсификаторов теплообмена). Получена обобщающая зависимость для расчета теплоотдачи при кипении хладагента R134а в каналах со вставленными гладкими скрученными лентами.
• Предложено схемное и конструктивное решение высокоэффективной адаптивной системы охлаждения поршневого V-образного дизельного двигателя с регулируемым электрическим приводом водяной помпы. Это обеспечивает оптимальное тепловое состояние ДВС, соответствующее наиболее высоким технико-экономическим, экологическим и ресурсным показателям двигателя.
• Проведено численно-экспериментальное исследование новых систем вентиляции и кондиционирования кабин большегрузных автомобилей и турбокомпрессора.
• Сопоставлены возможности различных программных комплексов расчета гидродинамики и теплообмена – VP2/3, FlowVision, Sigma Flow, Логос и др. Даны рекомендации по областям и возможностям их использования. Разработаны и переданы заказчикам методические материалы по использованию конкретных программных пакетов.

Внедрение результатов исследования:

• Программный комплекс VP2/3 Thermophysics передан для проведения расчетов технических устройств в ЦАГИ, ИТМО имени А. В. Лыкова НАНБ, НИИ механики МГУ и другие научные организации.

• Генератор композитных расчетных сеток GibMesh и AMG-библиотека Д. Демидова внедрены в пакет SigmaFlow (Сибирский федеральный университет) для расчета процессов теплообмена и гидрогазодинамики.

• Результаты исследований вентиляции кабины, турбокомпрессорного оборудования, адаптивной системы охлаждения, системы EGR с созданными прототипами интенсифицированных теплообменных аппаратов в рамках заключенных коллективом хоздоговоров переданы в НТЦ «ОАО КАМАЗ».

Образование и переподготовка кадров:

• Лаборатория активно взаимодействует с базовой кафедрой теплотехники и энергетического машиностроения КНИТУ – КАИ (чтение лекций по базовым курсам).

• Со стороны КНИТУ – КАИ в проекте приняли участие более 20 студентов, 25 аспирантов, 4 докторанта, 5 молодых научных сотрудников в возрасте до 30 лет.

• 10 студентов работают над выпускными квалификационными работами.

• Защиты: 3 докторские диссертации, 9 кандидатских диссертаций.

• 6 молодых ученых стали обладателями грантов по тематике исследования.

• Пройдены научные стажировки в ИТМО имени А. В. Лыкова НАНБ, в фирме SARAD (Германия), в Университете Отто фон Герике (Германия).

• Участие молодежи в международных конференциях (Киото, Чикаго, Душанбе, Минск и др.).

• Проводится курс повышения квалификации молодых ученых и специалистов по программе «Использование пакетов прикладных программ моделирования физико-технических процессов при решении сопряженных задач аэромеханики и теплофизики» (через Институт повышения квалификации и переподготовки КНИТУ – КАИ).

• Подготовлено два учебных пособия по новым дисциплинам с учетом результатов исследований и развития материально технической базы созданной лаборатории.

• Создано более 10 новых программ учебных дисциплин по таким темам, как методология научных исследований, теплообменные аппараты, информатика, системы автоматизированного проектирования энергоустановок и т. д.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Лаборатория базируется на кафедре теплотехники и энергетического машиностроения КНИТУ – КАИ. В структуру Лаборатории входят две группы из базового университета КНИТУ – КАИ: гидродинамики и интенсификации теплообмена, физико-технических процессов в транспортных системах, а также группы приглашенных исследователей-экспериментаторов из НИИ механики МГУ, расчетчиков из Красноярского филиала Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН, Казанского федерального университета, Центрального аэрогидродинамического института, Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН, Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации, Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д. Ф. Устинова. Другие результаты: нет

Сотрудничество:

• ПАО «КАМАЗ» (Россия): хоздоговор по совместному исследованию и созданию новых образцов двигателей, созданы система EGR с охладителем газа, адаптивная система охлаждения двигателя, система вентиляции и кондиционирования воздуха в кабине большегрузного автомобиля

• ООО КЭР-Холдинг (Россия): хоздоговор по совместному исследованию энергоустановок, проведены технико-экономическое обоснование и расчет систем топливоподачи и газоотведения двигателя внутреннего сгорания

• Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики: хоздоговор на разработку методической документации по обучению персонала работе в пакете прикладных программ по гидрогазодинамике и теплообмену «ЛОГОС»