|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Разработка теоретических основ процесса каплеулавливания в условиях открытого космосаНИР
Develoment of theoretical basis of the process of droplet catching in open-space conditions
- Руководитель НИР: Осипцов А.Н.
- Ответственный исполнитель: Сисоев Г.М.
- Участники НИР: Агеев А.И., Голубкина И.В., Попушина Е.С.
- Подразделение: 110 Лаборатория механики многофазных сред
- Срок исполнения: 9 января 2017 г. - 31 августа 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): №4770238802716000198/600-3/06-16 от 19.01.2017.
- Номер ЦИТИС: АААА-А17-117042110061-6
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Механика многокомпонентных и многофазных сплошных сред
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Базовые и критические военные и промышленные технологии для создания перспективных видов вооружения, военной и специальной техники
-
Рубрики ГРНТИ:
- 30.17.35 Тепломассоперенос
-
Ключевые слова:
капли, каплеулавливание, теплообмен излучением, свободная пленка, капельный радиатор, открытый космос, устойчивость
radiation heat transfer, droplets, droplet catching, open space, free film, droplet radoator -
Описание:
Объектом исследования является модель течения свободной пленки вязкой теплопроводной жидкости в открытом космосе в условиях отсутствия гравитации, а также процесса осаждения заданного потока жидких капель на указанную пленку как одного из возможных способов сбора капель сверхвакуумного теплоносителя в открытом космосе при работе перспективных бескаркасных капельных холодильников-излучателей. Цель работы — построение и исследование замкнутых математических моделей течения пленки с учетом неизотермичности, излучения с поверхности пленки, притоков массы и импульса в пленку за счет осаждения жидких капель; анализ возможных причин неустойчивости течения в пленке и расчет гидродинамических и тепловых параметров течения в пленке для стационарных режимов.
-
Abstract:
The object of the study is the modeling of a free film of viscous thermally conducting fluid moving in open-space conditions in the absence of gravity, as well as the process of deposition of a given flow of liquid droplets on this film, as one of possible methods to collect the droplets of supervacuum coolant in open space when working prospective frameless droplet coolers-rasdiators. The aim is to construct and study a closed mathematical models of the film flow, taking into account non-isothermal processes, radiation from the film surface, influxes of mass and momentum into the film due to the deposition of liquid droplets; an analysis of possible reasons for the instability of the flow in the film, and the calculation of hydrodynamic and thermal parameters of the flow in the film for steady-state regimes.
-
Планируемые результаты:
Построение и исследование замкнутых математических моделей течения свободной пленки вязкой жидкости в условиях открытого космоса с учетом неизотермичности, излучения с поверхности пленки, притоков массы и импульса в пленку за счет осаждения жидких капель; анализ возможных причин неустойчивости течения в пленке и расчет гидродинамических и тепловых параметров течения в пленке для стационарных режимов.
-
Научный задел:
В лаборатории механики многофазных сред накоплен большой опыт исследований различных многофазных течений, в том числе пленочных течений, а также опыт исследований гидродинамической устойчивости сдвиговых течений вязких сред, включая течения со свободными поверхностями.
-
Основные результаты:
В процессе работы был проведен детальный анализ литературных данных по течениям свободных пленок и процессу осаждения капель на жидкие поверхности. В приближении тонкого слоя построена новая математическая модель течения в пленке с учетом потоков импульса и энергии, приносимых в пленку при инерционном осаждения капель на ее поверхность. Разработаны и реализованы численные алгоритмы для расчета течения в пленке, проведен параметрический численный анализ течения и определены диапазоны безразмерных определяющих параметров, соответствующие оптимальным режимам течения с точки зрения возможных приложений для работы капельных радиаторов. Развита линейная теория гидродинамической устойчивости течения вязкой жидкости в свободной жидкой пленке, рассчитаны нейтральные кривые и определены наиболее опасные типы возмущений, которые могут привести к потере устойчивости стационарного режима.
- Добавил в систему: Осипцов Александр Николаевич
Источник финансирования НИР
| Хоздоговор, Федеральная космическая программа России на 2016-2025 годы, утвержденная постановлением Правительства Российской Федерации от 23 марта 2016 г. № 230 |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 9 января 2017 г.-31 августа 2017 г. | Разработка теоретических основ процесса каплеулавливания в условиях открытого космоса |
| Результаты этапа: Проведен обзор литературы по исследованиям развития течений и неустойчивостей в свободных жидких пленках, а также исследованиям процесса соударения капель с жидкими поверхностями. Отмечено, что в литературе практически отсутствуют данные о столкновении капель с движущимися пленками жидкости в условиях, соответствующих условиям работы капельных радиаторов в открытом космосе. В то же время, если экстраполировать имеющиеся результаты по столкновению водяных капель с неподвижной поверхностью воды на условия работы капельных радиаторов и сохранять подобие лишь по числу Вебера и углу падения капли, можно оценить условия (размеры и скорость падения капель), при которых происходит полное поглощение капель пленкой без образования брызг. Построена новая математическая модель стационарного течения в свободной пленке с учетом потоков массы и импульса, приносимых в пленку за счет осаждающихся жидких капель. Разработаны численные алгоритмы и проведены параметрические численные расчеты течения в пленке с учетом различных углов падения капель на пленку, неизотермических эффектов, вызванных различием температур капель и пленки, а также теплового излучения с поверхности пленки. Показано, что в отсутствие осаждения капель учет излучения с поверхности пленки приводит лишь к незначительному (2-3 градуса) уменьшению средней температуры пленки в типичных условиях работы капельных радиаторов. В то же время, различие температур осаждающихся капель и поверхности пленки является очень существенным фактором, определяющим структуру течения в пленке. В частности, в силу больших чисел Прандтля, характерных для рассматриваемых высоковакуумных жидкостей, в пленке могут возникать слои жидкости, имеющие различную температуру, что приводит к возникновению профилей продольной скорости с точками перегиба. Данный фактор является весьма нежелательным, поскольку течения, имеющие профиль скорости с точкой перегиба всегда неустойчивы. На основании параметрических расчетов определены условия, при которых падение капель на пленку проводит к ее утоньшению с развитием течения по продольной координате. Получены оценки отклонения пленки от плоскости и толщины пленки при различных значениях определяющих параметров. Развита линейная теория гидродинамической устойчивости свободной пленки вязкой теплопроводной жидкости для значений безразмерных определяющих параметров, соответствующих работе капельных радиаторов. Для типичных профилей распределения температуры и продольной скорости в основном течении в пленке на основании решения краевой задачи на собственные значения типа Орра-Зоммерфельда проведены численные расчеты инкрементов нарастания и скоростей возмущений в форме нормальных мод. Построена типичная нейтральная кривая. Показано, что по линейной теории неизотермические течения в свободной вязкой пленке с учетом вязкости и поверхностного натяжения, зависящих от температуры, всегда неустойчивы. Определены диапазоны волновых чисел для наиболее опасных (имеющих максимальные инкременты нарастания) возмущений. В силу ограниченности линейной теории устойчивости, которая предсказывает лишь необходимые условия потери устойчивости реального течения, для ответа на вопрос о возможности реализации на практике течений, неустойчивых по линейной теории, должен быть исследован на основе более сложных (нелинейных) моделей течения. Проведенные исследования позволяют планировать условия работы каплеуловителей с использованием жидких пленок, избегая диапазонов параметров, при которых наиболее вероятно развитие неустойчивостей при течении пленки (возникновение точек перегиба в профиле скорости, возникновения возмущений с максимальными инкрементами нарастания). | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".