ИСТИНА

Целью работы является экспериментальное исследование нового способа безмашинного энергоразделения высокоскоростных газовых потоков и факторов (ударные волны, рельеф поверхности, проницаемость), влияющих на его интенсивность. Как известно, теплообмен между потоками несжимаемого газа, которые имеют одинаковую температуру торможения и разделены теплопроводящей перегородкой, бесконечно мал. Однако, с увеличением скорости движения одного из потоков и проявлением сжимаемости, теплообмен становится значительным, а его интенсивность существенным образом зависит от характера течения в пограничном слое высокоскоростного потока. Данное явление используется в устройстве безмашинного энергоразделения газовых потоков (газодинамическая температурная стратификация), предложенном и теоретически обоснованном академиком Леонтьевым А.И. Устройство обладает очень важным преимуществом по сравнению с аналогичными (труба Ранка-Хилша, труба Гартмана – Шпренгера) – низкие потери полного давления по тракту низкоскоростного потока. Эта особенность позволяет использовать его для создания теплообменного оборудования нового поколения, существенно повысить эффективность систем охлаждения в газоперекачивающих агрегатах, создать принципиально новые схемы работы замкнутых газотурбинных установок. На созданной авторами экспериментальной установке будут проведены сравнительные исследования по влиянию ударных волн, рельефа поверхности канала, проницаемости на эффективность энергоразделения по методу Леонтьева. На основе полученных данных будут сформулированы рекомендации и определены дальнейшие направления научных исследований.

За отчетный период получены первые экспериментальные данные по безмашинному способу энергоразделения (газодинамической температурной стратификации) высокоскоростного воздушного потока по методу Леонтьева. Исследования, проведенные в 2012 году, показали работоспособность данного метода, позволили определить основные параметры, влияющие на его эффективность. На данном этапе было показано, что абсолютная величина энергоразделения (разность между температурами торможения «горячего» и «холодного» потоков на выходе из устройства) зависит от следующих параметров: - начальной температуры торможения потока - числа Маха в сверхзвуковой части устройства - схемы организации течения потоков в устройстве - отношения расходов по дозвуковой и сверхзвуковой частям устройства. В указанных экспериментах начальная температура торможения воздуха варьировалась от 22.5 до 75С, число Маха потока на входе в сверхзвуковую часть устройства составляло М=2.46, отношение расходов по дозвуковой и сверхзвуковой зоне изменялось от 0.1 до 0.7. Наиболее глубокое охлаждение дозвукового потока составило 45% от максимального теоретически возможного для даны параметров потока (случай бесконечного коэффициента теплопередачи). Лучший результат по энергоразделению составил 23% от максимально возможного. С учетом полученной информации спроектирован, изготовлен и смонтирован новый экспериментальный стенд с увеличенной площадью поверхности теплообмена, измененной геометрией дозвукового и сверхзвукового каналов, сменными коническими сверхзвуковыми соплами, а также расширенным диапазоном воспроизводимых режимных параметров (начальная температура газа, расход теплоносителя, числа Маха в рабочей области). Стенд оснащен современным измерительным оборудованием (тепловизор, системы прецизионного позиционирования зондов, модулями ввода и обработки информации National Instruments). На данном этапе проведены исследования для двух значений начальной температуры торможения потока 25 и 50 С, трех значений чисел Маха на входе в сверхзвуковой канал (1.67; 1.87; 2.36), двух схем организации течения потоков – противоточной и прямоточной. Диапазон изменения отношения массовых расходов от 0.1 до 1.2. На данном стенде получены режимы на которых охлаждение дозвукового потока на выходе из устройства составляет 90% от теоретически возможного, величина энергоразделения 50% от максимальной теоретически возможной. Также экспериментально показано, что замена в устройстве непроницаемого разделителя дозвукового и сверхзвукового потоков на проницаемый приводит к перераспределению потоков тепла и массы. В результате воздушный поток, покидающий дозвуковой канал, нагревается, а сверхзвуковой канал – охлаждается.