Рабочее тело, движущееся в нестационарном (пульсирующем) режиме, является основой многих технических и технологических установок. В связи с этим актуально уточнение физического механизма воздействия пульсаций и турбулизации потока на интенсивность теплоотдачи воздуха в канале для разных граничных условий посредством экспериментального подхода. Исследована прямая труба длиной 1300 мм и диаметром 30 мм (43 калибра). Опыты проведены в диапазоне чисел Рейнольдса Re = 10 000–140 000 (развитый турбулентный режим течения). Пульсации потока в канале создавались посредством заслонки, вращающейся с частотой 4…16 Гц. Степень турбулентности потока изменялась в пределах 4…12 % с использованием установки в трубу различных пластинчатых плоских вставок. Метод тепловой анемометрии использован для получения данных о нестационарных значениях скорости и локального коэффициента теплоотдачи. Показана степень влияния газодинамической нестационарности на интенсивность теплоотдачи в канале. Установлено, что рост степени турбулентности пульсирующего потока до 12 % увеличивает коэффициент теплоотдачи на 15…21 %. Определен максимальный рост интенсивности теплоотдачи (на 49…51 %) от совокупного воздействия пульсаций и турбулизации потока воздуха в канале. Полученные результаты применимы для отладки математических моделей и проектирования трубопроводных элементов технических систем с рабочим телом, движущимся в пульсирующем режиме
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Рассмотрим несколько современных исследований в области газодинамики и теплообмена стационарных и пульсирующих потоков в трубопроводных элементах для различных технико-технологических систем. Существует большое число работ по изучению влияния пульсаций потока на интенсивность теплоотдачи в пучках труб [7, 8]. Так, в [7] установлено, что нестационарное движение потока воздуха приводит к росту числа Нуссельта до 42 % по сравнению со стационарным течением [7]. Аналогичные данные получены в [8] для медного пучка труб — коэффициент теплоотдачи (КТО) вырос почти в 2 раза вследствие воздействия газодинамической нестационарности на течение. Выделяются исследования по разработке способов интенсификации теплоотдачи в пучке труб за счет изменения их формы [9] или использования вихревых генераторов потока [10].
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Haibullina A., Khairullin A., Balzamov D., et al. Local heat transfer dynamics in the in-line tube bundle under asymmetrical pulsating flow. Energies, 2022, vol. 15, no. 15, art. 5571. DOI: 10.3390/en15155571 EDN: CHYNIK
2. Razali Hanipah M., Mikalsen R., Roskilly A.P. The real-time interaction model for transient mode investigations of a dual-piston free-piston engine generator. Appl. Therm. Eng., 2022, vol. 212, art. 118629. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118629
3. Alrashidi A., Gaheen O.A., Elsemary I.M.M., et al. An experimental study exploring heat transfer enhancement in tube in tube heat exchanger with pulsating flow. Appl. Therm. Eng., 2024, vol. 248-B, art. 123149. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.123149
4. Fallahzadeh R., Aref L., Bozzoli F., et al. A novel triple-diameter pulsating heat pipe: flow regimes and heat transfer performance. Therm. Sci. Eng. Prog., 2023, vol. 42, art. 101902. DOI: 10.1016/j.tsep.2023.101902
5. Plotnikov L. The influence of longitudinal duct profiling on unsteady gas dynamics and the heat transfer of pulsating gas flows in the outlet system of reciprocating-engine. Therm. Sci. Eng. Prog., 2024, vol. 55, art. 102977. DOI: 10.1016/j.tsep.2024.102977
6. Yang L., Jia X., Qi H., et al. Fast algorithm for calculating the pressure pulsation in a reciprocating compressor system with stepless capacity regulation. Proc. Inst. Mech. Eng., Part E: J. Process Mech. Eng., 2019, vol. 233, no. 6, pp. 1280-1291. DOI: 10.1177/0954408919866602
7. Молочников В.М., Михеев А.Н., Аслаев А.К. и др. Теплоотдача пучка труб в пульсирующем потоке. Теплофизика и аэромеханика, 2019, т. 26, № 4, с. 591-603. EDN: KCDSLS
8. Brahma I., Singh S. Experimental, numerical and deep learning modeling study of heat transfer in turbulent pulsating pipe flow. Appl. Therm. Eng., 2024, vol. 244, art. 122685. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2024.122685
9. Дееб Р. Численный анализ влияния относительного продольного и поперечного шагов на характеристики потока шахматного пучка труб каплевидной формы. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 1 (106), с. 95-116. DOI: 10.18698/1812-3368-2023-1-95-116 EDN: PNDUOI
10. Попов И.А., Жукова Ю.В., Баранова Т.А. и др. Теплоотдача и гидравлические потери пучков труб с нанесенными на их поверхность генераторами вихрей. ИФЖ, 2023, т. 96, № 6, с. 1586-1602. EDN: PWFSLN
11. Duan D., Cheng Yu., Ge M., et al. Experimental and numerical study on heat transfer enhancement by flow-induced vibration in pulsating flow. Appl. Therm. Eng., 2022, vol. 207, art. 118171. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118171
12. Кадыров Р.Г., Попов И.А., Жукова Ю.В. и др. Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик поперечно обтекаемых пучков труб с поверхностными генераторами вихрей. Тепловые процессы в технике, 2022, т. 14, № 6, с. 243-254. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-6-243-254 EDN: JNQFFQ
13. Wang Ch.Sh., Chen Ch.Ch., Chang W.Ch., et al. Experimental studies of turbulent pulsating flow and heat transfer in a serpentine channel with winglike turbulators. Int. Commun. Heat Mass Transf., 2022, vol. 131, art. 105837. DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105837
14. Давлетшин И.А., Душин Н.С., Душина О.А. и др. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление плоского канала с дискретной шероховатостью стенки в виде наклонных траншейных лунок. Теплофизика и аэромеханика, 2023, т. 30, № 4, с. 669-674. EDN: GEIMSQ
15. Исаев С.А., Никущенко Д.В., Михеев Н.И. и др. Местное ускорение ламинарного потока и аномальная интенсификация теплообмена в канале с двумя рядами наклонных канавок. ТВТ, 2024, т. 62, № 4, с. 524-535. EDN: JYMJVL
16. Рис В.В., Галаев С.А., Левченя А.М. и др. Численное исследование развитого турбулентного течения и теплоотдачи в канале прямоугольного сечения с односторонним внутренним оребрением. Теплоэнергетика, 2024, № 2, с. 80-89. DOI: 10.56304/S0040363624020085 EDN: IUQUHG
17. Nikitin N. Wall friction and heat transfer in turbulent pulsating flow in a square duct. Int. J. Therm. Sci., 2024, vol. 196, art. 108679. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2023.108679 EDN: INJYCU
18. Guo G., Kamigaki M., Inoue Y., et al. Experimental study and conjugate heat transfer simulation of pulsating flow in straight and 90° curved square pipes. Energies, 2021, vol. 14, no. 13, art. 3953. DOI: 10.3390/en14133953 EDN: YLDWCN
19. Blythman R., Alimohammadi S., Jeffers N., et al. Heat transfer analysis of laminar pulsating flow in a rectangular channel using infrared thermography. J. Heat Transfer, 2022, vol. 144, no. 1, art. 011801. DOI: 10.1115/1.4052686 EDN: JFGWRY
20. Chen L., Zhang H., Huang S., et al. Numerical study on structure optimization and heat transfer characteristic of distributed pulsating flow heat exchanger. Energy Sources A: Recovery Util. Environ. Eff., 2022, vol. 44, no. 3,pp. 7080-7094. DOI: 10.1080/15567036.2022.2105989 EDN: FVRBBC
21. Ye Q., Zhang Y., Wei J. A comprehensive review of pulsating flow on heat transfer enhancement. Appl. Therm. Eng., 2021, vol. 196, art. 117275. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2021.117275
22. Essarroukh I., Lopez J.M. Convective heat transfer in uniformly accelerated and decelerated turbulent pipe flows. Mathematics, 2024, vol. 12, no. 22, art. 3560. DOI: 10.3390/math12223560 EDN: HLOOUH
23. Супельняк М.И. Стабилизированная нестационарная теплоотдача в канале с циклически изменяющимся во времени граничным режимом на его поверхности. ИФЖ, 2022, т. 95, № 3, с. 623-639. EDN: LZTHJM
24. Plotnikov L., Plotnikov I., Osipov L., et al. An indirect method for determining the local heat transfer coefficient of gas flows in pipelines. Sensors, 2022, vol. 22, no. 17, art. 6395. DOI: 10.3390/s22176395 EDN: YPAEVU
25. Plotnikov L.V. Experimental research into the methods for controlling the thermal-mechanical characteristics of pulsating gas flows in the intake system of a turbocharged engine model. Int. J. Engine Res., 2022, vol. 23, no. 2, pp. 334-344. DOI: 10.1177/1468087420987360 EDN: TMBTMI
26. Щукин А.В., Ильинков А.В., Такмовцев В.В. и др. Эффективность тепловой завесы при вдуве пульсирующего потока воздуха (обзор). Теплоэнергетика, 2023, № 9, с. 5-17. DOI: 10.56304/S0040363623090060 EDN: HRJKEE
27. Plotnikov L.V. Gas dynamics and heat exchange of stationary and pulsating air flows during cylinder filling process through different configurations of the cylinder head channel (applicable to piston engines). Int. J. Heat Mass Transfer, 2024, vol. 233, art. 126041. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.126041
28. Terekhov V.I. Heat transfer in highly turbulent separated flows: a review. Energies, 2021, vol. 14, art. 1005. DOI: 10.3390/en14041005
Выпуск
Другие статьи выпуска
Приведены результаты исследования климатической стойкости полиэтилена низкого давления, содержащего стабилизирующие добавки различных марок. Экспонирование полиэтилена осуществлялось в условиях очень холодного климата (Якутск, Республика Саха (Якутия)). Согласно результатам исследования физико-механических характеристик, окислительная деструкция полиэтилена низкого давления начинается в процессе изготовления опытных образцов, что отражается на относительном удлинении при разрыве исходного образца после вальцевания. Введение стабилизирующих добавок положительно влияет на деформационные характеристики полимера, поэтому добавки выполняют функцию термостабилизации и пластификации. Показано, что на начальном этапе экспонирования (до шести месяцев) в материалах протекают преимущественно реакции межмолекулярного сшивания. Увеличение продолжительности испытаний приводит к преобладанию реакций разрыва полимерных цепей над реакциями сшивания, о чем свидетельствует резкое снижение вязкости расплава. В соответствии с результатами ИК спектроскопических исследований введение стабилизаторов приводит к изменению механизмов процессов, протекающих при старении. Климатическое старение полиэтилена низкого давления без стабилизаторов характеризуется преимущественным протеканием реакций диспропорционирования, сопровождающихся накоплением винильных групп, в то время как материалы со стабилизаторами проявляют склонность к накоплению карбонильных групп. По совокупности результатов исследования наилучшую стойкость к воздействию климатических факторов в условиях очень холодного климата, характеризующегося чрезвычайно низкими температурами в зимний период и высоким уровнем солнечной радиации, проявляют материалы, содержащие гибридные бифункциональные стабилизаторы марок СО-3 и СО-4
С использованием золь-гель метода получены фотокаталитические материалы на основе системы TiO2–SiO2/ZnO с содержанием компонентов 65–10–10 % (масс.) и с добавлением Р2О5 15 % (масс.). Устойчивость растворов во времени исследована методом вискозиметрии. Растворы пригодны для получения пленочных материалов в течение 5 сут. Условия и процессы формирования материалов зафиксированы с использованием синхронного термического анализа. Для достижения кристаллизации диоксида титана в анатазной фазе композиты подвергали ступенчатой термообработке при температуре 60, 300, 400, 500 и 600 and deg; С продолжительностью 30 мин каждая. Кислотно-основные свойства поверхности твердого тела оценены методом рН-метрии. В результате на поверхности образцов зафиксированы активные центры Льюиса (Si4+, Ti4+), что способствует повышению фотокаталитической активности. Структура и фазовый состав полученных материалов исследованы методами ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа. Фотокаталитическая активность образцов оценена фотометрическим методом. Показано, что ион Zn2+ положительно влияет на способность диоксида титана к образованию свободных носителей зарядов, необходимых для окисления различных органических загрязнителей. На основании полученных данных материалы могут быть использованы для дальнейших исследований в области фотокатализа и очистки окружающей среды
Разработана экспериментальная установка биосенсора с чувствительным элементом на базе биомембраны из фосфолипида 1,2-дифитаноил-sn-глицеро-3-фосфохолина для изучения ее взаимодействия с мембранным белком — цитохромом b5. Проведены исследования электрофизических характеристик биомембраны. Созданная установка позволяет регистрировать взаимодействие биомембраны (представляющей собой фосфолипидный бислой, сформированный в биосенсоре) с мембранным белком посредством измерения электрической проводимости биомембраны. Электрическую проводимость мембраны определяли при наличии белка и его отсутствии. Экспериментально продемонстрировано, что такой биосенсор позволяет определять взаимодействие цитохрома b5 с фосфолипидной мембраной в реальном времени. С использованием установки определено, что полноразмерный белок цитохром b5 (d-b5), содержащий в структуре гидрофобный домен, существенно влияет на проводимость мембраны, приводя к возникновению каналов проводимости. В случае отсутствия у цитохрома b5 мембранного фрагмента (t-b5) взаимодействие белка с липидным слоем практически не наблюдалось. Полученные результаты можно использовать при создании биосенсоров на базе липидных слоев для моделирования взаимодействия белков с липидными мембранами в организме человека
При изучении тонких плазменных неоднородных слоев, образующихся вблизи стенок электроразрядных устройств различных типов (поверхностей электродов, металлических и диэлектрических экранов), затруднительно, а иногда и невозможно, использовать традиционные методы активной (ленгмюровские и СВЧ-зонды) и оптической (спектроскопия) диагностики. Указанным методам присущи некоторые недостатки, связанные с возможным искажением исследуемой плазмы и относительно низким пространственным разрешением. Использование этих контактных методов в узких пристеночных слоях часто бывает ограничено большими тепловыми потоками, а применение пассивных оптических методов затруднено проблемой вывода излучения из очень малых областей. В неоднородной плазме существует связь между электромагнитными волнами, возбуждаемыми извне, и плазменными волнами (при условии наличия области, где фазовые скорости и частоты этих волн близки). Происходит трансформация падающей электромагнитной волны в плазменную и возможно проявление резонансных эффектов в плазменном образовании. Обоснована возможность использования резонансов Тонкса — Даттнера для диагностики пристеночных слоев плазмы и проведена численная проверка предложенной методики на экспериментальных данных
Усовершенствованный алгоритм оптимизации Cricetomys emini (ACEO) и усовершенствованный алгоритм оптимизации Dictyostelid (EDOA) применяются для снижения потерь активной мощности и повышения стабильности напряжения. Cricetomys emini в период размножения члены группы делятся информацией о пути, ведущем к обильному источнику питания. В разделе “Исследование”, если объективная функциональная ценность другого Cricetomys emini превышает функциональную ценность наиболее приспособленного Cricetomys emini (α-самца), то соответствующий Cricetomys emini обновляется, и местоположения других представителей в кластере используются на основе недавно признанного наиболее приспособленного Cricetomys emini. В разделе “эксплуатация” период размножения отличается от места обитания к месту обитания и обычно приходится на период дождей. Алгоритм оптимизации Cricetomys emini был объединен с алгоритмом оптимизации Caelifera, чтобы повысить эффективность поиска и избежать попадания в ловушку локальных оптимумов. Самцы Cricetomys emini чувствуют время размножения.
Работа посвящена построению управления на основе алгоритма обучения с подкреплением для непрерывной системы и его сравнению с классическим методом дискретно-непрерывного управления. Дискретно-непрерывное управление расширяет классические методы, позволяя изменять управляющий сигнал внутри интервала дискретизации. Это повышает точность, однако требует знания параметров системы, что ограничивает его применение в условиях неопределенности. В качестве более современного и адаптивного метода рассмотрен подход на основе данных с использованием алгоритма off-policy Q-learning, который не требует априорной идентификации модели и знания точных параметров управляемого объекта, а обучается непосредственно на измеренных данных. Показано, что последовательность коэффициентов усиления имеет передел, при этом каждый элемент последовательности будет стабилизировать замкнутую систему. Разработанный алгоритм управления обладает свойством робастности. Проведено численное моделирование для системы двойного интегратора, демонстрирующее эффективность обоих методов, а также эксперимент с воздействием шума на модель. Выполнены анализ и сравнение обоих алгоритмов. Практическая часть реализована на языке программирования Python с использованием общедоступных библиотек NumPy, SciPy, Matplotlib и Seaborn
Исследована нелинейная модель сдвигового течения, описывающая взаимосвязь процесса деформации и эволюции структуры тиксотропной среды. Модель предназначена для описания поведения широкого класса материалов (от полимерных растворов и дисперсных систем до физических гелей и цементных суспензий) в условиях переменной деформации. В модели параметр структурированности влияет на вязкость и упругие свойства материала и подвержен изменению под действием напряжения. Рассмотрено циклическое нагружение в широком диапазоне частот и амплитуд, включая режимы осцилляционного сдвига малой и большой амплитуды (small amplitude oscillatory shear (SAOS), large amplitude oscillatory shear (LAOS)). Показано, что модель воспроизводит переход от линейного вязкоупругого поведения к нелинейному с характерными признаками разрушения и восстановления структуры в цикле. При этом форма интегральных кривых и фазовых траекторий существенно зависит от соотношения периода деформации и времени релаксации. Обнаружены эффекты осцилляций, асимметрии и сдвига фаз, связанные с перестройкой структуры, а также режимы с нарушением симметрии и изменением числа периодов параметра структурированности в пределах цикла. Результаты сопоставлены с экспериментальными данными для тиксотропных жидкостей, полимерных растворов, эмульсий и гелей. Показана применимость модели для описания ключевых нелинейных эффектов в реологических испытаниях циклической деформации
Издательство
- Издательство
- МГТУ им. Н.Э. Баумана
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- Юр. адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- ФИО
- Гордин Михаил Валерьевич (Ректор)
- E-mail адрес
- bauman@bmstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 2636377
- Сайт
- https://bmstu.ru/