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 01.12.2023

58
Количество специалистов
26
научных публикаций
6
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

Направления исследований: энергетика и топливо

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

Практическое значение исследования

Научные результаты:

Исследованы закономерности сжигания керосинового спрея в условиях паровой газификации. Проведен газовый анализ состава конечных продуктов сгорания, а также полноты сгорания керосина при его распыле перегретым водяным паром при различных параметрах подачи окислителя (воздуха) в камеру газогенерации. Анализ влияния режимных параметров на качество работы горелки позволил выявить основные закономерности. Выявлен предел минимальной подачи окислителя в камеру газогенерации, после которого наблюдаются пульсации пламени, с дальнейшим его погасанием. На основе полученных экспериментальных данных был введен параметр минимального коэффициента избытка окислителя, который позволяет рассчитать минимальное необходимое количество окислителя, подаваемого в камеру газогенерации, и оценить возможность достижения целевых параметров по избытку окислителя внутри устройства. Полученная новая информация об оптимальных параметрах работы горелки при сжигании керосинового спрея с принудительной подачей в камеру газогенерации окислителя, обеспечивающие наиболее полное сгорание топлива при одновременно низком содержании токсичных компонентов в отработанных газах, удовлетворяющим нормам ПДК, может быть использована для верифицирования численных моделей при разработке низкоэмиссионных устройств такого типа.

Проведен анализ результатов экспериментального исследования гидродинамики стратифицированного и дисперсно-кольцевого течения в горизонтальной трубе, включая данные по средней толщине и ее шероховатости пленки в нижней части канала, перепаду давления вдоль канала и высоте подъема жидкости по стенкам канала. Проанализирована взаимосвязь между параметрами. При переходе от стратифицированного режима к кольцевому высота подъема жидкости по стенкам канала растет как с увеличением расхода жидкости, так и с ростом продольного перепада давления. Уменьшение шероховатости пленки в азимутальном направлении создает азимутальную компоненту касательного напряжения трения, ответственную за подъем и удержание жидкости на стенках трубы.

Проведены исследования теплообмена в стекающей пленке фреона R21 на однорядном пакете горизонтальных труб из алюминиевых сплавов с модифицированными оксидными пористыми покрытиями. Определены форма и размеры медных частиц. Медные частицы или кластеры расположены на значительном расстоянии друг от друга и занимают не более 50% поверхности. Проведено сравнение коэффициентов теплоотдачи на модифицированных МДО-покрытиях с результатами для поверхности труб с базовыми МДО-покрытиями в электролитах аналогичных составов, а также для гладкой металлической трубы без покрытия. Дополнительная обработка поверхности пористых керамических покрытий путем осаждения медных частиц привела к уменьшению коэффициентов теплоотдачи в стекающей пленке по сравнению с базовыми МДО-покрытиями. Незначительное увеличение коэффициентов теплоотдачи имеет место только на МДО-покрытии, нанесенном в кислотном электролите.

Проведена серия экспериментов по исследованию горения авиационного керосина, диспергированного модельными авиационными форсунками. Измерения проводились на отсеке с оптическим доступом для проведения испытаний фронтовых устройств при повышенном давлении. Для ряда режимов проанализировано положение фронта пламени в модельной камере сгорания в условиях повышенного давления и температуры, выявлены наиболее оптимальные режимы поджига в зависимости от граничных условий (температура окислителя на входе в камеру сгорания, перепады давления в топливном тракте и на фронтовом устройстве). В результате исследования получены оптимальные параметры для реализации характерных режимов горения авиационного топлива, диспергированного авиационными форсунками.

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
Melnik, A.; Bogoslovtseva, A.; Petrova, A.; Safonov, A.; Markides, C.N
Oil-Water Separation on Hydrophobic and Superhydrophobic Membranes Made of Stainless Steel Meshes with Fluoropolymer Coatings. Water 2023, 15 (7) 1346. Q2
Cherdantsev, A.V.
Three-dimensional evolution and interaction of disturbance waves on a gas-sheared liquid film on a horizontal plane near the transition region / International Journal of Multiphase Flow, 2023, 164, 104468.
Kopyev E.P., Sadkin I.S., Mukhina M.A., Shadrin E.Yu., Anufriev I.S
Combustion of the diesel fuel atomized with superheated steam under conditions of a closed combustion chamber // Combustion, Explosion, and Shock Waves. - 2023. - Vol. 59, No. 4. P. 488 - 496.
Vostretsov, S.; Yagodnitsyna, A.; Kovalev, A.; Bilsky, A.
Experimental Study of Mass Transfer in a Plug Regime of Immiscible Liquid–Liquid Flow in a T-Shaped Microchannel. Energies 2023, 16, 4059.
Pecherkin, N.I., Pavlenko, A.N. & Volodin, O.A. Heat
Transfer in a Falling Liquid Film of Freon R21 on an Array of Horizontal Tubes with Modified MAO Coatings. J. Engin. Thermophys. 32, 196–207 (2023).
Zdornikov, S.A., Isaenkov, S.V., Cherdantsev, A.V.
Axial and azimuthal development of disturbance waves in annular flow in a horizontal pipe. Int. J. Multiphase Flow, 2024. - 172, 104704,
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория многофазных прецизионных систем (10)

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

Энергетика и рациональное природопользование

Новосибирск

Сажин Сергей Степанович

Великобритания

2024-2028

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