ИСТИНА

Температурная стратификация в безмашинных устройствах предполагает перераспределение полного теплосодержания (температуры) в потоке газа без совершения им внешней работы или теплообмена с окружающей средой. Среди известных эффектов температурной стратификации можно отметить вихревые (Ранк-Хилш), резонансные (Гартман-Спрингер), эжекция с отрицательным коэффициентом эжекции (Емин-Зарицкий), энергоразделение в двухфазных потоках (Столяров), пульсационные трубы (Гиффорд-Лонгсворт), стратификация в потоках газа при обтекании различных преград (Эккерт-Вайс), а также стратификация в свободно истекающей струе газа (Гольдштейн-Сеол). Существенным недостатком этих методов температурной стратификации, ограничивающих применение в технических устройствах, являются высокие потери полного давления на выходе по холодному и горячему потокам. Академиком Леонтьевым А.И. в 1997 году был предложен новый метод температурной стратификации газового потока, основанный на использовании диссипативных процессов в потоке сжимаемого газа. Принцип действия нового устройства основан на известном газодинамическом эффекте: температура адиабатной стенки, обтекаемой потоком сжимаемого газа, может существенно отличаться от температуры торможения потока за счет диссипативных процессов в пограничном слое. В результате взаимодействия дозвукового и сверхзвукового потоков газа через теплопроводную стенку на выходе из устройства стратификации получаем два потока – нагретый сверхзвуковой и охлажденный дозвуковой. Экспериментальные исследования проводились на прототипе устройства газодинамической температурной стратификации с использованием систем регистрации данных National Instruments, автоматизированных программ опроса показаний датчиков в среде LabView и бесконтактных тепловизионных методов фиксации температурных полей. В процессе исследований измерялось распределение статического давления и температуры стенки сверхзвукового канала устройства при отсутствии дозвукового потока. Это позволило оценить максимально возможное охлаждение дозвукового потока. После этого проводился эксперимент на устройстве температурной стратификации. По дозвуковому каналу запускался поток воздуха и измерялся суммарный эффект температурной стратификации по показаниям датчиков на входе и выходе из соответствующих каналов устройства. Исследования проводились для двух видов конических сопел с малым (4 градуса) и большим (20 градусов) углом раскрытия. Основной гипотезой исследования было то, что при увеличении угла раскрытия сопла в сверхзвуковом канале возникнет система косых скачков уплотнения, которые интенсифицируют теплообмен в области взаимодействия с пограничным слоем. Об этом свидетельствовали данные предыдущих исследований по влиянию скачков уплотнения и отрывного течения за ребром на коэффициент восстановления температуры в сверхзвуковом потоке сжимаемого газа. В результате исследования установлено, что при увеличении угла раскрытия сопла эффективность температурной стратификации возросла на величину от 20 до 40% в зависимости от соотношения расходов по холодному и горячему трактам. Работа выполняется за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-19-00699).