ИСТИНА

Рассматривается сверхзвуковое стационарное течение газокапельной смеси в плоском линейно расширяющемся канале с теплоизолированными стенками. Для исследования характера течения и теплообмена в задаче используется двухконтинуальная модель газокапельной среды c пренебрежимо малой объемной концентрацией дисперсной фазы. Учитываются фазовые переходы на поверхности капель. Предполагается, что во входном сечении канала фазы находятся в состоянии равновесия, а температура жидкости на поверхности и внутри капель не меняется во всей рассматриваемой области. Численно исследуется структура течения как в невязком ядре потока, так и в двухфазном пограничном слое. Для определения параметров фаз в ядре потока решаются квазиодномерные невязкие уравнения двухфазной среды с учетом обратного влияния и процесса конденсации. Показано, что температура газа вдоль оси канала меняется немонотонно: сначала температура снижается за счет падения давления в расширяющемся потоке, затем растет, поскольку при конденсации происходит выделение тепла. Разница температур фаз определяет скорость увеличения радиуса капель. Найдены условия, при которых происходит наиболее интенсивный рост капель. Моделирование течения вблизи плоской стенки осуществляется с использованием уравнений ламинарного сжимаемого газокапельного пограничного слоя. В пристеночной области помимо силы сопротивления Стокса учитывается подъемная сила Сэфмана, приводящая к осаждению капель, в результате чего на поверхности стенки может формироваться тонкая пленка. В зависимости от свойств фаз и состояния потока во входном сечении канала возможны следующие режимы обтекания плоской стенки: 1) с образованием сплошной пленки на поверхности, причем толщина пленки монотонно растет, 2) полное отсутствие пленки, если на поверхности стенки происходит интенсивное испарение жидкой фазы, 3) наличие пленки только на некотором начальном участке стенки. Проведенное параметрическое исследование позволяет определить диапазоны параметров газокапельного потока, соответствующие каждому из режимов, а также оценить снижение равновесной температуры адиабатической стенки благодаря наличию капель в потоке. Полученные в данной работе количественные оценки снижения температуры стенки могут быть использованы при разработке систем безмашинного энергоразделения по методу Леонтьева. Работа выполнена за счет средств гранта Российского Научного Фонда (проект №19-19-00234).