Моделирование процессов гидродинамики и теплообмена при взаимодействии двухфазных потоков с пористой средой

Важной задачей при создании современной техники является интенсификация процессов теплообмена. Одним из перспективных и эффективных способов является использование в теплообменных устройствах пористых элементов. Физическую основу этого способа составляет чрезвычайно высокая интенсивность теплообмена между проницаемой матрицей и протекающим сквозь нее теплоносителем, вследствие очень развитой поверхности ее соприкосновения. Практическая реализация этого способа стала возможной только после того как развитие технологии и, в первую очередь, порошковой металлургии позволило производить разнообразные пористые материалы. Широкий диапазон структурных, теплофизических, гидравлических, химических, оптических и других свойств пористых материалов, простота изготовления из них элементов конструкций, высокая интенсивность теплообмена — все это дает возможность использовать пористые элементы в различных экстремальных условиях.

Решение проблем, связанных с фильтрацией потоков через пористые среды, имеет важное значение при разработке систем разделения смесей в химической промышленности, в регенеративных теплообменниках, ядерных реакторах, геотермальных процессах [1−6].

Проблемы гидродинамики и теплообмена, связанные с фильтрацией однофазного потока в пористой среде, в настоящее время изучены наиболее полно [1]. Задачи, связанные с взаимодействием двухфазных потоков с пористой средой, менее изучены по сравнению с гомогенными. Однако решение этих проблем имеет важное значение при проектировании систем распыла жидкоститранспирационного охлажденияинтенсификации теплообменасистем забора топлива из баков летательных аппаратов и т. д.

В теплообменниках с пористыми элементами [1] за счет организации процесса фазового перехода можно существенно повысить его эффективность. С этой целью греющую поверхность покрывают тонким слоем пористого материала. Использование такого рода конструкций позволяет существенно повысить интенсивность теплообмена и критические тепловые нагрузки, а также минимизировать температурный напор, соответствующий началу кипения.

Одним из эффективных и надежных способов интенсификации теплообмена при кипении является применение пористых металлических покрытий. При этом пористая структура образуется либо в результате покрытия поверхности трубы тонкими металлическими сетками, либо нанесением на нее металлического порошка определенной зернистости. При этом образуется пористый слой с разветвленной системой сообщающихся между собой капиллярных каналов, через которые происходит эвакуация пара и подпитка пористой структуры жидкостью, подтекающей сюда под действием сил поверхностного натяжения. Кипение происходит как внутри пористого покрытия, так и на его поверхности. Высокая интенсивность теплообмена свидетельствует о том, что пористая структура создает весьма благоприятные условия для зарождения и роста паровых пузырей. Например, авторы работы [7] указывают, что при кипении н-бутана (Р=1.27 Ю3 Па) на гладкой трубе образование паровых пузырей по всей ее поверхности наблюдалось только при q=35 кВт/м2, а на трубе с пористым покрытием вся поверхность трубы была занята ими уже при q= 1.5 кВт/м2. Эти и многие другие результаты показали, что устойчивое развитое кипение на поверхностях с пористыми.

В ряде отраслей техники режимы работы испарителей характеризуются чрезвычайно низкими температурными напорами и соответственно очень малыми плотностями теплового потока. Это относится к конденсаторам — испарителям воздухоразделительных установок, к испарителям, работающим в холодильной промышленности, и др. В испарителях, работающих в составе холодильных машин, повышение температурного напора связано с ухудшением энергетических показателей холодильной установки в целом. Например, в установках каскадного типа снижение перепада температур с 5−7 до 2−3°С приводит к уменьшению энергозатрат при той же поверхности теплообмена на 10−15% [7]. Однако при таких низких температурных напорах тепловой поток к хладагенту передается в условиях неразвитого кипения, поэтому коэффициент теплоотдачи к нему оказывается ниже значения, а со стороны горячего теплоносителя. Это приводит к очень большим габаритам теплообменных аппаратов и к неудовлетворительным весовым характеристикам. Так, масса кожухотрубных фреоновых испарителей обычно составляет 30−40% массы металла всей холодильной машины. Одним из эффективных способов уменьшения температурного напора, соответствующего началу кипения, является использование покрытий из пористых материалов [9].

При проектировании газожидкостных форсунок (рис.В.1, рис.В.2) с пористыми элементами также сталкиваются с необходимостью исследования процессов взаимодействия ДП с ПС [10,11]. В частности представляет интерес рассчитать гидравлическое сопротивление при.

Рис. B.l.

Газожидкостная форсунка с пористым смесительным элементом: 1 -корпус с патрубком для подвода жидкости- 2 — коллектор для подвода газа;

3 — гайка- 4 — пористый элемент.

Рис. В.2.

Газожидкостная форсунка с пористым вкладышем: 1 — завихритель- 2 — гайка- 3 — уплотнительное кольцо- 4 — корпус- 5 — штуцер- 6 -пористый вкладыш- 7 — изолирующая вставка- 8 — уплотнительное кольцо. фильтрации газожидкостного потока через пористую среду, а также оценить влияние характеристик пористого материала и режима течения в нем ДП на дисперсность капель. Использование пористых элементов позволяет равномерно перемешивать газ и жидкость, что повышает качество распыла жидкости. Данный способ диспергирования жидкости особенно эффективен при использовании малоперепадных форсунок.

Изучение проблем взаимодействия двухфазных потоков с пористой средой в настоящее время приобретает все большее значение при разработке различных устройств космических аппаратов.

Запуск и работа жидкостных ракетных двигательных установок космических летательных аппаратов требует гарантированного забора жидких компонентов из топливных баков без газовых включений как в условиях практической невесомости, так и при наличии переменных по величине и направлению ускорений. Одним из перспективных технических решений данной задачи является применение капиллярных заборных устройств (КЗУ), которые при сравнительно малой сухой массе в наиболее полной мере отвечают современным требованиям по возможности многоразового применения, долговечности при использовании агрессивных и криогенных компонентов, минимальной величине остатков топлива и высокой надежности [12]. Основными элементами КЗУ являются капиллярные разделители фаз (КРФ), которые изготавливаются, главным образом, из тканых металлических сеток. В ряде случаев существенное воздействие на функционирование КРФ в КЗУ оказывают процессы испарения из него жидкости [13]. Эта проблема особенно важна для баков с криогенным топливом .

Существенное воздействие на работоспособность системы при испарении жидкости из фазоразделителя проявляется прежде всего при большой степени опорожнения бака (более 85.90%). В этом случае суммарная поверхность фазоразделителя КЗУ, заполненного внутри жидкостью, может (при некоторых вариантах конструкции) более чем на два порядка превысить поверхность остатков жидкости и, следовательно, количество образующегося пара существенно возрастает и определяется испарением с поверхности фазоразделителя, поэтому изучение испарения жидкости из сетчатых материалов имеет важное значение. Представляет интерес и определение капиллярной удерживающей способности КРФ при учете испарения из него жидкости.

Основным способом терморегулирования, применяемым до настоящего времени на КА, являлся принудительный перенос теплоты с использованием однофазных теплоносителей [14]. При умеренных тепловых нагрузках такие замкнутые системы с включенными в них насосами, приводящими в движение теплоноситель, и радиаторами, отводящими избыточное тепло, оказались вполне надежными. Существенным недостатком этих систем является то, что температура теплоносителя значительно изменяется в пределах контура. Разность температур можно уменьшить, повысив расход теплоносителя, однако для этого приходится увеличивать производительность насоса, что неизбежно ведет к увеличению энергопотребления, диаметров трубопроводов и массы системы в целом. Масса СТР весьма значительна и составляет на сегодняшних объектах около 10% от массы выводимого груза. Увеличение энерговооруженности КА и их линейных размеров неизбежно ведет к увеличению доли массы системы в суммарной массе объекта. Рост тепловыделения на КА с одновременным увеличением его линейных размеров ставит задачу разработки систем терморегулирования, использующих двухфазный кипящий теплоноситель. В таких теплоносителях тепло аккумулируется в виде скрытой теплоты парообразования, что позволяет переносить значительно большее количество тепла на единицу массового расхода теплоносителя, чем в случае применения однофазных теплоносителей. Кроме того, использование теплообмена при кипении позволяет поддерживать температуру объектов практически на всей протяженности контура близкой к температуре кипения выбранного теплоносителя. Все процессы теплопередачи, протекающие при изменении агрегатного состояния вещества, происходят значительно интенсивней, чем при обычном конвективном теплообмене, поэтому масса теплообменных аппаратов двухфазного контура будет значительно меньше их массы в контуре с однофазным теплоносителем. Существенное уменьшение массы системы переноса тепла может быть достигнуто за счет меньшего расхода теплоносителя, неполной заправки контура, небольших диаметров трубопроводов. Дополнительные преимущества двухфазных контуров обусловлены меньшей потребляемой мощностью на прокачку теплоносителя (а в некоторых случаях и полным отсутствием энергопотребления), возможностью его авторегулирования. В то же время, при разработке теплообменного контура с ДФК возникает ряд проблем, большинство из которых не встречалось в СТР с жидким однофазным теплоносителем. Эти вопросы возникают как при конструировании элементов ДФК (теплообменников-испарителей, конденсаторов), так и при интеграции системы (синтез схем, регулирование, обеспечение устойчивой работы при любой конфигурации и мощности тепловыделения, наземные испытания ДФК и др.).

Программа создания больших космических платформ стимулирует разработки СТР, рассеивающих десятки и сотни киловатт тепловой мощности на нормальном температурном уровне.

Известно [15], что при больших тепловыделениях и расстояниях теплопереноса неоспоримым преимуществом по массе СТР и мощности насоса обладает ДФК с насосной прокачкой. При умеренных расстояниях конкурентноспобным становится ДФК с капиллярной прокачкой по типу тепловой трубы. При создании таких СТР важное значение приобретает изучение процессов фильтрации и испарения охладителя в пористой среде.

Наиболее часто процессы фазового перехода охладителей в пористой среде используются в испарительных теплообменниках и термоплатах.

Испарительные теплообменники и термоплаты являются ключевыми элементами контура с двухфазным теплоносителем.

Номенклатура и диапазон тепловых мощностей рассматриваемых теплообменников достаточно велики — от единиц ватт до 30 кВт. Требование высокой компактности заставляет конструировать теплообменники с высокой плотностью теплового потока, который имеет ограничение только по величине допустимого перепада температур между теплоносителем и стенкой.

Термоплаты предназначены для отвода тепла от блоков приборов и оборудования и обычно характеризуются меньшей единичной тепловой мощностью — от 20 до 300 Вт. Ограничение на уровень теплового потока накладывается прежде всего возможностью переноса тепла от блоков приборов теплопроводностью к поверхности термоплаты. Характерные поверхностные тепловые потоки в термоплатах 0.1. 1 104 Вт/м2. Они служат для отвода тепла от энергетически напряженного технологического оборудования.

Остальные требования, предъявляемые к термоплатам и теплообменникам, сходны:

— высокие коэффициенты теплоотдачи;

— низкое гидросопротивление;

— небольшой объем полости теплоносителя;

— работоспособность при нормальной гравитации и микрогравитации;

— однозначная гидравлическая характеристика;

— достаточный запас по отношению к кризису теплообмена на всех режимах работы;

— возможность испытания на Земле при любой ориентации.

Термическое сопротивление стенки теплообменников и термоплат в силу малой ее толщины и высокой теплопроводности материала обычно незначительно. Поэтому основные усилия разработчиков направлены на уменьшение термического сопротивления при передаче тепла между стенкой и теплоносителем. При конвективной теплоотдаче требования низкого гидросопротивления и высокого коэффициента теплоотдачи достаточно противоречивы. Традиционными способами повышения эффективности теплообмена является оребрение поверхности, нанесение микроструктур, использование капиллярных структур. Конструктивное оформление проточной части определяется, прежде всего, заданным предельным уровнем теплового потока: при малых q необходимость в ребрах или специальных структурах по поверхности.

Одним из важных требований, предъявляемым к термоплатам, является обеспечение достаточного запаса по отношению кризису теплообмена.

Кризис теплообмена при кипении связан с высыханием поверхности и может происходить не только в силу интенсивного парообразования, но и в силу неблагоприятной ориентации поверхности теплообмена в поле сил тяжести. Для затягивания кризиса теплообмена используются различные мероприятия и конструктивные решения, способствующие орошению и удержанию жидкости на поверхности: турбулизации потока, внутриканальные вставки, специальные формы каналов, нанесение макро-и микроструктур на поверхность [16].

Ниже приводится ряд конструкций теплообменных аппаратов КА, использующих капиллярные структуры.

В контуре с капиллярной прокачкой может применятся испаритель, предложенный [17]. Испаритель одновременно выполняет функции капиллярного насоса. Типовая конструкция состоит из трубок с осевыми канавками на внутренней поверхности (рис. В. З). В трубку вставлена структура с фитилем. Разрабатываются фитили из алюминиево-кремниевых волокон, пористой структуры из пластмасс и кварцевых волокон. Фитильная структура распределяет жидкость в радиальном направлении к ребрам, образующим канавки, которые создают поверхность испарения. Пар поступает в другие канавки, служащие для эвакуации пара в осевом направлении. В отличие от обычных испарителей, где тепло, чтобы достичь поверхности испарения, должно проходить через слой жидкости, в рассматриваемом испарителе тепло подводится прямо к поверхности испарения, за счет чего реализуются высокие коэффициенты теплоотдачи и снижается чувствительность устройства к высыханию капиллярной структуры.

Другая интересная конструкция испарительного теплообменника, в которой используются пористые и капиллярные структуры, представлена в [20]. Теплообменник состоит из набора испарительных труб, одна из которых показана на рис. В. 4. Жидкий теплоноситель при любой тепловой нагрузке подается в теплообменник по одному из каналов внутри пористой трубы с избытком над расходом, необходимым для ее полного испарения при максимальном тепловыделении. Часть жидкости через стенки пористой трубы и фитиль поступает на теплообменную поверхность испарителя, на которую нанесены капиллярные структуры. Расход ее.

Рис. В. 3.

Типовая конструкция испарительного контура с капиллярной подкачкой: 1 — канал для потока возвращающейся в испаритель жидкости- 2 — волокнистый фитиль- 3 — канал для потока пара- 4 — труба с осевыми канавками- 5 — поверхность теплообмена (испарения) — 6 -тепловой поток- 7 — выход пузырьков пара- 8 — пузырьки пара, образовавшиеся на нагреваемой поверхности- 9 — жидкость.

-> - тепловой поток;

——пар;

— - жидкость.

Рис. В.4.

Испарительная труба: 1 — корпус теплообменника- 2 — паровой канал- 3 — обратный поток жидкости- 4 — нагнетательный поток- 5 — пористая двухканальная труба пропорционален тепловой нагрузке и регулируется пассивным образом капиллярными эффектами. Пар с низкой влажностью движется к выходу по паровому каналу. Избыточная жидкость перетекает по пористой структуре в другой пористый канал, в котором поддерживается низкое давление. При этом жидкость нагревается до температуры насыщения. Попадание пара в этот канал исключается за счет действия капиллярных сил. Такая конструкция испарителя обеспечивает не только высокие коэффициенты теплоотдачи, но и сепарацию фаз на выходе.

Из рассмотренных выше технических проблем и конструктивных элементов можно сделать вывод, что исследование процессов взаимодействия двухфазных потоков с ПС имеет большую практическую значимость.

Несмотря на различие в постановке проблем, которые необходимо решать при разработке испарительных теплообменников, газожидкостных форсунок, КЗУ и т. д., в этих задачах много общего. Эта общность основана на единстве основных элементарных процессов, протекающих при взаимодействии ДП с ПС.

Основное внимание в данной работе уделяется проблемам фильтрации и кипения ДП в дисперсных средах. Здесь не будут рассматриваться вопросы, связанные с изучением капиллярно-пористых тел, скелет которых является лиофильным веществом, т. е. когда стенки капилляров и пор могут сорбировать газ, пар и жидкость. Подобного рода проблемы изучаются, в основном, в задачах сушки влажных тел [19] и редко встречаются в настоящее время при конструировании теплообменных устройств в холодильной и космической технике.

Условно проблемы взаимодействия ДП с ПС можно разделить на два направления — гидродинамику и теплообмен (рис. В.5). Они тесно связаны друг с другом, так создание моделей по теплообмену невозможно без информации по гидродинамике.

Настоящая работа входит составной частью в комплекс научных исследований под руководством профессора Поляева В. М. Ряд исследований выполнен под руководством автора.

В диссертации материал распределен по главам следующим образом.

Во введении формулируются цели и задачи исследования. Рассматриваются области практического применения, изучаемых в работе проблем.

В первой главе приводится обзор основных экспериментальных и теоретических результатов по проблемам гидравлического сопротивления и теплообмена при фильтрации двухфазного потока в пористой среде. Рассматриваются преимущества и недостатки моделей «раздельного течения фаз» и двухфазной «смесевой» модели. Для режимов фильтрации, когда капиллярные силы не играют существенной роли, автором предложена методика расчета основных гидравлических характеристик в двухфазной зоне в ПС. В предложении о термодинамической равновесности парожидкостной смеси, получены первые интегралы уравнения энергии, связывающие расходное массовое паросодержание и температуру в зоне кипения.

Вторая глава посвящена исследованию проблем гидродинамики (рис. В.5) при вынужденном течении двухфазного потока в ПС.

При фильтрации газонасыщенной жидкости в ПС, в результате падения давления, может осуществляться процесс газовыделения. Автором предложена модель, на основе которой можно получить зависимость расхода от перепада давления на образце. Используя данную модель показывается, что при росте расхода прокачиваемой жидкости через образец, перепад давления на нем при.

Рис. В.5.

Структура и связи между разделами работы. фильтрации газонасыщенной жидкости приближается к значению, соответствующему фильтрации деаэрированной жидкости.

В рамках решения проблем гидродинамики получены экспериментальные и теоретические результаты по работе газожидкостной форсунки с пористым смесительным элементом. Используя разработанную методику, на основе которой можно определить связь между истинным объемным газосодержанием и расходным массовым, получены гидравлические характеристики форсунки. Предложена модель, которая позволяет определять диаметр образующихся капель. Показано, что эта величина тесно связана с режимом фильтрации ДП в ПС. Проведено сопоставление экспериментальных и теоретических результатов.

В третье главе представлены экспериментальные и теоретические результаты по кипения жидкости в ПС при вынужденном течении (рис. В.5). Приводятся результаты экспериментального исследования по вынужденной фильтрации парожидкостного потока в ПС в адиабатических условиях. На основе подхода, предложенного автором в первой главе, решены ряд по кипению жидкости в ПС при вынужденном течении. В частности получены решения задач, когда происходит выход парожидкостной зоны на внешнею поверхность пористого образца без и с внутренними источниками тепла. Решена задача по расчету структуры зоны кипения в пористом образце, когда наряду с зонами занятыми жидкостью и парожидкостной смесью, существует паровая область.

В четвертой главе рассматриваются задачи по кипению жидкости на поверхностях с пористыми покрытиями в условиях естественной конвекции (рис. В.5). Предложена модель, позволяющая объяснить явление гистерезиса «отклонения температуры», характерного для начального участка кривой кипения. Объяснены закономерности по кипению жидкости на обращенной вниз поверхности. Рассматривается модель, которая позволяет описать ряд экспериментальных фактов при кипении растворов. На основе решения задачи о устойчивости межфазной поверхности, определено значение отрывного диаметра пузыря при кипении жидкости на поверхностях с КПП.

В пятой главе предложена модель, позволяющая определить капиллярную удерживающую способность сетчатого фазоразделителя при наличии процесса испарения жидкости (рис. В.5).

В шестой главе рассматривается устойчивость двух последовательно расположенных теплообменников — испарителей, в линейном приближении (рис. В.5). Результаты решения этой задачи позволяют выработать рекомендации по повышению устойчивости систем, включающие в себя несколько теплообменников — испарителей.

Целью работы является разработка методов расчета процессов фильтрации газожидкостных смесей и кипения в ПС. Достижение указанных целей проводилось путем решения следующих основных задач:

1. Исследование гидравлических характеристик газожидкостных потоков при движении в ПС, включая анализ фильтрации газонасыщенной жидкости, сопровождающейся газовыделением, и экспериментальное изучение процесса распыла жидкости при помощи газожидкостной форсунки с пористым смесительным элементом;

2. Исследование процессов фильтрации парожидкостной смеси в ПС, в адиабатических условиях и с объемным тепловыделение.

3. Исследование процессов кипения жидкости на поверхностях с пористыми покрытиями в условиях естественной конвекции, включая анализ гистерезиса «отклонения температуры», кипения на обращенной вниз поверхности, кипения растворов, определения условия отрыва пузыря на внешней поверхности КПП;

4. Исследование влияния испарения жидкости на работоспособность капиллярного разделителя фаз в системе капиллярного заборного устройства бака КА;

5. Исследование теплогидравлической устойчивости последовательно расположенных реакторов с фазовыми переходами.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые на основе проведенного экспериментального исследования разработана теория, позволяющая производить расчет газожидкостной форсунки с пористым смесительным элементомразработана модель, позволяющая определять зависимость перепада давления от расхода при фильтрации газонасыщенной жидкости в ПСэкспериментально показано, что процесс парообразования при вынужденном течении охладителя осуществляется в условиях, близких к состоянию термодинамического равновесияисследована структура зоны кипения при вынужденной фильтрации жидкости в ПСпостроена модель по расчету структуры зоны кипения жидкости в ПС с объемным тепловыделение при вынужденном течениипостроена модель кипения жидкости на поверхностях с КПП, позволяющая рассчитать явление гистерезиса «отклонения температуры» и выявить условия его существования, описать закономерности теплоотдачи при кипении жидкости на поверхности, обращенной вниз, выявить основные закономерности при кипении растворов, определить условия отрыва пузыря при его росте на внешней поверхности КПП.

Проведено аналитическое решение задачи о теплогидравлической устойчивости двух последовательно расположенных реакторов с фазовым переходом.

Практическая ценность работы заключается в том, что в ней показано влияние основных режимных и конструктивных параметров газожидкостной форсунки с пористым смесительным элементом, на дисперсность распыла. Сформулированы и обоснованы основные требования, предъявляемые к КПП поверхностей теплообменников, когда интенсивность теплоотдачи перестает зависеть от его ориентации относительно поля тяжести. Определено влияние испарения топлива из КРФ на работоспособность КЗУ.

Создан метод расчета теплообмена при кипении растворов (маслохладон) на пористой поверхности, позволившие повести оптимизацию характеристик КПП. Разработаны рекомендации по расчету системы транспирационного охлаждения, когда жидкость в ПС претерпевает фазовый переход.

Реализация работы. Результаты работы используются в Ракетно-космической корпорации «Энергия» им. С. П. Королева, Исследовательском центре им. М. В. Келдыша, Научно — исследовательском институте химического машиностроения, Центральном институте авиационного машиностроения им. П. И. Баранова, Московском институте теплотехники, Научнопроизводственном объединении «Луч» .

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались в МГТУ им. Н. Э. Баумана (кафедра Э1, кафедра Э6, отдел ЭМ-1.1) — Научном семинаре ИВТ РАН под руководством академика РАН Леонтьева А. И, Научно — производственном объединении «Луч» — Региональном межвузовском семинаре, Воронеж — 1996, 1997, 1998, 1999; Международной конференции по ракетно — космической технике, Москва -1998; 2-ой Российской национальной конференции по теплообмену, Москва-1998; Российской межвузовской и межотраслевой научно-технической конференции по ракетно-космическим двигательным установкам, Москва -1998; 11 и 12-ой школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева, Москва -1997,1999; 3-ой Всероссийской научно-технической конференции, Санкт.

Петербург — 1999; Всероссийской научно-технической конференции по проблемам теплофизики процессов горения и охраны окружающей среды, Рыбинск-1999.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка использованной литературы Общий объем диссертации составляет 235 страниц, в том числе 56 рисунка, таблиц 4. Списоклитературы включает 181 название.

Основные результаты исследования и выводы, сделанные по результатам оригинальных экспериментальных и теоретических разработок, выполненных автором как лично, так и в составе творческих коллективов, а также по результатам аналитического обзора состояния исследований изучаемых проблем, составляет следующий перечень.

1. Решена задача о фильтрации газонасыщенной жидкости в пористой среде, когда в процессе фильтрации происходит газовыделение. Получена зависимость расхода от перепада давления на пористом образце при фильтрации газонасыщенной жидкости, сопровождаемой газовыделением. Данная зависимость позволяет учесть влияние теплофизических свойств жидкости и газа, характеристики пористой матрицы и концентрацию растворенного газа в жидкости на гидравлические характеристики. Показано, что рост концентрации растворенного газа в жидкости приводит к уменьшению расхода смеси через пористый образец при прочих равных условиях.

2. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование работы газожидкостной форсунки с пористым смесительным элементом по распылу смеси воздух-вода. На основе гидравлической модели получены значения потерь давления при фильтрации газожидкостного потока в пористой среде. Разработана модель для оценки диаметра капель, образующихся в процессе распыла. Показано, что размер капель в основном определяется режимом.

2/3 фильтрации двухфазного потока в ПС и диаметром пор D~dn.

3. Теоретически и экспериментально исследована задача по вынужденной фильтрации парожидкостного потока в ПС при отсутствии теплоподвода. Экспериментально доказана гипотеза о термодинамической равновесности процесса кипения жидкости в ПС при вынужденной фильтрации. Показано, что уменьшение коэффициента проницаемости пористой матрицы приводит к сокращению зоны кипения, при фиксированном расходе жидкости, которая в пределе переходит в стефановскую границу.

4. Разработана модель кипения жидкости в ПС с объемным тепловыделением при вынужденном течении. Получены зависимости по распределению температуры и давления по толщине пористого образца, которые позволяют учесть влияние основных теплофизических параметров и структурных характеристик пористой матрицы.

5. Предложена модель по кипению жидкости на поверхностях с пористыми покрытиями в условиях естественной конвекции. На основе гипотезы о зависимости температурного напора от перепада давления при выходе пара из покрытия, получены расчетные соотношения для коэффициентов теплоотдачи. Теоретически показано, что для тонкопористых, покрытии, а для плотных покрытий — q~AT. Получен критерий, разграничивающий эти два режима кипения. На основе разработанной модели описано явление гистерезиса «отклонения температуры», характерного для начального участка кривой кипения. Показано, что явление гистерезиса связано с различием гидравлических характеристик пористого покрытия, частично заполненного жидкостью при росте и уменьшении тепловой нагрузки в процессе кипения.

6. Предложена модель для описания закономерностей теплоотдачи при кипении жидкости на обращенных вниз поверхностях с пористыми покрытиями,. Показано, что при кипении на поверхностях с плотными пористыми покрытиями закономерности теплоотдачи на обращенной вверх и вниз поверхностях совпадают. Получен критерий, разграничивающий два предельных режима кипения.

7. Предложена модель по кипению растворов на поверхностях с пористыми покрытиями. В зависимости от степени концентрации нелетучей примеси у греющей поверхности показано существование двух предельных режимов кипения. Получен критерий разграничивающий эти режимы кипения. В одном из них величина температурного напора определяется гидравлической характеристикой пористого покрытия, а в другом — процессом скопления нелетучей примеси у греющей поверхности.

8. Разработана модель для определения условий отрыва пузыря, при кипении на поверхностях с пористыми покрытиями. Показано, что условие отрыва пузыря обусловлено возможностью развития неустойчивости на поверхности границы раздела жидкость — пар.

9. Исследована проблема испарения жидкости из сетчатых фазоразделителей, капиллярных заборных устройств. Определены условия работоспособности КРФ с учетом процессов испарения.

10. Проанализирована теплогидравлическая устойчивость двух последовательно расположенных теплообменников-испариетелей с фазовым переходом. Выявлено влияние основных режимных и конструктивных параметров на устойчивость такой системы.

12. Полученные в работе экспериментальные данные, теоретические результаты используются при проектировании газожидкостьных форсунок с пористыми элементами, систем транспирационного охлаждения и теплообменников — испарителей с КПП.