Способы повышения эффективности трубы Леонтьева


Авторы

Хазов Д. Е.1*, Медвецкая Н. В.1, 2

1. Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова , Мичуринский пр., 1, Москва, 119192
2. Объединенный институт высоких температур РАН, ул. Ижорская, 13, стр.2, Москва, 125412, Россия

*e-mail: dkhazov@mail.ru

Аннотация

В 1997 г. А. И. Леонтьевым было предложено устройство безмашинного энергоразделения, впоследствии получившее название «труба Леонтьева». Устройство представляет собой теплообменный аппарат типа «труба в трубе», в котором по одному каналу поток течет со сверхзвуковой скоростью, а по другому – с дозвуковой. Каналы разделены теплопроводной стенкой. В статье рассмотрен принцип работы подобного устройства. На основе одномерной модели показано влияние значения коэффициента восстановления температуры на разность температур торможения на выходах и входе в устройство. Проведен обзор доступных экспериментальных данных по влиянию градиента давления (течение за обратной ступенькой) в сверхзвуковых потоках газа на коэффициент восстановления температуры. Построены двумерные численные модели сверхзвукового турбулентного обтекания обратной ступеньки. Проведена валидация моделей на доступных экспериментальных данных.

Ключевые слова:

энергоразделение, сжимаемые течения, коэффициент восстановления температуры, обратная ступенька

Библиографический список

  1. Леонтьев А.И. Температурная стратификация сверхзвукового газового потока // Доклады Академии наук. 1997. Т. 354. С. 475–477.

  2. Eckert E.R.G. Cross transport of energy in fluid streams // Wärmeund Stoffübertragung. 1987. Vol. 21. № 2–3. P. 73–81.

  3. Здитовец А.Г., Титов А.А. Экспериментальное исследование газодинамического метода безмашинного энергоразделения воздушных потоков // Тепловые процессы в технике. 2013. № 9. С. 391–397.

  4. Здитовец А.Г., Виноградов Ю.А., Стронгин М.М. Экспериментальное исследование безмашинного энергоразделения воздушных потоков в трубе Леонтьева // Тепловые процессы в технике. 2015. № 9. С. 397–404.

  5. Leontiev A.I. Zditovets A.G., Vinogradov Yu.A., Strongin M.M., Kiselev N.A. Experimental investigation of the machine-free method of temperature separation of air flows based on the energy separation effect in a compressible boundary layer // Experimental Thermal and Flu id Science. Netherlands, 2017. No. 88. P. 202–219. URL: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2017.05.021

  6. Бурцев С.А. Исследование путей повышения эффективности газодинамического энергоразделения // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52. № 1. С. 14–21.

  7. Вигдорович И.И., Леонтьев А.И. Энергоразделение газов с малыми и большими числами Прандтля // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2013. № 6. С. 117–134.

  8. Хазов Д.Е. Численное исследование безмашинного энергоразделения воздушного потока // Тепловые процессы в технике. 2018. Т. 10. № 1–2. С. 25–36.

  9. Макаров М.С., Макарова С.Н. Эффективность энергоразделения при течении сжимаемого газа в плоском канале // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Т. 20. № 6. С. 777–787.

  10. Khazov D.E., Leontiev A.I., Zditovets A.G. Kise lev N.A., Vinogradov Yu.A. Energy separation in a channel with permeable wall // Energy. 2022. Vol. 239. Part E. Article number 122427. URL: https://doi.org/10.1016/ j.energy.2021.122427

  11. Makarov M.S., Makarova S.N., Shibaev A.A. The numerical study of energy separation in a two-cascade Leontievtube // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2016. Vol. 754. Article number 062010. DOI: 10.1088/1742-6596/754/6/062010

  12. Макаров М.С., Макарова С.Н., Наумкин В.С. Газодинамическое энергоразделение в двух- и трехкаскадных трубах Леонтьева с изолирующей встав кой. Москва: Издательский дом МЭИ, 2018. Т. 1. С. 205–209.

  13. Makarov M.S., Makarova S.N., Naumkin V.S. Energy separation efficiency of air and helium-xenon mixture flowing in the single Leontievtube with finned wall // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2018. Vol. 1128. Article number 012018. DOI: 10.1088/1742-6596/1128/1/012018

  14. Голубкина И.В., Осипцов А.Н. Влияние примеси неиспаряющихся капель на структуру течения и температуру адиабатической стенки в сжимаемом двухфазном пограничном слое // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2019. № 3. С. 58–69. DOI: 10.1134/S0568528119030046

  15. Golubkina I.V., Osiptsov A.N. Compressible gas-droplet flow and heat transfer behind a condensation shock in an expanding channel // International Journal of Thermal Sciences. Netherlands: Netherlands, 2022. Vol. 179. Article number 107576. URL: https://doi.org/ 10.1016/j.ijthermalsci.2022.107576

  16. Zditovets A.G., Kiselev N.A., Vinogradov Yu.A., Po povich S.S. Adiabatic wall temperature in the supersonic flow of moist air with spontaneous condensation // Experimental Thermal and Fluid Science. 2024. Vol. 150. P. 111057. URL: https://doi.org/10.1016/j.exptherm flusci.2023.111057

  17. Здитовец А.Г., Виноградов Ю.А., Стронгин М.М., Титов А.А., Киселев Н.А. Безмашинное энергоразделение газовых потоков / под ред. А.И. Леонтьева. Москва: Издательство «Курс», 2016. 112 с. 
  18. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Москва: Наука, 1974. 711 с.

  19. Ackermann G. Plattenthermometer in strömung mit großer geschwindigkeit und turbulenter grenzschicht // Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens A. 1942. Vol. 13. № 6. P. 226–234.

  20. Макаров М.С. Газодинамическая температурная стратификация в сверхзвуковых потоках: дисс. ... канд. физ.-мат. наук. Новосибирск: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 2007. 154 с.

  21. Макарова М.С. Численное исследование тепловых и динамических процессов в элементах устройств энергоразделения газов: дисс канд. техн. наук. Москва: ОИВТ РАН, 2014. 164 с.

  22. Виноградов Ю.А., Ермолаев И.К., Здитовец А.Г., Леонтьев А.И. Измерение равновесной температуры стенки сверхзвукового сопла при течении смеси газов с низким значением числа Прандтля // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2005. № 4. С. 128–133.

  23. Rudy D.H., Weinstein L.M. Investigation of turbulent recovery factor in hypersonic helium flow // AIAA Journal. 1970. Vol. 8. No. 12. P. 2286–2287. URL: https://doi.org/10.2514/3.6108

  24. Gadd G.E., Cope W.F., Attridge J.L. Heat-transfer and skin-friction measurements at a Mach number of 2.44 for a turbulent boundary layer on a flat surface and in regions of separated flow // R. & M. No. 3148. A.R.C. Technical Report. London, 1958. 42 p. URL: https://reports.aerade.cranfield.ac.uk/handle/1826.2/3716

  25. Thomann H. Measurements of heat transfer and recovery temperature in regions of separated flow at a Mach number of 1.8. Flygtekniska Försökanstalten, Rept. 82. Stockholm, 1959.

  26. Kays W.M., Crawford M.E. Convective heat and mass transfer. McGraw-Hill Ryerson, Limited, 1980. 420 p.

  27. McDaniel J.C., Fletcher D.G., Hartfield R.J., Hollo S.D. Transverse injection into Mach 2 flow behind a rearward-facing step: A 3-d, compressible flow test case for hypersonic combustor CFD validation al. // AIAA, In- ternational Aerospace Planes Conference, 3rd, Orlando, FL (Decеmber 3–5, 1991). 38 p.

  28. Eklund D.R., Fletcher D.G., Hartfield R.J., Northam G.B., Dancey C.L. A comparative computational/ experimental investigation of Mach 2 flow over a rearward-facing step // Computers & Fluids. 1995. Vol. 24. No. 5. P. 593–608. URL: https://doi.org/10.1016/0045- 7930(95)00004-V

  29. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. Москва: Энергоатомиздат, 1985. 318 c.

  30. Попович С.С. Аэродинамическое охлаждение стен ки при течении сверхзвукового потока в следе за обратным уступом // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2019. Т. 20. № 1. С. 1–11. URL: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.1.781

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024