name: Теплообмен в каналах с пористой анизотропной структурой при ламинарном течении теплоносителя
keyword_list: пористые среды анизотропия теплообмен теплообменные элементы ламинарное течение теплоноситель
abstract: Цель: установление закономерностей явлений переноса при охлаждении теплонапряженных поверхностей анизотропными пористыми теплообменными элементами.
  Задачи исследования:
  1) построение математической модели явлений переноса в анизотропных пористых каналах с различными поперечными сечениями при тепловых граничных условиях второго рода;
  2) проведение вычислительных экспериментов по определению гидро-термических полей теплоносителя и пористой матрицы с идентификацией ло-кальных и интегральных характеристик процесса теплосъема теплообменными пористыми элементами;
  3) реализация пилотных экспериментальных испытаний по определению теплогидравлических характеристик компактных пористых теплообменных элементов;
  4) верификация связи между характеристиками анизотропии и теплопе-редающей способности анизотропных пористых сред.
  Выводы:
  1. Получены структуры тензоров проницаемости и теплопроводности триклинного типа, описывающие анизотропные характеристики пористых сред в задачах теплообмена, при движении ньютоновского теплоносителя в плоском канале и трубе.
  2. Основываясь на гидродинамическом уравнении Дарси-Бринкмана в ламинарном режиме напорного течения вязкого несжимаемого теплоносителя через неподвижную анизотропную пористую матрицу и на уравнениях теплопереноса Шуманна для дисперсной и дисперсионной фаз получены обобщенные уравнения для описания нестационарных гидротермических полей в плоском канале и трубе с пористыми наполнителями в предположении постоянства теплофизических характеристик.
  3. В результате физической линеаризации обобщенных уравнений с ис-пользованием предположения об однонаправленном течении сформулированы в формате 2D для декартовой и цилиндрической систем координат квазистационарные начально-краевые задачи о вынужденной конвекции ньютоновского теплоносителя без фазовых переходов в плоском канале и трубе с учетом анизотропии по коэффициентам проницаемости и теплопроводности пористой матрицы.
  4. Сформулирована и решена задача гидротермического переноса в анизотропном плоском и цилиндрическом каналах при напорном ламинарном течении ньютоновского теплоносителя в условиях теплосъема.
  5. Уравнение гидродинамической задачи в виде уравнения Дарси-Бринкмана с применением физической линеаризации однонаправленного течения проинтегрировано аналитически, и верифицировано соотношение для определения длины гидродинамического начального участка, коррелирующее с известными экспериментальными данными.
  6. Определение поля скоростей позволило сформулировать квазистационарную двухтемпературную модифицированную модель теплообмена Шуманна при граничных условиях второго рода, а на основе численного интегрирования уравнений модели с обоснованием равенства температур пористой матрицы на нижней и верхней стенках канала доказан ортотропный вид тензора теплопроводности пористой матрицы, что упростило структуру тепловой подзадачи и позволило получить ее точное решение. Вычислительный эксперимент показал адекватность гидротермической модели. Показано влияние анизотропности проницаемости в пористом канале на увеличение теплосъема до 20%.
  7. Разработана адекватная математическая модель для определения гидродинамических характеристик разгонного течения вязкой несжимаемой жидкости в пористом анизотропном канале с прямоугольным сечением, которая позволяет идентифицировать время установления поля скоростей в зависимости от времени стабилизации градиента давления, коэффициента проницаемости и угла ориентации в анизотропной матрице. 
  8. Обоснована применимость формулы Эргуна для анизотропного пористого элемента при подсчете гидравлического сопротивления. При этом подтверждено, что при соответствующем выборе анизотропной архитектуры с преобладанием аксиальной проницаемости, можно повысить эффективность теплосъема и одновременно снизить гидравлическое сопротивление. Разработана методика на основании формулы Эргуна, которая позволяет определить интегральную порозность элемента и с помощью соотношения Козени-Кармана проницаемость. Экспериментально подтверждена в интегральном смысле корректность представленной модели теплообмена в пористых проточных элементах.
chairman_dissertation_council.name: Владимир
chairman_dissertation_council.surname: Петренко
chairman_dissertation_council.patronymic: Романович
chairman_dissertation_council.position: Советник при ректорате
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 8940228300
chairman_dissertation_council.rinc_id: 690939
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Лариса
organization_supervisor.surname: Клюева
organization_supervisor.patronymic: Александровна
organization_supervisor.position: Начальник ОДС
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.17.19
rubrics.name: Жидкости
rubrics.code: 28.17.19
rubrics.name: Математическое моделирование
rubrics.code: 44.31.03
rubrics.name: Теоретические основы теплотехники
oecds.code: 02.03.DT
oecds.name: THERMODYNAMICS
speciality_codes.name: Теплофизика и теоретическая теплотехника
speciality_codes.code: 01.04.14
supervisors.fio: Ряжских В.И.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Туголуков Е.Н.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Процессы и аппараты химических технологий
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Постников Е.Б.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1033600070448
protection_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: ПРОСКУРИН
protection_organization.supervisor_patronymic: КОНСТАНТИНОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1033600070448
author_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ПРОСКУРИН
author_organization.supervisor_patronymic: КОНСТАНТИНОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения