Vol 61, No 5 (2023)

В работе с помощью газокинетической теории Чепмена‒Энскога первого порядка проведено обоснование применимости модели бинарной смеси для описания диффузионных процессов при разных степенях ионизации однотемпературной плазмы простого газа, состоящей из трех компонентов: атомов, ионов и электронов. На тех же основаниях полученные выражения для тринарной смеси применимы к плазме с трудноионизуемым четвертым компонентом. Выведены термодифузионные отношения тринарной смеси, особенностью которых является электронная составляющая, не влияющая на диффузионные потоки атомов и ионов. Показано, что в сильноионизованной дуговой плазме Не с развитой диффузией и ионизационной неравновесностью термодиффузия несущественна. Отмечено, что при нарушении термодинамического равновесия диффузионные коэффициенты могут не изменяться или уменьшаться в пределах двойки.

Работа посвящена разработке подходов для расширения способа расчета свойств жидкого натрия в области перегрева и при высоких температурах. Расширение выполнено с использованием гипотезы о линейности изохор и интерполяции свойств натрия на линии насыщения с помощью теории критических показателей. С использованием доработанных методик вычислено положение спинодали и приведено выражение для оценки ее положения. Проведено сравнение с доступными литературными данными. Получено удовлетворительное согласие.

Соотношения модели двухфазной локально-равновесной области применены для вычисления температурных зависимостей теплоемкостей и коэффициентов теплового линейного расширения триады палладия (Ru, Rh, Pd) и триады платины (Os, Ir, Pt) при наличии (отсутствии) агрегатного перехода в исследуемом интервале температур. В отличие от используемых в научной литературе аппроксимационных функций в отдельных температурных интервалах (с использованием, в частности, функции Эйнштейна) предлагаемые формулы отличаются простотой, универсальностью и адекватно описывают экспериментальные данные в диапазоне температур от 0 К до высоких температур. Они могут использоваться при создании компьютерных программ для расчета указанных характеристик различных твердых веществ, например, при разработке технологий рационального использования благородных металлов.

Изучено влияние пористости и давления на параметры уравнения состояния пористого материала. В модели учитывается наличие газа в порах. Единообразно (в форме уравнения Ми–Грюнайзена с коэффициентом Грюнайзена, зависящим от плотности) представлены уравнения состояния смеси и составляющих как твердой, так и газообразной. Для описания коэффициента Грюнайзена используется логарифмическая зависимость от плотности. Проведены численные расчеты ударно-волнового нагружения и изоэнтропической разгрузки образцов меди различной пористости. Показано, что параметры уравнения состояния, полученные при нормальных условиях, адекватно описывают поведение вещества как при нагружении, так и при разгрузке.

В работе проведено исследование коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости углепластика с различным армированием методами стационарного теплового потока и дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией. Установлены значения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости и их зависимости от температуры в диапазоне температур от –20°С до 100°С. Диапазоны изменения коэффициентов теплопроводности составили от 0.400 до 0.515 Вт/(м К), а удельного коэффициента теплоемкости от 923 до 984 Дж/(кг К). Полученные результаты могут быть использованы для расчета и проектирования систем и установок с использованием полимерных композитных материалов как конструкционного материала, а также для расчета параметров технологического процесса производства этих материалов.

Разработаны математически модельные представления температурного эффекта в областях с термоизолированной движущейся границей. Сформулированы граничные условия теплоизоляции движущейся границы как для локально равновесных процессов теплопереноса в рамках классической феноменологии Фурье, так и для более сложных локально-неравновесных процессов в рамках феноменологии Максвелла–Каттанео–Лыкова–Вернотта, учитывающих конечную скорость распространения теплоты. Рассмотрена прикладная задача теплопроводности и теории теплового удара для области с движущейся термоизолированной границей, свободной от внешних и внутренних воздействий. Получено точное аналитическое решение сформулированных математических моделей для уравнений гиперболического типа. Использованы методы и теоремы операционного исчисления, контурные интегралы Римана–Меллина при вычислении оригиналов сложных изображений с двумя точками ветвления. Предложен математический аппарат эквивалентности функциональных конструкций для оригиналов полученных операционных решений. Показано, что наличие термоизолированной движущейся границы приводит к появлению в области градиента температуры и, следовательно, к появлению в области температурного поля и соответствующих ему термоупругих напряжений, имеющих волновой характер. Приведен численный эксперимент и показана возможность перехода от одной формы аналитического решения температурной задачи к другой эквивалентной форме. Описанный эффект проявляется как для уравнений параболического типа на основе классической феноменологии Фурье, так и для уравнений гиперболического типа на основе обобщенной феноменологии Максвелла–Каттанео–Лыкова–Вернотта.

В изучении теплообмена при конденсации впервые совмещены возможности визуализации течения и градиентной теплометрии. Измерена местная плотность теплового потока при капельно-ручейковой конденсации водяного пара на поверхности вертикальной пластины. В режиме капельно-ручейковой конденсации средняя плотность существенно нестационарного теплового потока составила 31.2 кВт/м². Показана физическая картина, обеспечивающая пульсации теплового потока. Результаты эксперимента выявили возможности использования градиентной теплометрии как средства мониторинга теплообмена при конденсации.

Рассматривается отклик газовых (воздушных) пузырьков в сферическом кластере на повышение давления окружающей жидкости (воды). Наблюдение проводится лишь до тех пор, пока какой-либо пузырек кластера не разрушится или не столкнется с другим пузырьком. Исследуется влияние амплитуды повышения давления жидкости, а также положения пузырьков в кластере, взаимодействия между пузырьками. Центры пузырьков кластера располагаются в узлах кубической сетки, один из которых находится в центре кластера. Влияние взаимодействия пузырьков оценивается сравнением с откликом одиночного пузырька. Кластер состоит из 123 пузырьков, давление жидкости ‒ 1 бар. Первоначально пузырьки сферические с радиусом 0.1 мм, радиус кластера ‒ около 3 мм. Применяется дискретная модель, в которой наряду с радиальными колебаниями пузырьков моделируются также их перемещения в жидкости и их малые деформации. Установлено, что максимум давления в пузырьках, достигаемый до разрушения или столкновения каких-либо из них, реализуется при повышении давления жидкости на 10 бар и оказывается примерно в 6500 раз больше их начального давления и примерно в 30 раз больше, чем при отклике одиночного пузырька.

В работе представлены результаты исследования эволюции волнового сигнала при отражении от жесткой стенки с расположенной перед ней парогазовой пузырьковой “завесой” в жидкости, в которой учитывается тепломассоперенос на межфазной поверхности в акустическом приближении. На основе численных расчетов, с помощью метода быстрого преобразования Фурье получены волновые картины для эволюции импульсов давления и проведен анализ влияния различных параметров состояния жидкости с парогазовыми пузырьками на отражение и прохождение акустических волн через “завесу” перед твердой стенкой.

Определены термодинамические характеристики электрохимического процесса в твердооксидном топливном элементе с использованием физической модели, учитывающей внутреннюю конверсию метана. Эти характеристики могут быть полезным инструментом для исследования термодинамических циклов энергетических установок без физического расчета процессов в топливном элементе. В качестве исходных данных при их использовании служат коэффициент нагрузки и удельное поверхностное сопротивление мембранно-электродного узла.

Работа посвящена описанию термодинамических свойств циркония в области высоких давлений. Имеющиеся данные экспериментов по изотермическому и ударному сжатию этого металла обобщены в форме простой модели, которая задает функцию давления от удельного объема и удельной внутренней энергии. Представлены результаты расчетов термодинамических характеристик объемно-центрированной кубической кристаллической фазы и расплава циркония в сравнении с имеющимися экспериментальными данными в изученном диапазоне термодинамических параметров. Полученное уравнение состояния может быть использовано в численном моделировании адиабатических процессов при высокой концентрации энергии.

В эксперименте исследовано поведение молибдена под действием импульсов нагрузки пикосекундной длительности. Методом спектральной интерферометрии в режиме однократного воздействия в пикосекундном диапазоне регистрировалось изменение фазы и амплитуды диагностического импульса, отраженного от свободной поверхности образца. В пленочном образце молибдена субмикронной толщины реализованы напряжения сжатия, достигающие 89 ГПа и сопровождающиеся существенным ростом коэффициента отражения поверхности.

Исследуется разделение водонефтяных эмульсий, отличающихся содержанием и соотношением асфальтосмолистых веществ, а также диэлектрическими свойствами при воздействии на них высокочастотным электромагнитным полем. Приводятся результаты экспериментальных исследований, показывающие корреляцию степени разделения фаз от диэлектрических параметров и соотношения содержания в нефтях асфальтенов и смол. Показано, что при воздействии высокочастотным электромагнитным полем на водонефтяные эмульсии степень нагрева и эффективность фазоразделения эмульсии зависят от суммарного содержания асфальтенов и смол, их соотношения, попадания рабочей частоты генератора в область резонансных частот эмульсий.