КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 19-19-00083
НазваниеФундаментальные исследования для создания двухжидкостных центробежных массо- и теплообменников
Руководитель Наумов Игорь Владимирович, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-105 - Газо- и гидродинамика технических и природных систем
Ключевые слова Тепломассоперенос в вихревых течениях, вихревая динамика, распад вихря, газо-вихревые биореакторы, центробежные тепловые трубы, массообмен в двухкомпонентных жидкостях, оптические методы диагностики потоков, лазерная доплеровская анемометрия, цифровая трассерная визуализация.
Код ГРНТИ30.17.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на изучение процессов переноса в интенсивно закрученных течениях под воздействием концентрированных вихрей, широко распространённых в природе и технике. Фундаментальная научная проблема, на решение которой направлен проект, связана с созданием условий для эффективного использования огромного потенциала существующих и разработкой новых эффективных центробежных массо- и теплообменников, одновременно реализующих основные свойства вихревого и циркуляционного движения.
Актуальность проекта связана с широким спектром запросов от различных химических, биологических, фармацевтических и множества других производителей вихревых аппаратов для улучшения тепло- и массообменных процессов. Актуальность разработки методов исследования тепломассопереноса в сильно закрученных вихревых течениях диктуется сложностью изучаемого объекта, в большинстве случаев с ярко выраженными нестационарными технологическими режимами. Поэтому изучение режимов работы и обобщение закономерностей одновременного вихревого и циркуляционного движения одно- и двухкомпонентной несмешиваемых жидкостей различной плотности, как в осесимметричных, так и полигональных установках различного масштаба имеет большой как практический, так и фундаментальный интерес, связанный с различными и иногда парадоксальными (скольжение) нелинейными эффектами, регистрируемыми в таких течениях.
Цель проекта: Исследование топологии течения и закономерностей развития неустойчивости и формирования когерентных структур в трехмерных ограниченных и проточных одно- и двухжидкостных вихревых течениях с применением оптико-лазерных методов бесконтактной диагностики и численного моделирования для разработки эффективных центробежных массо- и теплообменииков.
Новизна проекта связана с тем, что практически важная проблема многожидкостных вращающихся течений на сегодняшний день почти не исследована. Не решён основной вопрос о воздействии на вихревое перемешивание спонтанно образующихся когерентных структур – замкнутых зон с явно выраженными противотоками или дробления вихревого ядра на вращающиеся устойчивые мультиплеты. Здесь актуальным представляется не только выявление режимов, на которых происходит образование когерентных структур, но и определение их влияния на процессы переноса, особенно для биоструктур, чувствительных к механическому воздействию. Другая новая задача наших исследований связана с изучением возможности интенсификации тепло- и массопереноса в двух- и трехфазных вихревых течениях за счет введения двойной вихрегенерации и одновременной циркуляции вихревого течения.
Определенной новизной проекта станет создание условий и исследование закономерностей образования, развития и разрушения когерентных структур в зонах взаимодействия двух или трех закрученных потоков жидкостей различной плотности. В работе будет учтено как влияние на поток размерных параметров вихревых реакторов, так и индивидуальные свойства несмешиваемых модельных жидкостей, и их объемное соотношение. Ожидаемые здесь результаты приведут к открытию новых равновесных топологий, условий их устойчивости с оценкой влияния на интенсификацию перемешивания, что несомненно приведет к эффективному использованию огромного потенциала центробежных тепло- и массообменников и их применению в химических, биологических и энергетических технологиях.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Наумов И.В., Шарифуллин Б.Р,, Штерн В.Н.
Flow at the interface of two rotating fluids
Journal of Physics: Conference Series, vol. 1382. p. 012026 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1382/1/012026
2. Наумов И.В., Кашкарова М.В., Миккельсен Р.Ф. Окулов В.Л. Структура ограниченного закрученного течения при различных фазовых граничных условиях на неподвижном торце цилиндра Теплофизика и аэромеханика (год публикации - 2020)
3. Каррион Л., Наумов И.В., Шарифуллин Б.Р., Еррада М.А., Штерн В.Н. A mechanism of vortex-breakdown disappearance in a confined flow Journal of Engineering Thermophysics, vol.29, no. 1. (год публикации - 2020)
4. Наумов И.В., Цой М.А. Laser diagnostics of the instability onset in the confined vortex flows Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2020)
5.
Штерн В.Н.
Mechanism of counterflows and circulation cells in swirling flows
Journal of Physics: Conference Series, vol.1382, p.012041 (год публикации - 2019)
10.1088/1742-6596/1382/1/012041
Публикации
1.
Наумов И.В., Шарифуллин Б.Р., Штерн В.Н.
Vortex breakdown in the lower fluid of a two-fluid swirling flow
Physics of Fluids, Vol. 32(1), 014101 (год публикации - 2020)
10.1063/1.5132584
2.
Наумов И.В., Шарифуллин Б.Р., Цой М.А., Штерн В.Н.
Dual vortex breakdown in a two-fluid confined flow
Physics of Fluids, 32, 061706 (год публикации - 2020)
10.1063/5.0012156
3.
Каррион Л., Наумов И.В., Шарифуллин Б.Р., Эррада М.А., Штерн В.Н.
Formation of dual vortex breakdown in a two-fluid confined flow
Physics of Fluids, 32, 104107 (год публикации - 2020)
10.1063/5.0026921
4.
Наумов И.В., Шарифуллин Б.Р., Кравцова А.Ю., Штерн В.Н.
Velocity jumps and the Moffatt eddy in two-fluid swirling flows
Experimental Thermal and Fluid Science, Vol.116, 110116 (год публикации - 2020)
10.1016/j.expthermflusci.2020.110116
5. Наумов И.В., Чаплина Т.О., Степанова Е.В. Исследование влияния индуктора вихревого течения на форму границы раздела двух несмешивающихся жидкостей Процессы в геосредах, N. 1(23). С.599-610. (год публикации - 2020)
6. Наумов И.В. Самоорганизующиеся вихревые структуры в замкнутых реакторах: формирование, управление и диагностика ФИЗИЧЕСКОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ГЕОСРЕДАХ Шестая международная научная конференция-школа молодых ученых, с. 163-165 (год публикации - 2020)
7.
Шарифуллин Б.Р., Наумов И.В., Кравцова А.Ю., Штерн В.Н.
Jump of azimuthal velocity in a creeping two-fluid swirling flow
Journal of Physics Conf. Series, Vol.1677, p.012077. (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1677/1/012077
Публикации
1.
Наумов И.В., Шарифуллин Б.Р., Штерн В.Н.
Control of vortex breakdown in confined two-fluid flows
Journal of Physics Conf. Series, Vol.1675, p.012015. (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1675/1/012015
2.
Скрипкин С.Г., Цой М.А., Наумов И.В.
Tracer visualization of the vortex breakdown patterns in a confined and unconfined flows
Journal of Physics Conf. Series, Vol.1675, p.012019. (год публикации - 2020)
10.1088/1742-6596/1675/1/012019
3.
Скрипкин С.Г., Цой М.А., Наумов И.В.
Visualization the different type of vortex breakdown in conical pipe flow with high cone angle
Journal of Visualization and Image Processing, Vol 28(2), pp. 43-53. (год публикации - 2021)
10.1615/JFlowVisImageProc.2021034694
4.
Штерн В.Н., Наумов И.В.
Swirl-decay mechanism generating counterflows and cells in vortex motion
Journal of Engineering Thermophysics, Vol. 30, No.1. p. 19-39. (год публикации - 2021)
10.1134/S181023282101001X
5.
Каррион Л., Эррада М.А., Штерн В.Н.
Formation of multiple vortices in a confined two-fluid swirling flow
Journal of Engineering Thermophysics, Vol. 30, No.4. p. 1-10. (год публикации - 2021)
10.1134/S1810232821040019
6.
Наумов И.В., Скрипкин С.Г., Штерн В.Н.
Counter flow slip in a two-fluid whirlpool
Physics of Fluids, Vol. 33, Iss.6, Article Number 061705. (год публикации - 2021)
10.1063/5.0055355
7.
Наумов И.В., Штерн В.Н.
Двухэтажное торнадо
Природа, N 4. C.12-19. (год публикации - 2021)
10.7868/S0032874X21040025