close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Экспериментальное исследование температуры и скорости парогазовой смеси за испаряющимися каплями жидкости при их движении через высокотемпературные газы

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Войтков Иван Сергеевич
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
И СКОРОСТИ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ ЗА ИСПАРЯЮЩИМИСЯ
КАПЛЯМИ ЖИДКОСТИ ПРИ ИХ ДВИЖЕНИИ ЧЕРЕЗ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ГАЗЫ
01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
Томск – 2018
Работа выполнена в федеральном государственном автономном
образовательном учреждении высшего образования «Национальный
исследовательский Томский политехнический университет».
Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор
Стрижак Павел Александрович
Официальные оппоненты:
Дулин Владимир Михайлович, доктор физико-математических наук,
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт
теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской
академии наук, лаборатория физических основ энергетических технологий,
старший научный сотрудник
Афанасьев Валерий Никанорович, доктор технических наук, профессор,
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»,
кафедра Э-6 «Теплофизика», профессор
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский
государственный технический университет»
Защита состоится 21 декабря 2018 года в 16 часов 30 минут на заседании
диссертационного совета Д 212.267.13, созданного на базе федерального
государственного автономного образовательного учреждения высшего
образования «Национальный исследовательский Томский государственный
университет», по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 36 (корпус № 10 (НИИ
ПММ), аудитория 239).
С
диссертацией
можно
ознакомиться
в
Научной
библиотеке
и на официальном сайте федерального государственного автономного
образовательного учреждения высшего образования «Национальный
исследовательский Томский государственный университет» www.tsu.ru.
Материалы по защите диссертации размещены на официальном сайте ТГУ:
http://www.ams.tsu.ru/TSU/QualificationDep/cosearchers.nsf/newpublicationn/VoytkovIS21122018.html
Автореферат разослан «____» октября 2018 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат физико-математических наук
Пикущак
Елизавета Владимировна
3
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Газопарокапельные технологии в последние годы
находят все большую область применения (скрубберы, ректификационные
колонны, генераторы газопаровых теплоносителей, контактные теплообменники, камеры термической и огневой очистки воды от нерегламентированных примесей, системы пожаротушения и др.). Широкое распространение
таких технологий объясняется относительной простотой конструкций основных блоков и агрегатов, малыми расходами металла, высокой интенсивностью теплообмена. В зависимости от специфики технологий преследуются
различные цели смешения газовых и капельных потоков. В некоторых случаях необходимо увеличить вклад конвективного теплообмена (контактные
теплообменники), в других – процесса парообразования (камеры термической очистки воды, генераторы газопаровых теплоносителей, системы пожаротушения).
Можно отметить научные коллективы и исследователей, сделавших значительный вклад в изучение тепломассобменных процессов при смешении
капельных и газовых потоков: Бухаркин Е.Н., Закревский В.А., Никитин
М.Н., Щелоков А.И., Пажи Д.Г., Седов Л.И., Петров И.И., Баратов А.Н., Галустов В.С., Соснин Ю.П., Аронов И.З., Касаткин А.Г., Созонов Н.А., Веселов Ю.С., Авдеев А. А., Назаров А.Д., Елистратов С.Л., Кузнецов В.В., Накоряков В.Е., Алексеенко С.В., Маркович Д.М., Дулин В.М., Куйбин П.А., Терехов В.И., Пахомов М.А., Xiangyang Zh., Renksizbulut M., Yuen M.C., Shanthanu S., Zeng Y., Lee C. F., Khalid A., Kim A.V., Lemoine F., Brubach Jan., Allison S.W. и др.
Главными причинами, сдерживающими развитие высокотемпературных
(более 500 К) газопарокапельных технологий, являются недостаточные знания о сложных взаимосвязанных теплообменных процессах и эндотермических фазовых превращениях, протекающих при движении капель и паров
воды в нагретых до высоких температур газовых потоках. Важным условием
эффективной работы газопарокапельных технологий является обеспечение
высоких скоростей прогрева и полного испарения капель воды в объеме контактных камер. Обеспечить такие условия весьма сложно, так как контактные
камеры имеют большие температурные градиенты и ограниченные геометрические размеры. Как правило, по этим причинам капли очищаемых жидкостей не успевают испариться полностью в течение одного цикла обработки
аэрозольного потока. Происходит повторная подача последнего. Как следствие, коэффициент полезного действия соответствующих установок, блоков
и агрегатов существенно снижается.
Для исследования теплообменных процессов и эндотермических фазовых
превращений целесообразно использовать комбинированные методики контактной и бесконтактной регистрации основных параметров. При проведении
экспериментов с использованием контактных средств измерений можно
установить диапазоны снижения температуры продуктов сгорания, определить времена сохранения пониженной температуры парогазовой смеси в сле-
4
де капель относительно начальной высокой температуры газов. Такой подход
требует применения большого числа термопар для одновременной регистрации температуры в разных сечениях аэрозольного потока. Чем больше термопар помещается в поток, тем существеннее его возмущение. Этот фактор
сдерживает решение поставленной задачи в полной мере с применением
лишь контактных средств измерений. Поэтому необходимо создание нового
подхода к изучению процессов тепло- и массобмена в газопарокапельных
смесях с использованием бесконтактных методов.
В последние годы широкое применение получили кросскорреляционные
измерительные системы для реализации оптических методов регистрации,
например, «Particle Image Velocimetry» (PIV), «Shadow Photography» (SP),
«Laser Induced Phosphorescence» (LIP), которые создают условия для исследования выделенных выше высокотемпературных тепломассообменных процессов и фазовых превращений. Возрастающее количество статей в мировой
периодической литературе, посвящённых применению оптических методов,
говорит о высоком уровне заинтересованности и методической значимости
этих способов регистрации. Появление термографических люминофоров позволило существенно упростить измерения температуры газов, повысить точность и быстродействие таких измерений. Целесообразно выполнить сравнительный анализ результатов регистрации основных параметров типичных
высокотемпературных газопарокапельных систем, полученных с помощью
контактных методов (в первую очередь, термопарных измерений, так как они
являются самыми распространёнными на реальных производствах), с результатами использования оптических методов. Такое сравнение позволит разработать методики достоверного прогнозирования температур по данным, полученным при использовании контактных средств измерений.
Цель диссертационной работы – экспериментальное определение численных значений основных параметров температурных и аэродинамических
следов одиночных капель, их малых групп, жидкостного аэрозоля при движении через высокотемпературные газы (воздух, продукты сгорания, их
смесь).
Следует выполнить сравнительный анализ характеристик тепломассообменных процессов и фазовых превращений по результатам измерений бесконтактными и контактными методами.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработка экспериментальных методик, планирование и проведение
исследований с совместным применением бесконтактных и контактных
средств измерений температуры и скорости парогазовой смеси в следе одиночных капель, их малых групп, жидкостного аэрозоля при движении через
высокотемпературные газы в условиях интенсивных фазовых превращений.
2. Установление закономерностей процессов снижения температуры и
скорости парогазовой смеси в следе капель жидкости, определение влияния
схемы расположения капель на процессы формирования существенно неод-
5
нородных полей температуры и скорости парогазовой смеси, а также вклада
группы процессов (фазовые превращения, конвективный теплообмен и др.).
3. Определение перепада температуры по основным координатным
направлениям в парогазовой смеси вследствие впрыска распыленного капельного потока и ввода одиночных капель, времен сохранения пониженных
(относительно начальных) температур продуктов сгорания в следе аэрозольного потока, отдельных капель и малой группы последних (при варьировании
схемы их расположения в потоке относительно друг друга).
4. Установление численных значений основных параметров исследованных процессов (начальная температура и скорость движения газов и капель, размеры и концентрация последних в аэрозоле и др.), оказывающих
значимое влияние на температурный и аэродинамический следы, времена
сохранения пониженных температур и скоростей в этой области, а также на
скорости прогрева капель и фазовых превращений.
5. Анализ влияния компонентного состава и структуры капельного
аэрозоля (на примере типичных растворов, суспензий, эмульсий) на значения
температур и времена существования следов с пониженной (относительно
начальной) температурой.
6. Разработка рекомендаций по использованию полученных в экспериментах результатов для повышения эффективности работы теплоэнергетического оборудования (экономайзеров ТЭС, элементов систем высокотемпературной термической водоподготовки, контактных теплообменников, генераторов газопарокапельных теплоносителей для размораживания сыпучих веществ, дезинфекции, термовлажностной обработки материалов и др.).
Научная новизна работы. Предложен не имеющий аналогов в мире подход к экспериментальным исследованиям температурных и аэродинамических следов одиночных, малой группы капель и жидкостного аэрозоля при
движении через высокотемпературные газы за счет комбинированного применения контактных и бесконтактных методов измерений. Применены оптические методы «Particle Image Velocimetry» (PIV), «Particle Tracking
Velocimetry» (PTV), «Shadow Photography» (SP), «Laser Induced Phosphorescence» (LIP) на базе кросскорреляционных комплексов и импульсных лазеров, высокоскоростные видеокамеры и специализированное программное
обеспечение «Tema Automotive» для слежения за динамическими объектами
(перемещающимися каплями с учетом существенной трансформации их поверхности, а также расположения относительно друг друга в аэрозоле). Созданы экспериментальные стенды для проведения исследований с использованием панорамных оптических методов и малоинерционных термопар. Проведены эксперименты по исследованию температурных следов интенсивно
испаряющихся капель жидкостей с начальными размерами от 0.5 мм до 3 мм
и аэрозоля с размерами капель от 50 мкм до 350 мкм при движении через
высокотемпературные (более 500 К) газы. Установлено влияние состава капельного аэрозоля (на примере растворов, суспензий, эмульсий) на значения
температур и времена существования следов с пониженной температурой
6
относительно начальной степени нагрева. Определены основные факторы,
оказывающие значимое влияние на температурные и аэродинамические следы испаряющихся капель. Получены аппроксимационные выражения для
установленных в диссертации зависимостей с целью учета последних при
математическом моделировании.
Практическая значимость работы. Полученные экспериментальные результаты являются основой для разработки новых технических решений, а
также совершенствования существующих технологий нагрева и охлаждения
капель жидкости в теплотехнических системах. Их можно использовать при
совершенствовании технологий высокотемпературной очистки воды, а также
создании газопарокапельных теплоносителей на основе уходящих дымовых
газов и пароводяных смесей. Сформулированные заключения могут быть
использованы при выборе эффективных параметров распыления воды (для
максимально полного испарения капель, движущихся на определенном расстоянии относительно друг друга) в ряде теплотехнических приложений,
например, размораживание сыпучих сред газопарожидкостными высокотемпературными потоками, очистка поверхностей котельного оборудования газопарокапельными смесями, пожаротушение и др. В области пожаротушения
и выпаривания примесей диссертантом подготовлены заявки на изобретения
новых способов эффективного распыления воды.
Степень достоверности результатов проведенных исследований. Достоверность полученных в ходе экспериментальных исследований результатов подтверждается оценками систематических и случайных погрешностей
результатов измерений, удовлетворительной повторяемостью опытов при
идентичных начальных значениях основных параметров, использованием
современных высокоточных оптических методов и программно-аппаратных
кросскорреляционных комплексов, а также сравнением с теоретическими
заключениями других авторов.
Связь работы с научными программами и грантами. Диссертационные исследования выполнены в рамках реализации Программы повышения
конкурентоспособности Национального исследовательского Томского политехнического университета (проект ВИУ–ИШФВП–184/2018). Тематика исследований соответствует приоритетным направлениям развития науки в
Российской Федерации (указ Президента РФ № 899 от 7 июня 2011 г.):
«Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика», «Безопасность и противодействие терроризму», а также находится в сфере критических технологий федерального уровня, получивших высокий рейтинг по показателям состояния и перспективам развития («Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования
энергии», «Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»). Эксперименты с комбинированием методик контактной и бесконтактной регистрации основных параметров исследованных тепломассообменных процессов и фазовых превращений
7
выполнены при финансовой поддержке грантов Президента РФ МД–
1221.2017.8, РФФИ 14–08–00057, РНФ 14–39–00003 и РНФ 18–19–00056.
Научные положения, результаты и выводы, выносимые на защиту:
1. Разработан новый подход к экспериментальному изучению характеристик
и условий формирования температурных и аэродинамических следов
одиночных капель, их малой группы и жидкостного аэрозоля в процессе
интенсивных фазовых превращений при движении через высокотемпературные газы с комбинированным использованием бесконтактных и контактных методов регистрации.
2. Установлено значительное снижение температуры в следе капель воды за
счет конвективного теплообмена и интенсивного парообразования. Показано, что роль процесса испарения при формировании температурного
следа капель воды существенна вне зависимости от схемы их расположения. Температура в следе капли воды значительно ниже (на 30–40%), чем
в опытах с твердыми неиспаряющимися частицами.
3. Установлено влияние первой капли на условия испарения второй, которое
заключается в том, что времена полного испарения первой и каждой последующей капель отличаются более чем на 30 %. В экспериментах зарегистрирован синергетический характер снижения температуры в следе
каждой из впереди идущих капель (выполнена соответствующая регистрация для 2–5 капель при разных схемах расположения относительно
друг друга).
4. Нестационарность изменения температуры парогазовой смеси в следе
группы испаряющихся капель (как элементов аэрозольного облака) становится заметной либо при высоких температурах натекающего потока воздуха, либо при удалении капель между собой на расстоянии более (10–
12)Rd. Если капли расположены ближе, то все капли, кроме первой, испаряются очень медленно. Рост начальной температуры газов приводит к
нелинейному увеличению времен существования низкотемпературных
следов капельных аэрозолей.
5. Длительность импульса впрыска аэрозоля оказывает несущественное влияние на времена сохранения пониженных температур парогазовой смеси.
Так, например, увеличение длительности импульса в 5 раз влечет за собой
рост времени сохранения пониженных (относительно начальных) температур продуктов сгорания в следе капельного потока менее чем в 2 раза.
Этот результат иллюстрирует целесообразность распределенной во времени и пространстве подачи жидкостных аэрозолей для повышения скоростей прогрева капель и полноты их испарения.
Личный вклад автора состоит в постановке и планировании экспериментальных исследований, разработке методик, создании стендов, проведении экспериментов, обработке результатов, оценке систематических и случайных погрешностей, анализе и обобщении полученных результатов, разработке рекомендаций практического использования результатов, формулировке защищаемых положений и выводов.
8
Апробация работы. Основные положения, результаты диссертационных
исследований и заключения докладывались и обсуждались на следующих
научных мероприятиях: IV–VI Международные форумы «Интеллектуальные
энергосистемы», г. Томск, 2015–2018 г.; XII Всероссийская конференция
«Новые технологии в газовой промышленности», г. Москва, 2017 г.; XX, XXI
Международные научные симпозиумы имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр», г. Томск, 2016–2017 гг.; Международная конференция «Современные проблемы теплофизики и энергетики», г.
Москва, 2017 г.; VIII Научно-практическая конференция молодых ученых и
специалистов ООО «Газпром трансгаз Томск», г. Томск, 2017 г.; X Всероссийская научная конференция «Творчество юных – шаг в успешное
будущее» имени профессора М.К. Коровина, г. Томск, 2017 г.; Международная научная конференция «Нефть и газ – 2018», г. Москва, 2018 г.; XXXIV
Сибирский теплофизический семинар, г. Новосибирск, 2018 г.; XV Всероссийская школа-конференция «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», г. Новосибирск, 2018 г.; VII Российская национальная конференция по теплообмену «РНКТ-7», г. Москва, 2018 г.; III Всероссийская конференция «Теплофизика и физическая гидродинамика –
2018», г. Ялта, 2018 г.
Публикации. Результаты диссертационных исследований опубликованы
в 25 работах, в том числе 14 статей в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные
научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук,
на соискание ученой степени доктора наук (из них 7 статей в зарубежных научных журналах, входящих в Web of Science или Scopus, в том числе статьи в высокорейтинговых журналах «International Journal of Heat Mass Transfer» (импактфактор 3.5), «Experimental Thermal and Fluid Science» (импакт-фактор 3,2; Q 1),
«International Journal of Multiphase Flow» (импакт-фактор 2.5; Q 1), 3 статьи в
российских научных журналах, переводные версии которых входят в Web of
Science, 1 статья в российском научном журнале, входящем в Chemical Abstracts),
7 статей в научных изданиях, входящих в Web of Science и / или Scopus, 3 публикации в сборниках материалов международных научных конференций; получен
1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на
178 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков и 5 таблиц.
Библиография включает 161 наименование.
Краткое содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,
сформулированы цель и задачи исследований, отражены практическая значимость, научная новизна полученных результатов, личный вклад автора,
защищаемые положения, краткое содержание глав диссертации.
Первая глава отражает современное состояние теоретических и экспериментальных исследований процессов взаимодействия капель жидкостей,
9
растворов, суспензий и эмульсий с высокотемпературными газами. Рассмотрены использованные ранее методы экспериментальных и теоретических
исследований. Проанализированы современные представления, полученные с
применением известных моделей и экспериментальных методик. Обоснованы причины отсутствия до настоящего времени результатов экспериментального определения влияния начальных параметров жидкостей (температура,
размеры и скорость движения капель, концентрации и свойства примесей и
др.) на температуру и скорости парогазовой смеси в следе капель и аэрозоля,
времени существования низкотемпературной области при движении в газовых средах в условиях интенсивных фазовых превращений. Показана необходимость применения комбинированных (контактных и бесконтактных)
методик при изучении тепломассообменных процессов и фазовых превращений в малой окрестности капель жидкостей.
Во второй главе приведено описание разработанных автором диссертации экспериментальных методик исследований и стендов. Представлены используемые при выполнении исследований и обработке полученных результатов панорамные оптические методы (в том числе цифровой трассерной
визуализации), а также методы оценки погрешностей результатов измерений.
При проведении экспериментов применялись вода, керосин, бензин, ацетон,
этиловый спирт. Также использовались различные смесевые (суспензии,
эмульсии, растворы) составы на основе воды. Керосин и этиловый спирт
применялись в экспериментах для генерации потока высокотемпературных
продуктов сгорания (в соответствии с рабочими температурами энергоустановок). При экспериментальном анализе процессов испарения распыленных
потоков, а также для определения размеров элементов (капель и струй) жидкостного аэрозоля и регистрации температуры продуктов сгорания после
впрыска аэрозоля использовалась вода со специальными включениями –
трассерами, представляющими примесь (0.5 % по массе) нанопорошка диоксида титана. Для исследования влияния примесей в воде на формирование
паровых следов применялись солевые растворы, составы с ПАВ, бентонитом,
бишофитом. Относительная массовая доля примесей в воде составляла γ=0–
10 % (в соответствии с перспективными газопарокапельными теплотехническими приложениями).
Регистрация температуры парогазовой смеси и продуктов сгорания осуществлялась с помощью высокоскоростной платы аналогового ввода (шаг
опроса термопар по времени составлял 0.1 с) и хромель-алюмелевых (диапазон измеряемых температур 223–1473 К, погрешность ± 3 К) малоинерционных (время теплового запаздывания менее 0.1 с) термопар.
Экспериментальные стенды разделены на две группы: для работы с аэрозолем (рис. 1); одиночными или малой группой капель (рис. 2). Для генерации потока распыленной воды применялась система, состоящая из емкости
(жидкость находилась под давлением 100–300 кПа в зависимости от условий
проведения эксперимента), канала подачи и набора форсунок. Использовались три типа распылительных форсунок, генерирующих различные по дис-
10
персности капельные потоки: Rd=0.1–0.35 мм, Rd=0.06–0.21 мм, Rd=0.01–0.12
мм. Начальные скорости движения капельного потока в проведенных экспериментах варьировались в диапазоне 1–3 м/с. Объемная концентрация капель
в потоке (γd) при проведении экспериментов варьировалась в диапазоне (3.8–
10.3)·10-5 м3 капель/м3 газа.
Определение начальных скоростей движения (Ud) капельного потока (после впрыска) проводилось методом PIV. Регистрировались видеограммы капельного потока на входе и выходе цилиндра (рис.1, а). Контроль движения
отдельных капель потока с целью изучения особенностей их сближения или
удаления относительно соседних выполнялся с применением метода PTV.
Для определения начальных размеров капель воды в распыленном потоке
использовался метод SP. Регистрация параметров капельного потока осуществлялась в двух характерных сечениях: на входе и выходе цилиндра
(рис.1, а). Стенд оснащался диффузными экранами 11, которые соединялись
с лазером 9 оптическими световодами 10. Процедуры измерения скоростей
Ud и размеров Rd проводились одновременно. Полученные изображения обрабатывались при выполнении нескольких последовательных процедур. Результатом обработки серии изображений являлись гистограммы с распределением размеров капель в распыленном потоке.
15
10
15
4
9
5
6
16
12
1
8
14
14
5
11
7
6
13
2
12
1
13
3
а
б
Рис. 1 – Схема стенда №1: (а) с использованием контактных средств регистрации (малоинерционных термопар), (б) с применением бесконтактных
оптических методов (PIV, PTV, SP, LIP): 1 – видеокамера; 2 – оптический
светофильтр; 3 –разделитель лучей; 4, 9 – лазеры; 5 – лазерная оптика; 6 –
лазерный нож; 7 – ССD камера; 8 – делитель; 10 – световод; 11 – диффузионный экран; 12 – кварцевый цилиндр; 13 – горелка; 14 – малоинерционная
термопара; 15 – форсунка; 16 – инерционная термопара
11
1
8
6
12
9
9
При
проведе7
нии исследований
2
с одиночными кап14
лями использовал4
ся стенд, схема
10
13
2
которого приведе11
12
на на рис. 2. Гене3
Разогретый
рация капель вывоздух
а
б
полнялась
элекРис. 2 – Схема стенда №2: (а) с использованием высотронным однокакоскоростной камеры, (б) оптических методов (PIV,
нальным
дозатоPTV, SP, LIP): 1 – высокоскоростная камера; 2 – камером
«Finnpipette
ра; 3 – разделитель лучей; 4 – оптический светоNovus»
(минифильтр;
5 – лазер; 6 – лазерная оптика; 7 – лазерный
мальный и максинож;
8
–
кварцевый цилиндр; 9 – механизированный
мальный забираепривод; 10 – нагреватель; 11 – нагревательный элемые объемы 10 мкл
мент; 12 –капля воды; 13 – держатель; 14 – малоинери 100 мкл соответционная термопара
ственно, шаг варьирования 0.1 мкл).
Для определения температуры в следе капель воды при их обтекании потоком воздуха (рис. 2, а) разработана следующая методика. Капли с известным начальным радиусом Rd помещались на нихромовые проволочки, закрепленные на координатном механизме. С применением последнего капли
(также твердые частицы идентичных размеров) вводились в цилиндр с разогретым воздухом через боковое технологическое отверстие в цилиндре. На
этом же координатном механизме выполнены крепления малоинерционной
термопары. Регистрировалась температура воздуха до ввода капель воды и в
следе капель, т.е. за ними на заданном расстоянии l. Это расстояние изменялось от 2 мм до 8 мм (в соответствии с начальными размерами капель).
Дополнительно для определения температурных распределений парогазового и воздушного потоков создан стенд (рис. 2, б), работа которого основана
на методе LIP. Последний относится к классу методов лазерной термографии
для диагностики температуры газовых сред. Он основан на регистрации температурной эмиссии частиц фосфора, возбуждаемой лазерным излучением с
длиной волны 355 нм. Для подсветки потока в экспериментах использовался
импульсный лазер «Quantel Q-smart 450», работающий на третьей гармонике
(длина волны 355 нм, частота повторения 10 Гц, энергия в импульсе 130
мДж). В качестве трассеров для засева потока применялись специализированные фосфорисцирующие частицы порошка BaMgAl10O17:Eu (BAM:Eu), их
размеры составляли 6–8 мкм.
При регистрации температуры воздушного потока использовалась система, состоящая из двух камер «Imager M-lite 2M» (разрешение кадра
19201280 пикселей, частота съемки до 1000 кадров в секунду, разрядность
5
12
12 бит) и блока «Beam Splitter», оснащенного дихроичным зеркалом. Использовались объективы «Sigma DG 105 мм f/2.8 EX Macro», которые снабжались
двумя интерференционными фильтрами: 420–30 нм, 466–40 нм. Использование разночастотных светофильтров позволяло отслеживать сдвиг спектров
эмиссии частиц BAM:Eu при изменении их температуры. Для оптической
калибровки измерительной схемы (коррекции и сведения изображений с двух
видеокамер) использовалась плоская калибровочная мишень с компланарным
расположением маркеров (расстояние между маркерами 5 мм, диаметр маркера 2 мм). Для обработки полученных экспериментальных изображений
потока и восстановления полей температуры и скорости использовалось программное обеспечение «DaVis» и «Actual Flow».
Эксперименты с применением метода LIP (рис. 2, б) выполнялись в два
этапа. На первом осуществлялась температурная калибровка системы (в отсутствии в регистрационной области капли воды), на втором – регистрация
температурных полей в окрестностях испаряющейся капли. Применение панорамных методов PIV, PTV, SP и LIP позволило провести регистрацию неоднородных полей скорости и температуры газового потока при обтекании
капель воды (рис. 3).
В разные моменты времени
(8, 23, 35 с)
установлены
характерные
протяженности
(длина) следов
испаряющихся
капель: по температуре ltt, по
скорости
lvt.
Хорошо видно
(рис. 3), нелиРис. 3 – Типичные поля температур и скоростей парогазонейное уменьвой смеси вокруг интенсивно испаряющейся капли воды,
шение размеполученные с помощью методов PIV и LIP
ров капель и
соответствующее снижение значений ltt и lvt. Под температурным следом понималась область за каплей, в которой температура ниже температуры натекающего воздушного потока более, чем на величину погрешности ее регистрации (т.е.
стандартного отклонения LIP или систематической погрешности термопары).
Аналогично контролировался аэродинамический след с учетом погрешности
определения скорости методом PIV.
В третьей главе представлены основные результаты выполненных экспериментальных исследований. На рис. 4 приведено типичное поле скорости
движения потока воздуха и смеси последнего с парами воды при обтекании
13
капли воды, закрепленной на нихромовой проволочке. Также на этом рисунке для сравнения показаны температуры в следе твердой не испаряющейся
частицы глины в идентичные моменты времени. Приведены минимальные
значения температуры газов в следе обтекаемого объекта Tg и начальные значения Tg0.
Достаточно хорошо видно (рис. 4), что восстановление температуры до
Tg≈Tg0 в следе капли воды или частицы глины происходит примерно на тех
же расстояниях, что и скорости потока (т.е. Ug≈Ug0). Поэтому актуален вопрос, за счет чего происходит снижение температуры газов в следе обтекаемого тела – капли или частицы (относительно Tg0). Эти газы в экспериментах
с частицами глины представляют воздух, для опытов с каплями воды – смесь
паров воды и воздуха. На рис. 5 показано, что в следе обтекаемого тела (частицы глины или капли воды) устойчиво (во всех экспериментах) происходит
падение температуры относительно температуры набегающего потока воздуха. На рис. 4 эти процессы характеризует уменьшение скорости движения
воздуха
за
каплей,
т.е.
Ug<<Ug0. Установлено, что в
случае капли воды разница Tg
и Tg0 существенно больше, чем
в опытах с частицей глины
(рис. 5). Это может быть обусловлено влиянием эндотермического фазового превращения
(парообразования).
Эксперименты с двумя каплями воды, расположенными
последовательно и параллельно относительно набегающего
Рис. 4 – Поле скорости воздушного потока
газового потока, показали дои его смеси с парами воды при обтекании
вольно значимый эффект их
капли воды с Rd≈1.5 мм и Tg0≈773 К (для
совместного влияния на темсравнения приведены значения температупературу в следе. В частности,
ры смеси паров воды и воздуха при обтена рис. 6 показаны значения
кании капли воды и сферической частицы
ΔTg для этих двух схем распоглины с идентичными радиусами Rd)
ложения капель (при разных
расстояниях между ними h).
Rd0.1 мм
Rd0.8 мм
Rd0.3 мм
Rd1.7 мм
Rd1.3 мм
14
780
40
Tg c
Термопара
Нагретый воздух (Ug, Tg)
c
T g -T g
20
d
10
740
0
730
-10
720
-20
710
-30
700
-40
d
750
c
l, мм
Tgc , Tgd (K)
Капля
воды
30
Tg d
760
Tg -Tg (K)
770
690
680
1
0
10
3
20
30
40
t (с)
50
4
60
-50
2
70
80
-60
Рис. 5 – Изменение во времени температуры в следе капли воды (Tgd) и сферической частицы глины (Tgc) при удалении термопары от обтекаемого тела
на расстояние l≈4 мм и Tg0≈743 К (1, 2, 3, 4 – моменты ввода и вывода обтекаемых тел из набегающего потока)
20
90
1 l =2 мм; T =45.677e
1
На рис. 7
1
18
80
2
l
=4
мм;
T
=45.677e
16
приведены
2
2
14
70
3 l =8 мм;T =69.31e
зарегистри12
3
60
1  2 мм; T =88.04e
10
рованные
50
8
2 4 мм; T =74.775e
поля темпе6
3
40
38 мм; T =55.094e
4
ратуры нате30
2
0
20
кающего га2
3
4
5
6
7
8
2
3
4
5
6
7
8
h (мм)
h (мм)
зового потоа
б
ка, а также
0
Рис.
6
–
Зависимости
ΔT
(при
T
≈473
К)
в
следе
двух каg
g
образующейпель, расположенных параллельно (а) и последовательно
ся парогазо(б) от расстояния между ними
вой смеси в
следе интенсивно испаряющихся капель воды. Полученные поля и соответствующие распределения иллюстрируют синергетический эффект, заключающийся в существенном влиянии каждой (идущей первой) капли на температурное поле вокруг последующих. Например, при расположении капли воды
в следе впереди расположенной капли в потоке разогретого воздуха заметно
интенсивное испарение первой, медленный прогрев и умеренное испарение
последующей (по сравнению с первой). Чем больше капель расположено
друг за другом, тем существеннее разница во временах полного испарения
всех последующих. Соответствующий синергетический эффект обусловлен
тем, что первые испаряющиеся капли создают в своем следе парогазовую
смесь с существенно меньшей температурой, чем газов перед собой. Таким
образом, все последующие капли обтекаются потоком с меньшими темпера-0.361h
g
-0.361h
g
g
Tg (K)
Tg (K)
-0.571h
-0.013h
g
-0.02h
g
-0.11h
g
15
турами. Меньше энергии подводится ко всем последующим каплям, снижаются скорости их прогрева и испарения. К тому же, в парогазовой смеси в
следе существенно растет концентрация водяного пара. Этот процесс ограничивает диффузию паров воды.
В проведенных экспериментах установлено, что
сближение
капель приводит к значимому росту
времени
их
полного исРис. 7 – Неоднородные поля температуры при обтекании
парения (т.е.
одной
и двух капель при Rd≈1.81 мм, Ug≈4.7 м/с, Tg≈573 К
замедлению
фазовых превращений). Особенно заметен данный эффект в опытах с двумя каплями,
расположенными последовательно в газовом потоке. Данная особенность
55
14
обусловлена
суще50
ственным снижением
13
45
температуры в следе
40
12
первой капли (показали
U U
T T
эксперименты) и, как
35
11
l(tt)=13.996e-104U
следствие,
падением
30
скорости
испарения
25
10
второй капли (растет
20
9
l(vt)=5.6051e0.847U
время ее существова15
ния).Тем не менее, вто10
8
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
1
2
3
4
5
рая капля также испаU (м/с)
U (м/с)
ряется. Это приводит к
а
б
тому, что температура
Рис.
8
–
Зависимости
протяженности
аэродинасмеси паров воды и
мического
(а)
и
температурного
(б)
следов
от
воздуха в следе второй
начальной
скорости
потока
разогретого
воздуха
капли меньше, чем в
следе первой (зарегистрирован аккумулятивный эффект). Экспериментально установлено, что
масштабы изменения температуры в следе капель существенно зависят от
скорости движения Ug0. Это, главным образом, обусловлено существенным
изменением размеров регистрируемых следов капель, т.е. областей, в которых скорость движения потока существенно снижется. Показано, что чем
выше скорость набегающего потока, тем больше размеры аэродинамического
следа и тем меньше размеры температурного следа (рис. 8).
0
g
g
0
g
lvt (мм)
l(tt) (мм)
g
g
g
0
g
0
g
16
На рис. 9 приведены основные результаты выполненных экспериментов
по определению времен сохранения пониженной температуры в области, соответствующей облаку капель, а затем и его следу на оси симметрии цилиндра (рис. 1, 2). Координаты точек измерений выбраны на оси симметрии потока для исключения возможных дополнительных погрешностей измерений
температур вследствие краевых эффектов вблизи внутренней поверхности
цилиндра
1
4
2
7
5
8
3
9
6
30
Форсунка
25
 (c)
20
15
10.1<Rd<0.35 мм; Tw280 K
20.1<Rd<0.35 мм; Tw300 K
30.1<Rd<0.35 мм; Tw340 K
40.06<Rd<0.21 мм; Tw280 K
50.06<Rd<0.21 мм; Tw300 K
60.06<Rd<0.21 мм; Tw340 K
10
70.01<Rd<0.12 мм; Tw280 K
Капельный поток
80.01<Rd<0.12 мм; Tw300 K
5
90.01<Rd<0.12 мм; Tw340 K
0
400
Парогазовый поток
500
600
700
Tg (K)
800
900 1000
Рис. 9 – Зависимости времен сохранения пониженной температуры в следе
капельного облака от температуры газов (продуктов сгорания) при разных
размерах Rd и начальных температурах капель воды Tw (Ug≈0.8 м/с; γ≈3.8·10-5
м3 воды /м3 газа)
Зависимости τ(Tg) на рис. 9 иллюстрируют неочевидный эффект, проявляющийся во всех экспериментах, который заключается в том, что рост
начальной температуры газов приводит к существенному увеличению времен
существования низкотемпературных следов капельных аэрозолей. Установленные закономерности (рис. 9), зарегистрированные при разных размерах
капель и их начальных температурах, являются следствием экспоненциальной зависимости скорости испарения воды от температуры. Чем выше температура Tg, тем больше скорость испарения капель воды, идущих в первых
слоях парокапельного облака. В результате с ростом Tg увеличивается и массовый приток низкотемпературных паров воды в след капельного облака.
Размеры следа и время его существования растут.
Рис. 10 отражают влияние длительности импульса подачи воды на время
существования низкотемпературного следа. В целом зависимости времени τ
от длительности импульса и их количества достаточно очевидны. Чем больше timp, тем длительнее сохраняется низкотемпературная область в следе
аэрозоля – выше значения τ. Но результаты выполненных экспериментов дают основания и для другого вывода (гораздо более важного и неочевидного).
17
32
30
24
Tg450 K; =21.003e0.033timp
20
Tg650 K; =23.37e
16
0.0575timp
2
3
timp (с)
4

20
20
Tg450 K;=15.339e0.1137t
15
Tg850 K; =24.388e0.068timp
1
30

25
 (с)

 (с)
 (с)
28
Tg; =13.788e0.1393timp
imp
Tg650 K; =18.61e0.1037t
imp
Tg850 K; =21.69e0.0929t
imp
Tg;=19.631e0.1022timp
10
Tg; =22.494e0.0967timp
10
5
1
2
3
timp (с)
4
5
1
2
3
4
5
timp (с)
а
б
в
Рис. 10 – Зависимости времен сохранения пониженной температуры в следе
капельного облака от времени импульса при разных температурах продуктов
сгорания и размерах капель в потоке (γ≈3.8·10-5 м3 воды/м3 газа; Ug≈0.8 м/с;
Tw≈300 K): а – 0.01<Rd<0.12 мм, б – 0.06<Rd<0.21 мм, в – 0.1<Rd<0.35 мм
Увеличение длительности импульса в 5 раз влечет за собой рост времени
τ менее, чем в два раза. Установленная закономерность также подтверждает
сделанные ранее выводы о физике процессов испарения большой совокупности движущихся через высокотемпературные газы капель воды. Чем больше
размеры такого облака, тем значительнее масса паров воды обтекает идущие
в средней и задней частях массива капли. Соответственно, ввод в высокотемпературный газовый поток даже распыленной воды в большом количестве
неэффективен (нерационален). Ее большая часть проходит, практически не
испаряясь, потому что идущие первыми капли вследствие парообразования
создают низкотемпературный след, и все последующие капли движутся через
область с более низкими температурами газов (смеси продуктов сгорания и
паров воды). Можно сделать заключение о том, что первые капли создают
систему тепловой (паровой) защиты для последующих капель. Соответственно, ввод в высокотемпературный газовый поток даже распыленной воды в
большом количестве неэффективен (нерационален). Ее большая часть проходит, практически не испаряясь, потому что идущие первыми капли вследствие парообразования создают низкотемпературный след, и все последующие капли движутся через область с более низкими температурами газов
(смеси продуктов сгорания и паров воды). Можно сделать заключение о том,
что первые капли создают систему тепловой (паровой) защиты для последующих капель.
На рис. 11 хорошо видны ключевые особенности снижения температуры газов в следе аэрозоля при разных площадях поверхности испарения.
Выполнено варьирование концентрации капель в довольно узком диапазоне
размеров последних. Для вычисления параметров Θ* и S* использованы выражения: Θ*=Tg’/Tg (характеризует отношение минимальной температуры
парогазовой смеси в следе капельного аэрозоля к температуре газов в момент
начала снижения) и S*=Sev/Smas (площадь испарения воды Sev рассчитывалась,
как сумма площадей поверхности капель при их известной концентрации и
18
размерах (0.02–0.35мм); Smas – площадь поверхности занимаемого аэрозолем
объема (0.495·10-3 м2)).
d3.810-5 м3 воды/м3 газа Tg910 K
1.00
Θ*
0.95
0.90

d3.810-5 м3 воды/м3 газа Tg520 K
1
2
3
d3.810-5 м3 воды/м3 газа Tg690 K
d7.310-5 м3 воды/м3 газа Tg910 K
4
0.85
5
 d10.310-5 м3 воды/м3 газа Tg910 K
 d7.310-5 м3 воды/м3 газа Tg520 K
0.80
d10.310-5 м3 воды/м3 газа Tg690 K
7
0.75
d10.310-5 м3 воды/м3 газа Tg520 K
6
9
0.70
0.65
0.003
0.03
0.06
0.09
8
0.12
d7.310-5 м3 воды/м3 газа Tg690 K
0.15
S*
Рис. 11 – Экспериментальные зависимости Θ* от S* для совокупности
капель
Полученные при обобщении экспериментальных данных результаты
в виде зависимостей Θ*=f(S*) (рис. 11) позволяют прогнозировать температуры в следе капель при варьировании концентрации последних в достаточно
широком диапазоне. Важно отметить общие тенденции для разных температур газов, заключающиеся в существенном снижении температуры в следе
при росте площади поверхности испарения воды (соответствует увеличении
Sev).
На рис. 12 приведены изменения температуры парогазовой смеси в следе
капельного потока. Выполнено сравнение результатов трех ранее описанных
средств измерений: двух типов термопар и метода LIP. Результаты экспериментов с применением метода LIP в целом ближе к результатам измерений
температуры малоинерционной термопарой.
LIP
скоростная ТЭП
ТЭП
500
450
450
Tg (К)
Tg (К)
LIP
скоростная ТЭП
ТЭП
500
400
350
350
3с
имп.
300
0
3
400
373 К
6
t (с)
9
12
3с
имп.
300
15
0
3
473 К
6
t (с)
9
12
15
а
б
Рис. 12 – Изменения температуры продуктов сгорания керосина в следе капельного потока во времени при одиночном импульсном (длительность 3с)
впрыске аэрозоля; эксперименты выполнены при разных начальных температурах воздуха: а – Tg≈373 К; б – Tg≈473 К
Температура, зарегистрированная методом LIP в момент ее максимального снижения, меньше (разница достигала 30–40 К), чем установленная по
19
результатам термопарных измерений. Влияние оказывает аккумулирование
тепла в спае термопары. Температуры, зарегистрированные термопарой, оказываются несколько завышенными. Это заключение также косвенно подтверждают зарегистрированные изменения температуры инерционной (тип
K) ТЭП. Падение температуры происходит медленно и монотонно, а ее последующее восстановление достаточно быстро (рис. 12).
Результаты обобщения данных, полученных с применением термопар и
метода LIP в проведенных экспериментах, показали, что времена полного
восстановления температурных полей парогазовой смеси при смешении капельного и газового потоков очень близки. В частности, экспериментальные
значения, установленные при использовании контактных и бесконтактных
средств измерений, хорошо соответствуют друг другу на рис. 12. Но максимальные относительные перепады температуры парогазовой смеси отличаются существенно (в 3–7 раз). Этот результат подчеркивает возможность существенного развития представлений в направлении максимальных (кратковременных пиковых значений) перепадов температуры парогазовой смеси,
которые сложно было зарегистрировать с применением термопар. Такие возможности появляются при применении бесконтактных методов регистрации,
рассмотренных в настоящей работе.
Полученные экспериментальные данные показали, что для использования
потенциала повышения эффективности испарения распылённых потоков воды при нагреве газами в теплообменных установках прямого контакта необходимо выполнять комплексную и адаптивную настройку параметров распыления жидкости.
В диссертационное работе приведены результаты расчета возможной экономии ресурсов при применении распределенной (с учетом установленных
времен восстановления и перепадов температуры, их зависимостей от исследованных параметров) во времени и пространстве схемы подачи аэрозоля в
реальных теплоэнергетических установках. На примере камер термической
очистки воды показано, что можно увеличить полноту испарения жидкости
на 70–80% и при этом сэкономить топливо, используемое для генерации высокотемпературной газовой среды, на 30–40% в год.
В заключении подведены основные итоги диссертационных исследований, а также сформулированы соответствующие выводы.
Основные результаты и выводы
1. Разработан не имеющий аналогов в мире подход к изучению температурных и аэродинамических следов капель, при движении через высокотемпературные газы за счет совместного применения контактных и бесконтактных методов измерения.
2. Показано, что роль процесса испарения при формировании температурного следа капель воды вне зависимости от схемы их расположения существенна. Температура в следе капли воды значительно ниже (на 30–40 %),
чем в опытах с твердыми частицами идентичных размеров. Установлено вли-
20
яние первой капли на условия испарения второй (времена испарения первой
и каждой последующей капель отличаются более чем на 30 %).
3. Температура и скорость движения газов оказывают сопоставимое по
масштабам значительное влияние на времена существования следа капли, а
размеры и концентрация капель в аэрозольном потоке существенно меньшее
влияние. Рост начальной температуры газов приводит к нелинейному увеличению времен существования низкотемпературных следов капельных аэрозолей.
4. Повышение скорости движения потока разогретого воздуха, например, до 5 м/с приводит к существенному росту размеров аэродинамического
следа капель (более чем в 4 раза), но при этом максимальные значения
уменьшения температуры воздуха значительно снижаются (в 2–3 раза).
5. Времена сохранения пониженных температур в следе капли в зависимости от длительности импульса подачи воды отличаются незначительно, в
частности, увеличение длительности импульса в 5 раз влечет за собой рост
времени τ менее, чем в 2 раза.
6. В результате проведенных экспериментов определены диапазоны изменения температур (от 20 до 140 К) в следе капельного потока, а также значения времен сохранения пониженных температур смеси водяных паров и
продуктов сгорания в следе капельного потока (от 3 с до 24 с).
7. Установленные в опытах с аэрозолем зависимости τ=f(timp) показывают, что для поддержания необходимого температурного режима целесообразна импульсная подача воды. При этом время одного импульса следует
выбирать в диапазоне от 1 до 3 с. Это, в свою очередь, позволит существенно
сократить расход воды.
8. Для полного испарения группы последовательно перемещающихся в
потоке высокотемпературных газов капель жидкости необходимо обеспечить
расстояние между ними не менее (10–12)Rd (в зависимости от температуры и
скорости движения газового потока). Связи определяющих характеристик
можно прогнозировать для разных условий впрыска аэрозоля с использованием полученных аппроксимационных выражений и соотношений основных
параметров тепломассобменных процессов и фазовых превращения.
9. Бесконтактные средства регистрации температурных и аэродинамических следов капельных аэрозолей (на основе методов LIP и PIV) иллюстрируют существенные кратковременные отличия относительно результатов
измерений от термопарных. По временам изменений и пиковым (максимальным и минимальным) температурам отличия, как правило, могут составлять
до 60–80 % (в некоторых случаях в несколько раз)
СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных
изданий, в которых должны быть опубликованы основные результаты дис-
21
сертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой
степени доктора наук:
1. Войтков И. С. Определение температуры газов при прохождении через
них водного аэрозоля / И. С. Войтков, Г. В. Кузнецов, П. А. Стрижак // Письма
в журнал технической физики. – 2017. – Т. 43, вып. 6. – С. 48–55. – 0,35 / 0,14 а.л.
в переводной версии журнала, входящей в Web of Science:
Voytkov I. S. Studying gas temperature variation upon aerosol injection /
I. S. Voytkov, G. V. Kuznetsov, P. A. Strizhak // Technical physics letters. – 2017.
– Vol. 43, № 3. – P. 301–304. – DOI: 10.1134/S1063785017030269.
2. Войтков И. С. Исследование интегральных характеристик движения
и разворота капельных потоков воды в продуктах сгорания жидких топлив и
органических горючих жидкостей / И. С. Войтков, О. В. Высокоморная,
Е. А. Москвилин, П. А. Стрижак // Пожарная безопасность. – 2017. – № 2. –
С. 34–40. – 0,63 / 0,21 а.л.
3. Войтков И. С. Влияние пенообразователей на характеристики изменения
температуры продуктов сгорания в следе аэрозольного капельного потока /
И. С. Войтков, Р. С. Волков, И. Р. Хасанов, Е. А. Москвилин, Г. А. Чернова //
Пожарная безопасность. – 2017. – № 2. – С. 27–33. – 0,53 / 0,18 а.л.
4. Антонов Д. В. О возможных перспективах применения эффектов
взрывного дробления капель воды при пожаротушении / Д. В. Антонов,
И. С. Войтков, О. В. Высокоморная, М. В. Пискунов // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. – 2017. – № 2. – С. 45–54. – 0,72 / 0,3 а.л.
5. Войтков И. С. Торможение и разворот капель воды во встречном потоке продуктов сгорания горючих жидкостей / И. С. Войтков, М. В. Забелин,
О. В. Высокоморная, П. А. Стрижак // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2017. – № 4. – С. 27–32. – 0,34 / 0,14 а.л.
в переводной версии журнала, входящей в Web of Science:
Voytkov I. S. Deceleration and Reversal in the Direction of Motion of Water
Droplets in a Counterflow of Combustion Products of Flammable Liquids /
I. S. Voytkov, M. V. Zabelin, O. V. Vysokomornaya, P. A. Strizhak // Chemical
and Petroleum Engineering. – 2017. – Vol. 53, is. 3–4. – P. 248–254. –
DOI: 10.1007/s10556-017-0330-x.
6. Войтков И. С. Экспериментальное исследование температурных следов капель воды, водных массивов и аэрозольных потоков, движущихся через высокотемпературные продукты сгорания / И. С. Войтков, Р. С. Волков,
О. В. Высокоморная, Г. А. Чернова, А. В. Фадеев // Пожаровзрывобезопасность. – 2016. – Т. 25, № 8. – С. 17–26. – 1,05 / 0,36 а.л.
Chemical Abstracts: Voitkov I. S. Experimental study of temperature traces
of water droplets, water flow masses and aerosol flows movinf through hightemperature combustion products / I. S. Voytkov, O. V. Vysokomornaya,
G. A. Chernova, A. V. Fadeev // Пожаровзрывбезопасность. – 2016. – Vol. 25,
№ 8. – P. 17–26.
7. Войтков И. С. Высокотемпературное испарение капель воды в газовой среде / И. С. Войтков, Р. С. Волков, Г. В. Кузнецов, П. А. Стрижак //
22
Журнал технической физики. – 2017. – Т. 87, вып. 12. – С. 1911–1914. –
0,37 / 0,15 а.л.
в переводной версии журнала, входящей в Web of Science:
Voytkov I. S. The High-Temperature Evaporation of Water Droplets in a
Gaseous Medium / I. S. Voytkov, R. S. Volkov, G.V. Kuznetsov, P. A. Strizhak //
Technical Physics. – 2017. – Vol. 62, № 12. – P. 1908–1911. –
DOI: 10.1134/S1063784217120271.
8. Kuznetsov G. V. Gas temperature in the trace of water droplets streamlined
by hot air flow [Electronic resources] / G. V. Kuznetsov, P. A. Strizhak,
R. S. Volkov, I. S. Voytkov // International Journal of Multiphase Flow. – 2017. –
Vol. 91. – P. 184–193. – DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2017.02.002. –
1,14 / 0,4 а.л. (Web of Science).
9. Voytkov I. S. Temperature of gases in a trace of water droplets during
their motion in a flame / I. S. Voytkov, R. S. Volkov, P. A. Strizhak // Thermal
science. – 2018. – Vol. 22, № 1А. – P. 355–346. – DOI:
10.2298/TSCI160302020V. – 0,83 / 0,41 а.л. (Web of Science).
10. Voytkov I. S. Reducing the flue gases temperature by individual droplets,
aerosol, and large water batches / I. S. Voytkov, R. S. Volkov, P. A. Strizhak //
Experimental Thermal and Fluid Science. – 2017. – Vol. 88. – P. 301–316.–
DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2017.06.009. – 1,94 / 0,81 а.л. (Web of Science).
11. Zhdanova A. O. Suppression of forest fuel thermolysis by water mist /
A. O. Zhdanova, R. S. Volkov, I. S. Voytkov, K. Yu. Osipov, G. V. Kuznetsov //
International Journal of Heat Mass Transfer. – 2018. – Vol. 126. – P. 703–714. –
DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.05.085. – 1,48 / 0,33 а.л. (Scopus).
12. Vysokomornaya O. V. High-temperature evaporation of water emulsion
droplets used in thermal fluid treatment / O. V. Vysokomornaya, I. S. Voytkov,
G. V. Kuznetsov, A. V. Abramova // International Journal of Heat Mass Transfer.
–
2018.
–
Vol.
126.
–
P. 1043–1048.
–
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.05.108. – 0,7 / 0,26 а.л. (Scopus).
13. Legros J. C. Water drops with graphite particles triggering the explosive
liquid breakup / J. C. Legros, O. S. Lutoshkina, M. V. Piskunov, I. S. Voytkov //
Experimental Thermal and Fluid Science. – 2018. – Vol. 96. – P. 154–161. –
DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2018.03.003. – 1,14 / 0,33 а.л. (Web of Science).
14. Voytkov I. S. Temperature traces of water aerosols, water-based emulsions, solutions and slurries moving in a reversed flow of high-temperature gases /
I. S. Voytkov, R. S. Volkov, O. S. Lutoshkina, G. V. Kuznetsov // Experimental
Thermal and Fluid Science. – 2018. – Vol. 98. – P. 20–29. –
DOI:10.1016/j.expthermflusci.2018.05.021. – 1,15 / 0,47 а.л. (Web of Science).
Статьи в научных изданиях, входящих в Web of Science и / или Scopus:
15. Strizhak P. A. Water evaporation particularities in the process of forest
fire extinguishing [Electronic resources] / P. A. Strizhak, R. S. Volkov,
O. V. Vysokomornaya, I. S. Voytkov // EPJ Web of Conferences. – 2015. – Vol.
82 : Conference on Thermophysical Basis of Energy Technologies. Tomsk, Russia,
23
October 15–17, 2014. – Article number 01014. – 6 p. – URL:
https://www.epjconferences.org/articles/epjconf/pdf2015/01/epjconftbet2014_01014.pdf
(access
date:
28.06.2018).
–
DOI: 10.1051/epjconf/20158201014. – 0,37 / 0,14 а.л. (Web of Science).
16. Volkov R. S. The difference between the integral characteristics of two
and three water droplets moving sequentially through hightemperature combustion
products and air [Electronic resources] / R. S. Volkov, I. S. Voytkov,
M. V. Zabelin, P. A. Kuibin, P. A. Strizhak // MATEC Web of Conferences. –
2015. – Vol. 23 : Heat and Mass Transfer in the Thermal Control System of Technical and Technological Energy Equipment. Tomsk, Russia, April 22–23, 2015. –
Article
number
01062.
–
6
p.
–
URL:
http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/15580/1/matecconf_tsotr20152301062.pdf
(access date: 28.06.2018). – DOI: 10.1051/matecconf/20152301062. –
0,39 / 0,12 а.л. (Web of Science).
17. Antonov D. V. Determination of maintaining time of temperature traces
of aerosol droplet water flows during motion in a flame / D. V. Antonov,
I. S. Voytkov, P. A. Strizhak // EPJ Web of Conferences. – 2016. – Vol. 110 :
Thermophysical Basis of Energy Technologies. Tomsk, Russia, October 13–15,
2015. – Article number 01001. – 6 p. – URL: https://www.epjconferences.org/articles/epjconf/pdf/2016/05/epjconf_ toet2016_01001.pdf (access
date: 28.06.2018). – DOI: 10.1051/epjconf/201611001001. – 0,32 / 0,16 а.л.
(Web of Science).
18. Voytkov I. S. Experimental analysis of the feasibility of polydisperse droplet
water flow using at fire extinguishing [Electronic resources] / I. S. Voytkov,
M. V. Zabelin, A. O. Zhdanova // EPJ Web of Conferences. – 2016. – Vol. 110 :
Thermophysical Basis of Energy Technologies. Tomsk, Russia, October 13–15, 2015.
– Article number 01079. – 4 p. – URL: https://www.epj- conferences.org/articles/epjconf/abs/2016/05/epjconf_toet2016_01079/epjconf_toet2016_01079
.html (access date: 28.06.2018). – DOI: 10.1051/epjconf/201611001079. –
0,3 / 0,15 а.л. (Web of Science).
19. Antonov D. Development of the mathematical model of heat and mass
transfer for researching the processes of evaporation of inhomogeneous water
droplets [Electronic resources] / D. Antonov, M. Piskunov, I. Voytkov // MATEC
Web of Conferences. – 2017. – Vol. 110 : International Youth Scientific Conference on Heat and Mass Transfer in the Thermal Control System of Technical and
Technological Energy Equipment (HMTTSC). Tomsk, Russia, April 26–28, 2017.
– Article number 01095. – 5 p. – URL: https://www.matecconferences.org/articles/matecconf/pdf/2017/24
matecconf_hmt2017_01095.pdf
(access date: 28.06.2018). – DOI: 10.1051/epjconf/201711001095. – 0,22 / 0,08
а.л. (Scopus).
20. Strizhak P. A. Evaporation of oil-water emulsion drops when heated at
high temperature [Electronic resources] / P. A. Strizhak, M. V. Piskunov,
24
G. V. Kuznetsov, I. S. Voytkov // Journal of Physics: Conference Series – 2017. –
Vol. 891 : International Conference on Problems of Thermal Physics and Power
Engineering 2017 (PTPPE 2017). Moscow, Russia, October 09–11, 2017. – Article
number 012017. – 7 p. – URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/17426596/891/1/012017/pdf (access date: 28.06.2018). – DOI: 10.1088/17426596/891/1/012017. – 0,47 / 0,15 а.л. (Web of Science).
21. Shlegel N. Suppression of forest fuel thermal decomposition under the influence of liquid aerosol and water droplets with additives [Electronic resources] /
N. Shlegel, A. Zhdanova, S. Kralinova, I. Voytkov // MATEC Web of Conferences. –
2017. – Vol. 141 : 5th International Youth Forum on Smart Grids. Tomsk, Russia, October 09–13, 2017. – Article number 01017. – 5 p. – URL: https://www.matecconferences.org/articles/matecconf//pdf/2017/55/matecconf_smartgrids2017_01017.pdf
(access date: 28.06.2018). – DOI: 10.1051/matecconf/201714101017. – 0,33 / 0,08 а.л.
(Scopus).
Патент на изобретение:
22. Патент 2602996 Российская Федерация, МПК G01F 11/00 (2006.01).
Устройство для генерации последовательно движущихся капель жидкости /
Волков Р.С. (RU), Войтков И.С. (RU), Забелин М.В. (RU); патентообладатель: федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (RU). – № 2015132493; заявл. 04.08.2015 ; опубл.
20.11.2016, Бюл. № 32. – 2 с.
Публикации в прочих научных изданиях:
23. Войтков И. С. Экспериментальное определение времен сохранения
пониженных температур продуктов сгорания в следе капель воды, раствора
на ее основе / И. С. Войтков // Проблемы геологии и освоения недр : сборник
трудов XXI Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 130-летию со дня рождения профессора М. И. Кучина. Томск, 03–07 апреля 2017 г. – Томск, 2017. – Т. II. – С.
184–186. – 0,21 а.л.
24. Войтков И. С. Численное моделирование испарения капель воды в
высокотемпературных
газах
/
И. С. Войтков,
О. В. Высокоморная,
Г. В. Кузнецов, П. А. Cтрижак // ВМСППС'2017 : сборник материалов
ХХ Юбилейной Международной конференции по вычислительной механике
и современным прикладным системам. Алушта, 24–31 мая 2017 г. – Москва,
2017.– С. 624–626. – 0,13 / 0,07 а.л.
25. Войтков И. С. Экспериментальное исследование температурных
следов жидкостного аэрозоля при движении через высокотемпературные газы / И. С. Войтков // Интеллектуальные энергосистемы : сборник материалов
V Международного молодежного форума. Томск, 09–13 октября 2017 г. –
Томск, 2017. – С. 25–29. – 0,21 а.л.
Издание подготовлено в авторской редакции.
Отпечатано на участке цифровой печати
Издательского Дома Томского государственного университета
Заказ № 18-0818 от «16» октября 2018 г. Тираж 100 экз.
г. Томск Московский тр.8 тел. 53-15-28
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа