Энергоразделение в сверхзвуковом потоке влажного воздуха

Автор: Андрей Геннадьевич Здитовец

Соавторы: Леонтьев А.И., Виноградов Ю.А., Киселев Н.А, С.С. Попович

Организация: НИИ механики МГУ

Под термином «энергоразделение» понимается перераспределение полной энтальпии (температуры торможения) в потоке газа без совершения им внешней работы и теплообмена с окружающей средой. Количественной мерой температурного разделения потоков служит разность между полными среднемассовыми температурами газового потока на входе и на «горячем» и «холодном» выходах из устройства.

В НИИ механики МГУ на протяжении нескольких лет проводятся исследования метода энергоразделения, предложенного в работе [1]. Он основан на эффекте энергоразделения в пограничном слое высокоскоростного газового потока, обтекающего адиабатную поверхность. Известно, что чем выше число Маха (M) потока и чем больше число Прандтля (Pr) отличается от единицы, тем больше температура торможения пристенных слоев (температура адиабатной стенки) отличается от начальной температуры торможения потока. Альтернативным способом увеличения данной разности температур является использование эффекта осаждения сконденсировавшейся фазы на обтекаемой поверхности.

Цель работы – исследование влияния конденсации водяных паров из высокоскоростного потока влажного воздуха на температуру обтекаемой адиабатной стенки. Проведено три серии экспериментальных исследований при одинаковом начальном давлении смеси. В каждой серии начальная температура влажного воздуха постоянна. При этом начальная относительная влажность воздуха изменялась от 5% до 90% за счет изменения массовой доли перегретого водяного пара в смеси при постоянной температуре и давлении. Изменение начальной температуры от серии к серии позволяло существенно увеличить начальное влагосодержание при одинаковых значениях относительной влажности. В результате зафиксировано, что с ростом начального влагосодержания область конденсации (скачок конденсации) паров воды смещалась в сторону меньших чисел Маха, при этом температура обтекаемой поверхности росла. При определенном значении влагосодержания область конденсации водяных паров перемещалась в область канала, в которой поток двигался с дозвуковой скоростью. При этом температура обтекаемой поверхности снижалась до значений меньших, чем для случая обтекания «сухим» воздухом.