Отзыв оппонента (Теплофизические проблемы получения стабильных капельных потоков с минимальным разбросом по скорости и размерам капель)

ОТЗЫВ офипиального оппонента на диссертацию А,В. Бухарова «Теплофизические проблемы получения стабильных капельных потоков с минимальным разбросом по скорости и размерам капель», представленную к защите на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника Актуальность выбранной темы В последние десятилетия наблюдается активный интерес многих научных групп в разных странах мира к монодисперсным технологиям.

Дело в том, что только использование монодисперсных потоков позволяет осуществить уникальные возможности управления каплями и получения материалов с заранее заданными свойствами, В ходе работ в этом направлении было показано, что наиболее перспективным методом получения монодисперсных потоков капель ~вляется метод вынужденного капиллярного распада струй жидкости.

Диссертация Бухарова А.В, посвящена исследованию монодисперсных потоков применительно к двум очень важным современным проблемам науки и техники: разработке капельного холодильника — излучателя и разработке возобновляемых криомишеней для ускорительной и лазерной техники. В диссертации предложены оригинальные методы измерений физических величин в монодисперсных капельных потоках вязких и криогенных жидкостях, что позволяет считать рецензируемую работу несомненно актуальной. Содержание работы В главе 1 представлен обзор литературы по вопросам использования и получения стабильных капельных потоков с минимальным разбросом по размерам и скорости для решения проблем теплоотвода от космических аппаратов и для создания технологий, основанных на взаимодействии вещества в виде криогенных корпускулярных мишеней с высокоэнергетичными пучками.

Дано описание принципа работы, преимуществ, основных характеристик, возможных конструкций установок по получению криогенных корпускулярных мишеней и систем ~еплоот~ода от ~о~мических аппарагов — капельных холодильников излучателей. В главе 2 представлено описание методологии автоматизированной прецизионной диагностики характеристик ВКРС и капельных потоков, Дано подробное описание методологии, рабочих алгоритмов, аппаратурного оформления и программного обеспечения.

С помощью специально поставленных экспериментов подтверждена работоспособность и эффективность автоматизированной прецизионной диагностики, н определена ее погрешность. Отмечено, что разработанные оригинальные методики и программное обеспечение существенным образом расширяют возможности экспериментальных исследований струй и капельных потоков.

Х'лава 3 посвящена изложению результатов исследования теплофизических и конструкционных проблем получения стабильных капельных потоков в новых космических теплообменниках — капельных холодильниках излучателей (КХИ). Дано описание экспериментальной установки — макета КХИ и отдельных ее систем, Подчеркнута важность предварительного анализа амплитудно-частотных характерис*ик генератора для получения корректных физических результатов, Представлены результаты специально поставленных экспериментов по получению плотных струйных потоков с минимальным угловым отклонением осей струй друг от друга. Отмечен ряд технических проблем КХИ, связанных со спецификой движения космических аппаратов в условиях вакуума и отсутствия сил 2 тяжести.

Например, возможен нестационарный процесс перехода струйного режима в капельный и обратно, вызванный неустойчивостью истечения струи. Изложена методика и результаты экспериментальных исследований по влиянию на смену одного режима другим: температуры рабочей жидкости, вязкости жидкости, скорости истечения и выходных диаметров сопел насадки. Представлен анализ литературы, посвященной изучению факторов, влияющих на изменение первоначальной структуры капельного потока.

По казано, что к настоящему моменту общая картина влияния давления окружающей среды и начального разброса скоростей капель на поперечную и продольную неустойчивость капельных потоков отсутствует. Дано подробное описание методики, и приведены результаты экспериментов по исследованию влияния давления окружающей среды на устойчивость капельных потоков. В работе представлены эмпирические формулы, связывающие относительные средне-квадратичные поперечное и продольное отклонения по скорости с величиной внешнего давления. В главе 4 представлены результаты экспериментальных исследований капиллярного распада струй в среде низкого давления.

Дано описание экспериментальной установки, методики проведения экспериментов и экспериментально обнаруженного эффекта отклонения струи от первоначального вертикального положения. В экспериментах изучен эффект изгиба струи в зависимости от следующих параметров: диаметра струи, скорости струи и давления в вакуумной камере. Изложено описание расчетной модели теплофизических процессов получения криогенных корпускулярных мишеней. Приведены результаты расчетов теплофизических характеристик мишеней из водорода в различных камерах установки по получению мишеней для детектора «РАЕВА» нового европейского ускорителя ФАИР (РА1К) в г.

Дармштадт ~Германия). Проведено сравнение результатов расчетов по разработанной модели с известными данными, и отмечено их хорошее согласие. Глава 5 посвящена описанию результатов исследования теплофизических и конструкционных проблем получения стабильных капельных потоков применительно к задаче получения криогенных корпускулярных мишеней. Результатами проведенных исследований стали разработанные методики экспериментов и эмпирические формулы, которые позволяют оценить: оптимальное для капиллярного распада волновое; время непрерывной работы установки с учетом осаждения твердых примесей на внутренней поверхности насадки; оценка величины переохлаждения капель водорода и др.

Выводы детально отражают все существенно новые результаты диссертации. Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждаются следующими обстоятельствами. 1. Использованием фундаментальных соотношений: законов сохранения, феноменологических гипотез и многократно апробированных уравнений подобия.

2. Применением высокоточных датчиков и прецизионной аппаратуры, а также реализацией апробированных методов численного моделирования. 3. Детальной проработкой методики экспериментов и тщательным анализом ! погрешности измерений, 4. Согласованностью результатов собственных экспериментальных и расчетных исследований. 5.

Соответствием результатов, полученных в диссертации, данным других авторов. Новизна и ценность полученных результатов Научная новизна работы заключается в следующем: 1. Проведены систематические исследования теплофизических и конструкционных проблем создания космических капельных холодильников излучателей. 2, Впервые проведено детальное исследование вынужденного капиллярного распада струи в широком диапазоне изменения динамической вязкости рабочей жидкости, амплитуд вынуждающего сигнала, скоростей истечения и диаметров струи. Показано, что при большой вязкости жидкости скорость роста волны возмущения замедляется, и влияние нелинейных эффектов является очень сильным даже вблизи места истечения.

3. Проведено экспериментальное исследование влияния давления окружающей среды на устойчивость капельных потоков, и впервые определены значения минимальных относительных среднеквадратичных начальных отклонений поперечной и продольной скоростей капель. 4. Впервые проведено детальное экспериментальное исследование влияния вязкости рабочей жидкости на переход струйного режима в капельный и переход капельного режима в струйный. 5. Впервые обнаружен эффект отклонения струи от первоначального вертикального течения при инжекции жидких струй в среду с низким давлением. 6. Проведены систематические исследования теплофизических и конструкционных проблем создания нового класса перспективных технологических установок по получению криогенных корпускулярных мишеней.

7. Впервые экспериментально исследованы режимы получения тонких криогенных струй водорода, азота и аргона: режим начального формирования струи, режим неустойчивой струи и режим устойчивой струи криогенной жидкости. Определены параметры области устойчивого распада тонких криогенных струй. 8. Впервые проведено исследование влияние примесей, растворенных в сжиженном рабочем газе, на время работы установок по получению криогенных корпускулярных мишеней. 9. Впервые проведены систематические исследования капиллярного распада жидких криогенных струй и получен монодисперсный распад тонких струй водорода, азота и аргона (диаметр от 5 мкм до 30 мкм).

Определены параметры области монодисперсного распада. 10. Впервые получена эмпирическая оценка температуры переохлаждения капель водорода при прохождении каплями шлюзов. 11. Впервые исследована функция распределения гранул по углу вылета из шлюза и вид распределения гранул по скорости. Установлено, что распределение гранул по углу вылета и по скорости соответствуют нормальному распределению, и определены значения средне - квадратичного отклонения капель по углу вылета и относительное средне- квадратичное отклонение капель по скорости. Научная ценность диссертации определяется многими составляющими: а) разработкой новой методики прецизионного мгновенного определения параметров капель и струй в потоке, которая позволяет анализировать рост возмущения на струе, отклонения капель в потоке, а также дисперсию скоростей и размеров; б) получением тонких струй криогенных жидкостей и анализом их поведения при капиллярном распаде; в) обнаружением и исследованием эффекта изгиба жидкой струи при истечении в разреженную среду; г) подробным анализом и решением технических проблем, связанных с разработкой сложных технических установок, таких как капельный холодильник — излучатель и возобновляемая криомишень.