Автореферат (Исследование механизмов термогидродинамических и МГД процессов с жидкометаллическими рабочими телами), страница 2

Предложены новые обобщающие зависимости.4. Впервые с помощью экспериментальных и расчетных методовдоказано, что малые внешние магнитные поля (включая МП Земли),имеющие компоненту параллельную оси установки, являются причинойпарадоксальной азимутальной закрутки электровихревых течений с осевой5симметрией.

Подобная закрутка способствует возникновению вторичныхвихрей в меридиональной плоскости и кардинальной перестройкигидродинамической структуры ЭВТ. Впервые продемонстрированапрактическая важность учета воздействия слабых магнитных полей напроцессы электрошлаковой сварки и переплава металлов.5.

С помощью экспериментальных и расчетных методов получен новыйоригинальный материал по деформации свободной поверхностиэлектровихревых течений, а также влиянию электровихревых течений,управляемых внешним продольным магнитным полем на процессыплавления и перемешивания металла.6. Получены новые экспериментальные данные по дроблениюметаллических капель и разрушению паровых оболочек около нагретых тел,погруженных в недогретую воду.7.

Впервые проведены эксперименты и получены опытные данные посинхронным измерениям параметров контакта охладитель (вода, имеющаятемпературу ниже температуры кипения) – перегретая поверхность,импульсов давления в охладителе, а также температур воды и горячего тела.8. Впервые предложено и экспериментально обосновано предположение,что отсутствие фрагментации капель расплава при малых недогревах воды(>20 0С) обусловлено интенсификацией процесса испарения, приводящей кувеличению толщины паровой оболочки и затруднению соприкосновенияохладителя с нагретым телом.9. На основании проведенных систематических исследований впервыепоказано, что импульсы давления, сопровождающие взрывной сход(разрушение) паровых оболочек, могут достигать ~ 1 МПа, что достаточнодля инициирования спонтанного парового взрыва.Достоверность полученных результатов подтверждается: соблюдением выполнения балансных энергетических соотношений; детальной проработкой методических вопросов и тщательныманализом погрешностей измерений; согласованностью результатов экспериментальных и расчетныхисследований; соответствием между результатами, полученными в диссертации, иданными других авторов; применением в исследованиях высокоточных датчиков и прецизионнойизмерительной вторичной аппаратуры, а также апробированных методовчисленных исследований.Научная ценностьРасширенные экспериментальные возможности разработанных методовизмерения различных физических величин с помощью волоконной оптикиопределяют научно-методическую значимость работы.

Созданные приборы иоригинальные методики измерений позволили решить ряд крупных задач,связанных с исследованием электровихревых течений и кипениемнедогретой воды на сильно перегретых жидкометаллических и твердых6поверхностях. Полученные опытные данные дали возможность развитьсуществующие и предложить новые теоретические подходы к изучениюпроцессов пленочного кипения недогретой воды и жидкометаллическихтечений, инициированных электрическим током.Практическая значимостьРезультаты исследований особенностей формирования и развитияэлектровихревых течений позволяют верифицировать программы расчетаЭВТ, а также научно обосновать и оптимизировать современные МГД методы управления тепломассообменными процессами, имеющими местопри электрошлаковом и электродуговом переплавах металлов.

Практическаяценность результатов по фрагментации металлических капель и взрывномуразрушению паровых оболочек обусловлена необходимостью решенияважнойдляатомнойэнергетики,металлургииихимическойпромышленности задачи – определению условий возникновения и методовпротиводействия спонтанному паровому взрыву. Полученные опытныеданные способствуют более глубокому пониманию исследуемых явлений исоздают основу для разработки экспериментально обоснованной теориифрагментации жидкометаллического теплоносителя, позволяющей, помимопрочего, оптимизировать параметры нового технологического процессаполучения аморфных металлов. Развитые в диссертации оригинальныеизмерительные методики легли в основу разработок различных волоконооптических датчиков, как отечественных, так и зарубежных исследователей.На защиту выносятся следующие обладающие научной новизнойрезультаты:1. Результаты разработки волоконно-оптического метода измерениямгновенной скорости жидкометаллических потоков при умеренныхтемпературах.2.

Результаты разработки волоконно-оптических датчиков давления.3. Результаты экспериментальных исследований по влиянию магнитногополя на теплопередачу и поперечное обтекание нагретого цилиндра потокомртути.4. Результаты исследований и обобщений по гидродинамической итепловой структуре электровихревых течений в ваннах цилиндрической иполусферической формы с двух- и многоэлектродным токоподводом.5. Результаты исследований влияния внешних, в том числе слабых,магнитных полей на структуру и характеристики электровихревых течений.6. Результаты исследований воздействия электровихревых течений нахарактеристики тепломассопереноса и плавки металлов.7.

Результаты исследований МГД эффектов на свободной поверхностиэлектровихревых течений.8. Результаты экспериментальных исследований фрагментации горячихжидкометаллических капель в недогретой воде при смене режимов кипения –переходе от пленочного режима кипения к пузырьковому.79.

Результаты исследований поведения паровых оболочек и импульсовдавления, генерируемых в процессе их разрушения, в зависимости оттемператур нагретого тела и охладителя, а также физического состоянияповерхности нагрева.10. Результаты исследований характеристик контакта охладителя сперегретой поверхностью.Конкретный личный вклад автора в получение результатов,изложенных в диссертацииПри активном участии автора диссертации и частично или полностьюпод его руководством выполнены все работы, представленные в диссертации.В том числе, автор: Разработал лабораторные технологии и изготовил волоконно-оптическиедатчики для зондовых измерений различных физических величин,включая преобразователи скорости и давления; провел исследование ихметрологических характеристик. Выполнилкардинальнуюреконструкциюртутногостенда.Сконструировал и создал: стенд для исследования электровихревыхтечений; экспериментальные установки для калибровки волоконнооптических датчиков и изучения особенностей кипения недогретой водына твердых и жидкометаллических поверхностях. Руководил работами по проведению численных экспериментов(постановка задач, анализ полученных результатов). Разработал программу экспериментальных исследований, личноучаствовал в проведении экспериментальных исследований, получении,обработке и анализе опытных данных.Благодарности.

Автор глубоко признателен своим научным учителям В.Г.Жилину, А.А. Оксману, Ю.А. Зейгарнику за постоянную, неоценимую иразностороннюю помощь в ходе подготовки диссертации.Также автор благодарит коллег и друзей за помощь в работе наддиссертациейна разных этапах ее выполнения: В.В. Осипова, В.П.Огородникова, В.С.

Григорьева, В.Г. Свиридова, В.С. Игумнова, К.В.Звягина, И.О. Теплякова, К.Г. Кубрикова, В.Я. Цветкова, К.И. Белова, В.Р.Цоя, С.Н. Вавилова, Е.Ю. Лозину, А.А. Гусеву, Д.А. Виноградова.Автор благодарен сотрудникам МЭИ О.А. Синкевичу, В.В. Глазкову,Ю.Ю. Пузиной за постоянное внимание к работе и полезное обсуждениеполученных результатов.Автор выражает признательность коллегам из республик бывшего СССР:Э.В. Щербинину, А.Ю.

Чудновскому, С.Б. Дементьеву и И.В. Протоковиловуза содействие в проведении исследований электровихревых течений.Значительная часть работы выполнена при поддержке Российского фондафундаментальных исследований, проекты №№: 99–02–17965–а, 02–02–16630–а, 03-02-20009-б, 04-02-17145-а, 04-02-16819-а, 05-02-17679-а, 05-08801217-а, 06-08-01486-а, 06-08-08080-офи, 07-08-00464-а, 08-08-00792-а, 1108-01262-а, 13-08-90444 Укр-ф-а.Публикации и апробация работыДиссертационная работа является итогом научных исследований иразработок автора за период с 1975 года по настоящее время.

Содержаниедиссертации отражено в 111 печатных работах, включая 29 статей из спискаВАК и одном авторском свидетельстве СССР. Материалы работы былиапробированы на более чем 45 российских и международных конференциях,включая такие крупные научные мероприятия, как: Международнаяконференция по теплообмену (IHTC12, Гренобль, 2002 г; IHTC14,Вашингтон 2012 г); Минский форум по тепломассообмену (1996 – 2012 гг.);Российская национальная конференция по теплообмену (1998 – 2014 гг.);Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001г, Нижний Новгород 2007 г); PAMIR - международная конференция пофундаментальным и прикладным проблемам МГД (Корсика 2011 г, Рига2014 г).Структура и объем работыДиссертационная работа состоит из введения, трех основных разделов,состоящих из отдельных глав и подразделов, общих выводов, а также спискацитируемой литературы, включающего 392 наименования.

Материал работыизложен на 407 страницах компьютерной верстки в формате 14 pt, Times NewRoman, содержит 244 рисунка и 6 таблиц.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы еецели и задачи, научная новизна и практическая значимость. Указывается, чтожидкие металлы в качестве теплоносителей и рабочих тел имеют широкоераспространение в металлургии, энергетике и машиностроении.Подчеркивается, что хотя в 50 – 80-х годах прошлого века полученобширныйматериалпохарактеристикамразличныхтермогидродинамических процессов с участием жидкого металла, однакомногие вопросы, связанные, в частности, с исследованиями структуры т.н.электровихревых течений и механизмами тонкой фрагментации капельрасплава при спонтанном паровом взрыве остались изученныминедостаточно полно.