Диссертация (Исследование механизмов термогидродинамических и МГД процессов с жидкометаллическими рабочими телами), страница 3

Впервые с помощью волоконно–оптических датчиков скоростиполучены количественные опытные данные по тонкой гидродинамическойструктуре электровихревых течений в объеме токонесущей жидкости.Эксперименты, проведенные в условиях воздействия слабых и значительныхвнешних магнитных полей, направлены на изучение закономерностей ЭВТпри электрошлаковой сварке, а также электрошлаковом и электродуговомпереплавах металлов.

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 осевойсимметрией. Подобная закрутка способствует возникновению вторичныхвихрейвмеридиональнойгидродинамическойплоскостиструктурыЭВТ.икардинальнойВпервыеперестройкипродемонстрированапрактическая важность учета воздействия слабых магнитных полей напроцессы электрошлаковой сварки и переплава металлов.5.

С помощью экспериментальных и расчетных методов получен новыйоригинальныйматериалподеформациисвободнойповерхностиэлектровихревых течений, а также влиянию электровихревых течений,управляемых внешним продольным магнитным полем, на процессыплавления и перемешивания металла.6. Полученыновыеэкспериментальныеданныеподроблениюметаллических 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 воды15(>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;детальнойпроработкойметодическихвопросовитщательныманализом погрешностей измерений;согласованностьюрезультатовэкспериментальныхирасчетныхисследований;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 кипением недогретойводы на сильно перегретых жидкометаллических и твердых поверхностях.Полученные опытные данные дали возможность развить существующие ипредложить новые теоретические подходы к изучению процессов пленочногокипения недогретой воды и жидкометаллических течений, инициированныхэлектрическим током.16Практическая значимостьРезультатыисследованийособенностейформированияиразвитияэлектровихревых 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 новизной,результаты:1.

Результатымгновеннойразработкискоростиволоконно-оптическогожидкометаллическихпотоковметодаприизмеренияумеренныхтемпературах.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.175. 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. РезультатыисследованийМГД-эффектовнаповерхностиэлектровихревых течений.8. Результаты экспериментальных исследований фрагментации горячихжидкометаллических капель в недогретой воде при смене режимов кипения –переходе от пленочного режима кипения к пузырьковому.9. 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.Конкретныйличныйвкладавторавполучениерезультатов,изложенных в диссертацииПри активном участии автора диссертации и частично или полностью подего руководством выполнены все работы, представленные в диссертации. Втом числе, автор:Разработал лабораторные технологии и изготовил волоконно-оптические датчики для зондовых измерений различных физическихвеличин,включаяпреобразователискоростиидавления;провелреконструкциюртутногостенда.исследование их метрологических характеристик.ВыполнилкардинальнуюСконструировал и создал: стенд для исследования электровихревыхтечений; экспериментальные установки для калибровки волоконнооптических датчиков и изучения особенностей кипения недогретой водына твердых и жидкометаллических поверхностях.18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.Осуществлял научное руководство двух аспирантских работ,защищенных на степень кандидата технических наук по темам, связаннымс докторской диссертацией соискателя.Апробация работы.

Результаты работы по частям были многократнодоложены на различных внутренних и международных конференциях поизмерительной технике, гидродинамике и тепломассообмену. В частности,материалы первого раздела диссертации по датчикам и методике измеренийапробированы на Рижских совещаниях и семинарах по магнитнойгидродинамике (1981 – 1987 гг.), на международной летней школе«Диагностические методы при нестационарных течениях газов» (Прага, 1984г.), на международном симпозиуме «Магнитная гидродинамика жидкихметаллов» (Рига, 1988 г.), на 1-й Всесоюзной конференции «Оптическиеметоды исследования потоков» (Новосибирск 1991 г.), на международнойнаучно-техническойконференции«Датчикиипреобразователиинформационных систем измерения, контроля и управления» (Крым, 1994,1997, 1998, 1999, 2003, 2004 гг.), на 6-ой международной конференции поЭкспериментальному исследованию теплообмена, механики жидкости итермодинамики ExHFT-6 (Matsushima Япония 2005г).

Волоконно–оптическиепреобразователи скорости демонстрировались на ВДНХ СССР (1976 и 1983гг.).Результаты исследования электровихревых течений были обсуждены наРижских совещаниях и семинарах по магнитной гидродинамике (1985, 1987гг.), на Минском форуме по тепломассообмену (Минск, 1996 – 2012 гг.), на 2й международной конференции по турбулентности и тепло–массопереносу(Дельфа, Нидерланды, 1997 г.), на международных конференциях ExHFT-6, 719(Япония 2005 г, Краков 2009 г), на Российской национальной конференциипо теплообмену (Москва, 2006 – 2014 гг.), на международной конференциипо тепломассообмену и гидродинамики закрученных потоков (Москва 2005 –2011 гг.); на международных конференциях по фундаментальным иприкладным проблемам МГД (Корсика 2011 г, Рига 2014 г.).Вопросы, связанные с моделированием механизма инициированияпарового взрыва на полусферических поверхностях, были доложены намеждународных конференциях «Теплофизические аспекты безопасностиВВР» (Обнинск, 1995, 1998 гг.), на Российских национальных конференцияхпо теплообмену (Москва, 1998 - 2014 гг.), на 8-м и 9-м Всероссийскихсъездах по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001 г, НижнийНовгород 2005 г), на ExHFT-5 (Тесалоники, Греция, 2001 г.), на 12-ймеждународной конференции по теплообмену (Гренобль, 2002 г.), намеждународной конференции по изучению двухфазных потоков (Пиза,Италия, 2004 г.).Основное содержание диссертации опубликовано более чем в 100печатных работах, включая одно авторское свидетельство СССР, а также 29статей из списка ВАК, международных систем цитирования Web of Science иScopus.