Отзыв оппонента 3 (Исследование механизмов термогидродинамических и МГД процессов с жидкометаллическими рабочими телами)

ОТЗЫВна диссертационную работу Ивочкина Юрия Петровича,представленную на соискание ученой степени доктора технических наук поспециальности 01.04.14 «Теплофизика и теоретическая теплотехника» натему: «Исследование механизмов термогидродинамических и МГД процессовс жидкометаллическими рабочими телами»Вметаллургическойпромышленностидостаточноширокораспространены различные технологии с использованием большихэлектрических токов, протекающих через ванну расплава. Типичнымипримерами являются выплавка металлов в дуговых и плазменных печах,установкиэлектрошлаковогоивакуумно-дуговогопереплава,рудотермические и рудовосстановительные печи, электролизеры дляполучения алюминия и магния.Все металлургические технологии, использующие токонесущиерасплавы, как правило, связаны с его получением, проведением физикохимических процессов и получением однородного продукта.

Отсюда дляразличных технологий большую роль играет перемешивание расплава вванне, например для выплавки высококачественных металлов и сплавов.Для токонесущих расплавов наиболее перспективным являетсяэлектровихревое перемешивание, т.к. при его использовании не требуетсядополнительное оборудование в районе печи. Перемешивание расплавапроисходит под действием ЭВТ, которые возникают при взаимодействииэлектрического тока с собственным магнитным полем.Необходимо отметить, что теоретические и многие практическиеаспекты процесса электровихревого перемешивания расплава вжидкометаллической ваннеостаются малоизученными.

Отсутствуеттеоретическое понимание механизмов развития гидродинамическихструктур ЭВТ, нет обоснованных способов управления ими и инженерныхметодов расчета. Все перечисленные проблемы приводят к сдерживаниюразвития ряда агрегатов для широкого использования электровихревогоспособа перемешивания расплава в различных отраслях металлургии.При использовании жидких металлов в качестве теплоносителейвозникает проблема парового взрыва, это сложное и очень опасноетеплофизическое явление, которое может привести к тяжелым авариям ватомной энергетике, МГД-генераторах и металлургии.

Однако до настоящеговремени недостаточно изучены все стадии парового взрыва, в особенности,процесс его спонтанного инициирования, связанный с фрагментациейотдельной капли расплава, окруженной паровой оболочкой охладителя.Существует много разных моделей фрагментации металлических капель ивзрывного роста давления охлаждающей жидкости.

Однако предлагаемыегипотезы не объясняют в полной мере экспериментальные данные.Отсюда работа Ю.П. Ивочкина по изучению механизмов ряда сложныхтермогидродинамических, а также МГД процессов, несомненно, являетсяактуальной.1Перечень поставленных в работе задач и полученных результатовсоответствует шифру выбранной научной специальности 01.04.14«Теплофизика и теоретическая теплотехника», в частности, по пунктам:1. Экспериментальные исследования термодинамических и переносныхсвойств чистых веществ и их смесей в широкой области параметровсостояния.2.

Аналитические и численные исследования теплофизических свойстввеществ в различных агрегатных состояниях.5. Экспериментальные и теоретические исследования однофазной, свободнойи вынужденной конвекции в широком диапазоне свойств теплоносителей,режимных и геометрических параметров теплопередающих поверхностей.6.Экспериментальныеисследования,физическоеичисленноемоделирование процессов переноса массы, импульса и энергии вмногофазных системах и при фазовых превращениях.Диссертационная работа Ю.П.

Ивочкина состоит из введения, трех глави заключения. Она изложена на 407 страницах машинописного текста,включает в себя 244 рисунка, 6 таблиц, а также библиографический списокиз 396 наименований.В первой главе "Экспериментальные методы исследований иизмерительная аппаратура" (стр. 24-108).Приведен обзор существующих измерителей мгновенной скоростипотока жидкого металла, их особенности и недостатки. Этотермоанемометры,кондукционныеанемометры,механическиепреобразователи скорости, а также доплеровские ультразвуковые датчики.Рассмотрен волоконно-оптический датчик для измерения скорости жидкихметаллов и тарировочная установка.

Приведены теоретические иэкспериментальные исследования разрешающей способности, динамическиехарактеристики волоконно-оптического анемометра. Показано влияние нанего магнитного поля и температуры. проведена апробация разработанныхволоконно-оптических датчиков на ртутном стенде для исследования МГДтечений при поперечном обтекании цилиндра.Далее дан обзор существующих измерителей давления. Приведенаконструкция, принцип действия волоконно-оптического преобразователядавления, его изготовление и оценка метрологических характеристик.Показана перспективность его использования для инвазивного измерениякровяного давления и характеристик паровой пленки.Во второй главе "Исследование жидкометаллических электровихревыхтечений, инициированных неоднородным электрическим током" (стр.

109225).Дан литературный обзор теоретических и численных исследованийхарактеристик ЭВТ для токонесущего расплава, находящегося в контейнересфероидальной формы, в цилиндрической ванне, в ванне параболическойформы, в том числе и при наличии внешнего магнитного поля. Дан такжеобзор экспериментальных исследований структуры ЭВТ потоков,рассмотреназадачаопарадоксальнойспонтаннойзакрутке2осесимметричных ЭВТ (обзор 32 стр.).

На основе проведенного анализанаучно-технической литературы приведена постановка задач исследования.Рассмотрены экспериментальные установки в ИФ АН Латв. ССР иОИВТ РАН. Показаны аналитическая и приближенная численнаяматематические модели ЭВТ в рабочей ванне при электродинамическомприближении. Подробно рассмотрены результатыэкспериментальныхисследований ЭВТ в горизонтальной цилиндрической ванне сосесимметричным токоподводом, а также при двухэлектродном итрехэлектродном токоподводах. Помимо стационарных экспериментовприведены результаты ЭВТ при внезапном включении и отключенииэлектропитания. Далее приведены результаты экспериментальныхисследования ЭВТ в полусферической ванне с центральным токоподводом визотермических и неизотермических условиях, а также результатычисленных исследований.

Показано влияние ЭВТ на процессы массопереносаи плавления.В третьей главе "Исследование механизмов вскипания недогретой водына горячих металлических телах и жидкометаллических каплях" (стр. 226-359).Дан литературный обзор по существующим теориям, описывающиммеханизмы фрагментации горячей капли, вызванной разрушениемокружающей каплю паровой оболочки холодной жидкости. Далееприводится описание существующих экспериментальных установок иописание результатов экспериментальных исследований (обзор 48 стр.). Наоснове литературного обзора приведена постановка задач исследования.Приведены описание оригинальных экспериментальных установок, методикаисследований и оценены погрешности измерений. Далее показанырезультаты экспериментов с металлическими каплями, посредствомвизуального наблюдения и видеосъемки.

Даны результаты измеренийтемпературы, определение параметров колебаний паровой пленки ихарактеристик контакта недогретой воды с горячей поверхностью. Проведенанализ и интерпретация полученных результатов.В заключении приведены общие выводы и основные результаты всейработы.Степень обоснованности научных положений, выводов ирекомендаций, сформулированных в диссертации, их достоверность.Обеспечивается использованием современных экспериментальных методовисследований с детальной проработкой методических вопросов, повереннойизмерительной аппаратуры и тщательным анализом погрешности измерений.Применение апробированных методов численных исследований иобщепринятых методов обработки данных.Важным результатом работы является высокая достоверностьполученных данных, прежде всего за счет тщательного сопоставлениярезультатов вычислений с экспериментальными данными и известнымиданными других авторов.Основные научные положения и результаты диссертации обсуждались3на представительном ряде научно-практических конференций смеждународным участием и международных конференциях, включая такиекрупные научные мероприятия, как: Международная конференция потеплообмену (IHTC12, Гренобль, 2002 г; IHTC14, Вашингтон 2012 г);Минский форум по тепломассообмену (1996 – 2012 гг.); Российскаянациональная конференция по теплообмену (1998 – 2014 гг.); Всероссийскийсъезд по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001 г, НижнийНовгород 2007 г); PAMIR - международная конференция пофундаментальным и прикладным проблемам МГД (Корсика 2011 г, Рига2014 г).Изучение и анализ результатов диссертационной работы показал оченьвысокую степень обоснованности представленных научных положений,выводов и рекомендаций.К достоинствам диссертационной работы следует отнести:― комплексный научный подход к разработке, расчету, изготовлению иповерке волоконно-оптических датчиков для зондовых измеренийразличных физических величин, включая преобразователи скорости идавления.

Развитые в диссертации оригинальные измерительные методикилегли в основу разработок различных волоконо-оптических датчиков какотечественных, так и зарубежных исследователей;― создание уникальных экспериментальных стендов, оригинальных методикизмерений и обработки данных;― разработку алгоритмов и программ, позволяющих научно обосновать иоптимизироватьсовременныеметодыуправленияЭВТ,тепломассообменнымипроцессами,имеющимиместоприэлектрошлаковом и электродуговом переплавах металлов;― проведение уникальных экспериментов, в которых впервые показано, чтовзрывному сходу паровой пленки, сопровождающемуся пакетомимпульсов давления миллисекундной длительности, предшествуетконтакт жидкости с греющей поверхностью с характерным временемсоприкосновения несколько десятков микросекунд.― высокое качество рисунков, диаграмм, фотографий, представленных вдиссертации и автореферате, причем всегда указывается литературныйисточник откуда взят рисунок, даже если эта работа самого автора.― грамотный стиль изложения научного материала, высокую научнуюкомпетентность и убедительную аргументацию автора.Изучение диссертационной работы и анализ полученных результатовпозволяют вынести для обсуждения в диссертационном совете следующиевопросы.1.