Сотрудники Института теплофизики имени С. С. Кутателадзе СО РАН разработали модель расчета тепломассопереноса испаряющихся капель —  она позволяет существенно повысить точность расчёта изменения температуры и размеров  мелких (около десятков и единиц микрон)  капель в воздушном потоке по сравнению с классической моделью. Статья об этом опубликована в журнале International Journal of Heat and Mass Transfer

 
«Работа посвящена классической задаче испарения капель в свободном потоке. Процессы испарения капель наблюдаются в различном оборудовании, например, в двигателях и в системах охлаждения, поэтому эта тема нас интересовала достаточно давно», —  объясняет заведующий лабораторией проблем энергосбережения ИТ СО РАН доктор технических наук Михаил Иванович Низовцев.
 
Обычно для расчета испарения капель используется классическая диффузионная модель, но ученые ИТ СО РАН разработали эмиссионно-диффузионную. «Оказалось, такой подход дает более точные характеристики как по охлаждению капли в процессе испарения, так и по времени ее испарения», —  рассказывает Михаил Низовцев.

Экспериментальные исследования подтверждают расчеты физиков: в практических опытах используют технику инфракрасных измерений — с помощью ИК-камер ученые определяют температуру поверхности капли. Это важно, потому что скорость испарения определяется разностью температур между ее поверхностью и окружающей средой.  Кроме того, исследователи  фиксируют с помощью быстродействующих камер изменения формы и размеров капель в процессе испарения.
 
Разработанная учеными модель играет важную роль при расчетах процессов конденсации и испарения, происходящих в различных технологических процессах и аппаратах — в частности, в новых регенеративных теплообменниках для вентиляции помещений, которые разрабатываются и исследуются в ИТ СО РАН. Задача регенеративных аппаратов вентиляции в том, чтобы максимально сократить затраты энергии на нагрев или охлаждение воздуха, поступающего  в помещение с улицы. В отличие от традиционных систем приточно-вытяжной вентиляции, регенеративные теплообменники зимой возвращают уходящее с воздухом тепло обратно в помещение, а летом препятствуют нагреву внутреннего воздуха, сохраняя прохладу в помещении. Это экономит до 50 % энергии, которая тратится на отопление и кондиционирование жилых и производственных зданий. 
 
Характерная для старых построек естественная вентиляция предполагала инфильтрацию наружного воздуха через неплотности окон и стен, однако «ограждающие конструкции современных зданий становятся все более утепленными и менее воздухопроницаемыми, и теперь вопросы энергосберегающей приточно-вытяжной вентиляции становятся особенно актуальными, как с точки зрения энергосбережения, так и обеспечения комфортности внутренних помещений», —  говорит Михаил Иванович.
 
Регенеративные и рекуперативные вентиляционные устройства получают все более широкое распространение в Европе, однако применение их в сибирском климате осложняется более низкой зимней температурой. Поэтому ученые лаборатории проблем энергосбережения ИТ СО РАН совершенствуют такие аппараты и разрабатывают новые конструкции, подходящие для сурового сибирского климата.  Для прогнозирования влагопереноса в регенеративных вентиляционных аппаратах служит разработанная исследователями эмиссионно-диффузионная модель испарения капель. Когда теплый и влажный воздух движется по каналам теплообменника происходит конденсация влаги, как на стенках каналов, так и непосредственно в воздушном потоке. Предложенная физиками модель позволяет рассчитать количество конденсируемой и впоследствии испаряемой влаги. 
 
Проект по изучению теплофизических процессов при испарении капель поддерживает Российский фонд фундаментальных исследований, в дальнейшем ученые планируют применить разработанную модель к испарению капель на поверхностях различных материалов.

Источники

Сибирские ученые разработали оригинальную модель испарения капель
Наука в Сибири (sbras.info), 03/07/2017
Сибирские ученые разработали оригинальную модель испарения капель
Equipnet.ru, 03/07/2017
Сибирские ученые разработали новую модель испарения капель
Infopro54.ru, 03/07/2017
Новосибирские ученые разработали модель испарения капель для создания теплообменника
Vestisibiri.ru, 03/07/2017
Новосибирские ученые разработали модель испарения капель для создания теплообменника
ИА МАНГАЗЕЯ (mngz.ru), 03/07/2017
Сибирские ученые разработали оригинальную модель испарения капель
Навигатор (navigato.ru), 04/07/2017
Сибирские ученые разработали новую модель испарения капель
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 05/07/2017
Сибирские ученые разработали оригинальную модель испарения капель
Opentown.org, 05/07/2017
Новосибирские ученые разработали оригинальную модель испарения капель
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 04/07/2017

Похожие новости

  • 08/06/2017

    Энергосберегающая «экзотика» Сибири

    ​Как вы знаете, в нашей стране очень широко используется один "убойный аргумент" против использования целого ряда технических инноваций, активно распространяющихся в других странах. Речь идет о постоянных ссылках на наши "особые" климатические условия, якобы не позволяющие нам развиваться в русле мировых трендов.
    223
  • 20/01/2016

    Ученые поставят детонацию на службу человеку

    Детонация - один из главных кошмаров любого автовладельца. Она заявляет о себе характерным хлопком в двигателе, заявляет совершенно непредсказуемо, угрожая неприятностями вплоть до разрушени​я конструкции.
    1143
  • 10/07/2017

    Можно ли сделать тепло даровым?

    ​Кажется немыслимым, чтобы в Сибири можно было создать систему дарового теплоснабжения, да еще с условием соблюдения экологических норм. Мы уже привыкли к тому, что за тепло надо обязательно платить, и платить прилично.
    175
  • 12/09/2016

    В Новосибирске научились промышленно производить уникальную нанодобавку

    ​Есть технологии, которые обрушивают рынки и в конечном итоге меняют мир, - взять хотя бы сотовую связь и цифровую фотографию. В 2014 году новое слово в материаловедении сказала новосибирская компания OCSiAL - именно здесь была разработана первая в мире промышленная технология синтеза одностенных углеродных нанотрубок.
    961
  • 10/05/2017

    Ученые ИТ СО РАН предлагают использовать угольную пыль для растопки угольных энергетических котлов

    Ученые из Института теплофизики СО РАН предлагают для растопки угольных энергетических котлов использовать не мазут, а механоактивированную угольную пыль, которая обходится втрое дешевле и имеет ряд других преимуществ.
    219
  • 26/06/2017

    На пути к «здоровой» энергетике

    ​Экологические требования вынуждают разработчиков предлагать различные варианты "всеядных" энергоустановок, способных работать не только на традиционном топливе, но и сжигать самую разную "некондиционную" органику.
    128
  • 19/09/2016

    Как рождаются новые научные подходы

    ​В конце 1980-х годов директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков организовал три молодежные лаборатории, завлабами в которых стали свежеиспеченные кандидаты наук в возрасте до 32 лет.
    702
  • 12/09/2017

    Как ученые создают мировой рынок для внедрения своих открытий

    Новосибирский ученый Михаил Предтеченский разработал экономически эффективную технологию, позволяющую сворачивать в нанотрубки графен - углеродный лист толщиной в один атом. Теперь нанотрубки можно производить в неограниченном количестве и добавлять в другие материалы, создавая композиты с небывалыми свойствами.
    82
  • 20/05/2016

    О демонстрационной площадке и роли Академгородка в продвижении инноваций

    ​Тема демонстрационной площадки активно обсуждалась год назад в одном из департаментов мэрии Новосибирска. Суть предложений заключалась в следующем: показывать инновационные разработки институтов СО РАН, пригодные для коммерциализации и использования в городском хозяйстве.
    812
  • 06/09/2017

    В Новосибирске расмотрели альтернативы «мусорному» концессионеру

    ​Альтернативные предложения по сбору и утилизации отходов были рассмотрены в рамках "Городской ассамблеи" в Новосибирске. Местные разработчики предложили новые современные технологии переработки ТКО.
    73