<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">energsecurity</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Надежность и безопасность энергетики</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Safety and Reliability of Power Industry</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1999-5555</issn><issn pub-type="epub">2542-2057</issn><publisher><publisher-name>ООО «НПО Энергобезопасность»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.24223/1999-5555-2025-18-4-297-304</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">energsecurity-1053</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>DESIGN, RESEARCH, CALCULATIONS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Оптические методы исследования динамики процессов тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых структурах</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Optical methods for studying the dynamics of heat and mass transfer in capillary-porous structures</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Генбач</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Genbach</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126</p></bio><bio xml:lang="en"><p>050013, Almaty, Baitursynov str., 126</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Бондарцев</surname><given-names>Д. Ю.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Bondartsev</surname><given-names>D. Yu.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126</p></bio><bio xml:lang="en"><p>050013, Almaty, Baitursynov str., 126</p></bio><email xlink:type="simple">d.bondartsev@aues.kz</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Шелгинский</surname><given-names>А. Я.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Shelginsky</surname><given-names>A. Y.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>11250, Москва, ул. Красноказарменная, 14</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Krasnokazarmennaya str. 14, 111250, Moscow</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Алматинский Университет Энергетики и Связи им. Г. Даукеева</institution><country>Казахстан</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Almaty University of Power Engineering and Telecommunications</institution><country>Kazakhstan</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>National Research University «Moscow Power Engineering Institute»</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>27</day><month>01</month><year>2026</year></pub-date><volume>18</volume><issue>4</issue><fpage>297</fpage><lpage>304</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Генбач А.А., Бондарцев Д.Ю., Шелгинский А.Я., 2026</copyright-statement><copyright-year>2026</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Генбач А.А., Бондарцев Д.Ю., Шелгинский А.Я.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Genbach A.A., Bondartsev D.Y., Shelginsky A.Y.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.sigma08.ru/jour/article/view/1053">https://www.sigma08.ru/jour/article/view/1053</self-uri><abstract><p>В настоящее время используются котлотурбинные параметры агрегатов выше стандартных сверхкритических, в которых требуется высокоинтенсивное охлаждение. Разработано и исследовано охлаждение кипящим охладителем перспективных паровых турбин, работающих выше стандартных сверхкритических температур и давлений. Представлена капиллярно-пористая система охлаждения в полой части сопловых лопаток. Изучена система, работающая по схеме тепловой трубы, при этом к капиллярному потенциалу добавлен массовый. Разработаны установки для оптических методов исследования динамики развития паровой и жидкостной фаз. Для исследования процессов парообразования методом голографической интерферометрии применялся интерферометр, включающий гелиево-неоновый лазер типа ЛГ-38. Визуальные наблюдения процессов производятся методом скоростной киносъёмки камерой СКС-1М, фото и киносъёмка осуществляются с помощью фотоаппаратов «Зенит», «РФК-5М», а также киноаппаратов «Красногорск» и «Киев-16с». Исследованы начальная стадия зарождения парового пузыря и динамика процессов роста и разрушения в капиллярно-пористой структуре с помощью оптических методов. Возможность разделения общей энергии при зарождении парового пузыря является важной задачей борьбы с эрозией и кавитацией. Представлены кинограммы и голографические интерферограммы процессов теплопередачи для различных сетчатых структур, тепловых нагрузок, избытка жидкости с расчетом внутренних характеристик кипения, выбросом капель жидкости из структуры. Показана имитация аварийной ситуации за счет снижения расхода охладителя до его минимального значения. Предложенная система охлаждения может быть использована при проектировании новых конструкций турбин, работающих на параметрах выше сверхкритических. Для настоящего исследования представляет интерес взаимосвязь предельного состояния капиллярно-пористого покрытия и кризиса теплообмена в капиллярно-пористой структуре при смене режима теплообмена, что позволит в режиме реального времени создавать систему диагностики структур.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The operation of power units at boiler-turbine parameters beyond standard supercritical levels necessitates highly intensive cooling systems. This study focuses on development and investigation of a boiling coolant system for advanced steam turbines operating under these extreme conditions. A capillary-porous cooling system, designed for the hollow section of nozzle blades and operating on a heat pipe principle enhanced with an additional mass potential, is presented. Experimental setups were developed to optically investigate the dynamics of vapor and liquid phase formation. The research employed holographic interferometry using an LG-38 helium-neon laser-based interferometer to study vapor generation. Process visualization was achieved through high-speed cinematography with an SKS-1M camera, supplemented by photography and ﬁlming using Zenit and RFK-5M still cameras, and Krasnogorsk and Kiev-16C movie cameras. The initial stage of vapor bubble nucleation and the subsequent dynamics of growth and collapse within the capillary-porous structure were examined. The ability to partition the total energy during bubble nucleation was identiﬁed as a critical factor for combating erosion and cavitation. The paper presents chronograms and holographic interferograms of heat transfer processes for various mesh structures, thermal loads, and liquid excess levels, including calculations of internal boiling characteristics and liquid droplet ejection. An emergency scenario was simulated by reducing the coolant ﬂow to a minimum. The proposed cooling system is applicable to the design of new turbine conﬁgurations for ultrasupercritical operations. A key ﬁnding of interest is the relationship between the limiting state of the capillary-porous coating and the heat transfer crisis during regime shifts, which paves the way for developing real-time diagnostic systems for these structures.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>паровая турбина</kwd><kwd>пузырьковые потоки</kwd><kwd>кавитация</kwd><kwd>система охлаждения</kwd><kwd>сопловые лопатки</kwd><kwd>пористая среда</kwd><kwd>голография</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>steam turbine</kwd><kwd>bubble flows</kwd><kwd>cavitation</kwd><kwd>cooling system</kwd><kwd>nozzle blades</kwd><kwd>porous medium</kwd><kwd>holography</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ge M., Zhang G., Zhang X. Recent Developments and Future Directions in Flow Visualization: Experiments and Techniques (2025) Fluids, 10, 23. https://doi.org/10.3390/ﬂuids10020023 (In Eng.)</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ge M., Zhang G., Zhang X. Recent Developments and Future Directions in Flow Visualization: Experiments and Techniques (2025) Fluids, 10, 23. https://doi.org/10.3390/ﬂuids10020023</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Tribbiani G., Capponi L., Tocci T. An Image-Based Technique for Measuring Velocity and Shape of Air Bubbles in Two-Phase Vertical Bubbly Flows (2025) Fluids, 10, 69. https://doi.org/10.3390/ﬂuids10030069 (In Eng.)</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tribbiani G., Capponi L., Tocci T. An Image-Based Technique for Measuring Velocity and Shape of Air Bubbles in Two-Phase Vertical Bubbly Flows (2025) Fluids, 10, 69. https://doi.org/10.3390/ﬂuids10030069</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Генбач А. А., Бондарцев Д. Ю., Шелгинский А. Я. Исследование наноразмерных и микромасштабных структурированных поверхностей охлаждения теплоэнергоустановок. Надежность и безопасность энергетики 2022; 1: 38 – 44. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2022-15-1-38-44</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Genbach А. А., Bondartsev D. Yu., Shelginsky A. Y. [Investigation of nanoscale and microscale structured cooling surfaces of thermal power plants]. Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki = Safety and Reliability of Power Industry 2022; 1: 38 – 44. (in Russian). https://doi.org/10.24223/1999-5555-2022-15-1-38-44</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Mambro A., Congiu F., Galloni E. Blade Drag Resistance in Windage Operating of Low Pressure Steam Turbines (2022) Fluids, 7, 372. https://doi.org/10.3390/ﬂuids7120372 (In Eng.)</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mambro A., Congiu F., Galloni E. Blade Drag Resistance in Windage Operating of Low Pressure Steam Turbines (2022) Fluids, 7, 372. https://doi.org/10.3390/ﬂuids7120372</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jia B., Soyama H. Non-Spherical Cavitation Bubbles: A Review (2024) Fluids, 9, 249. https://doi.org/10.3390/ﬂuids9110249 (In Eng.)</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jia B., Soyama H. Non-Spherical Cavitation Bubbles: A Review (2024) Fluids, 9, 249. https://doi.org/10.3390/ﬂuids9110249</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Omelyanyuk M., Ukolov A., Pakhlyan I. Experimental and Numerical Study of Cavitation Number Limitations for Hydrodynamic Cavitation Inception Prediction (2022) Fluids, 7, 198. https://doi.org/10.3390/ﬂuids7060198 (In Eng.)</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Omelyanyuk M., Ukolov A., Pakhlyan I. Experimental and Numerical Study of Cavitation Number Limitations for Hydrodynamic Cavitation Inception Prediction (2022) Fluids, 7, 198. https://doi.org/10.3390/ﬂuids7060198</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Генбач А. А., Бондарцев Д. Ю., Шелгинский А. Я. Обобщение процессов теплопередачи и их сравнительная оценка для капиллярно-пористых покрытий в энергоустановках. Надежность и безопасность энергетики 2019; 1: 29 – 35. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2019-12-1-29-35</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Genbach А. А., Bondartsev D. Yu., Shelginsky A. Y. [Summary of heat transfer processes and their comparative evaluation for capillary porous coatings in power plants]. Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki = Safety and Reliability of Power Industry 2019; 1: 29 – 35. (in Russian). https://doi.org/10.24223/1999-5555-2019-12-1-29-35</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Генбач А. А., Бондарцев Д. Ю., Шелгинский А. Я. Исследование охлаждающих покрытий на основе природных материалов. Надежность и безопасность энергетики 2025; 1: 53 – 58. https://doi.org/10.24223/1999-5555-2025-18-1-53-58</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Genbach А. А., Bondartsev D. Yu., Shelginsky A. Y. [Study of cooling coatings based on natural materials]. Nadezhnost' i bezopasnost' energetiki = Safety and Reliability of Power Industry 2025; 1: 53 – 58. (in Russian). https://doi.org/10.24223/1999-5555-2025-18-1-53-58</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jian Li, Fangjun Hong, Rongjian Xie, Ping Cheng. Pore scale simulation of evaporation in a porous wick of a loop heat pipe ﬂat evaporator using Lattice Boltzmann method. International Communications in Heat and Mass Transfer 2019; (102): 22 – 33. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2019.01.008 (In Eng.)</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jian Li, Fangjun Hong, Rongjian Xie, Ping Cheng. Pore scale simulation of evaporation in a porous wick of a loop heat pipe ﬂat evaporator using Lattice Boltzmann method. International Communications in Heat and Mass Transfer 2019; (102): 22 – 33. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2019.01.008</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Arkadyev B. A. Features of steam turbine cooling by the example of an SKR-100 turbine for supercritical steam parameters (2015) Therm. Eng. 62, pp. 728 – 734. https://doi.org/10.1134/S004060151510002X (In Eng.)</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Arkadyev B. A. Features of steam turbine cooling by the example of an SKR-100 turbine for supercritical steam parameters (2015) Therm. Eng. 62, pp. 728 – 734. https://doi.org/10.1134/S004060151510002X</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
