Оптические методы исследования динамики процессов тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых структурах

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.

1. 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.)

2. 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.)

3. 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

4. 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.)

5. Jia B., Soyama H. Non-Spherical Cavitation Bubbles: A Review (2024) Fluids, 9, 249. https://doi.org/10.3390/fluids9110249 (In Eng.)

6. 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.)

7. 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

8. 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

9. 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.)

10. 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.)