Динамика вязких циркуляционных течений в трубах и поверхностных воронках

13. При физическом моделировании по определяющему критерию Фруда глубину воронки, полученную на модели, необходимо пересчитывать на натуру с масштабным коэффициентом , где - линейный масштаб модели, либо для получения глубины воронки на модели, соответствующей линейному масштабному пересчету на натуру, идти на форсирование скорости в раз по отношению к ее значению по правилу Фруда.
14. Изложенные в диссертационной работе математические модели циркуляционно-продольного течения в трубе и в поверхностной вихревой воронке прошли верификационную проверку по эмпирическим данным, полученным разными авторами. Верификационная проверка показала возможность применения этих моделей в инженерной практике и подтвердила универсальность полученных решений, позволяющую использовать их при оптимизации структуры циркуляционно-продольных течений в соответствии с технологическими требованиями, или оптимизации параметров устройств и сооружений в любых областях техники, где целесообразно применение закрученных потоков жидкости, а также при прогнозировании прорыва воронок в напорные водоводы гидротехнических сооружений.
15. В диссертации рассмотрена одна из фундаментальных проблем гидравлики, заключающаяся в целенаправленной интенсификации или подавлении турбулентности движущейся в поле центробежных сил среды. Основой управления турбулентностью среды является формирование циркуляционного течения определенной структуры, где ключевым параметром выступает турбулентная вязкость , которая не является свойством жидкости, а является свойством потока; целенаправленно формируя структуру течения, можно управлять турбулентной вязкостью; турбулентная вязкость нарастает в циркуляционном течении пропорционально радиальному градиенту угловой скорости , повышением этого градиента достигается эффект нарастания турбулентных напряжений, понижением его - эффект подавления турбулентности. Способность целенаправленно моделировать структуру течения достигается с помощью локального осевого лопастного завихрителя, ибо его направляющие лопасти могут быть спрофилированы вдоль радиуса любым необходимым образом.
16. Выполненные с использованием лазерных доплеровских измерителей скорости и термоанемометрической аппаратуры исследования турбулентной структуры сдвигового течения при взаимодействии спутных коаксиальных потоков со встречной циркуляцией позволили составить физическое описание картины течения, которое сводится к следующему: в месте объединения коаксиальных противоположно закрученных потоков наблюдается высокий градиент угловых скоростей вдоль текущего радиуса, практически стремящийся к бесконечности в сдвиговом слое на границе макровихрей; это приводит к появлению здесь вторичных вихрей, которые, в свою очередь, генерируют вихри следующего порядка малости и т.д.; таким образом, механическая энергия переходит от начального течения коаксиальных закрученных потоков к вихрям все более мелкого масштаба, пока в результате работы, совершаемой против сил вязкого трения, не преобразуется в тепловую; процесс передачи энергии к меньшим масштабам, называемый энергетическим вихревым каскадом, характеризуется исключительно высокой интенсивностью; генерирование вторичных и последующих вихрей с орбитальными скоростями, равными окружным скоростям входящих во взаимодействие противоположно закрученных потоков, определяет скорость радиального массо- и энергопереноса.
17. Показано, что степень турбулентности циркуляционного течения определяется соотношением в нем «свободного» и «вынужденного» вихрей; чем более поток соответствует течению с вращением по «твердому телу», тем ниже степень его турбулентности, на этом эффекте основана технология подавления турбулентности в циркуляционном потоке (технология «Око тайфуна»); показано, что технология подавления турбулентности весьма эффективна при гидроциклонной сепарации из воды мелкодисперсных примесей.
18. В результате выполненных исследований разработаны методы гидравлического расчета устройств с интенсификацией и подавлением турбулентности. Эти исследования показали значительные перспективы, открывающиеся с решением проблемы управления турбулентностью движущейся среды; считая это направление приоритетным, полагаю необходимым в дальнейшем сосредоточить внимание на глубоком экспериментальном изучении структурного моделирования свойств турбулентных течений и внедрении новых технологий.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих печатных работах автора:

1. Водосбросное устройство. Авт. свид. СССР №812877. 1981 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
2. Высоконапорная водосбросная система с контрвихревым гасителем энергии потока // Гидротехн. стр-во, 1981, 10, 29-31 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
3. Способ гашения энергии потока. Авт. свид. СССР №812876. 1981 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
4. Гаситель энергии потока. Авт.свид. СССР №874853. 1981 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В., Куперман В.Л.).
5. Устройство для аэрации воды в рыбоводных водоемах. Авт. свид. СССР №856415. 1981 (соавт. Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
6. Водосбросное устройство. Авт. свид. СССР №920099. 1982 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
7. Водосбросное устройство и его вариант. Авт. свид. СССР №924233. 1982 (соавт. Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
8. Градирня. Авт. свид. СССР №1188498. 1982 (соавт. Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
9. Двухкомпонентная форсунка. Авт. свид. СССР №963362. 1982 (соавт. Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
10. Проекты использования закрученных потоков в высоконапорных водосбросах // Гидротехника и мелиорация, София, 1983, 8, 3-7 (соавт. Волшаник В.В., Мордасов А.П.).
11. Исследования водосбросной системы с тангенциальным подводом потоков // Сб. тр. МИСИ, М., 1983, 187, 98-106 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
12. Шахтный вихревой водосброс с контрвихревым гасителем для высоконапорных гидроузлов // Сб. тр. МИСИ, М., 1983, 187, 151-157 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
13. Способ гашения энергии потока воды. Авт. свид. СССР №1010184. 1983 (соавт. Чепайкин Г.А., Редченко И.С.).
14. Energy dissipators for high-pressure water discharge structures, based on interaction coaxial swirled flows // Proc. 20 IAHR Congr., Moscow, 1983, 7, 464-467 (соавт. Krivchenko G.I., Mordasov A.P., Kviatkovskaya E.V., Volshanik V.V., Levanov A.V.).
15. Использование взаимодействующих закрученных потоков в решении проблем защиты окружающей среды // Изв. вузов. Строительство и архитектура, 1984, 8, 97-101 (соавт. Волшаник В.В., Мордасов А.П., Леванов А.В.).
16. Глушитель шума газового потока. Авт. свид. СССР №1073489. 1984 (соавт. Мордасов А.П., Волшаник В.В., Леванов А.В.).
17. Реактивный двигатель. Авт. свид. СССР №1083684. 1984 (соавт. Мордасов А.П., Волшаник В.В., Леванов А.В.).
18. Исследование модели высоконапорного глубинного водосброса со взаимодействием концентрических закрученных потоков // Гидротехн. стр-во, 1986, 12, 29-33 (соавт. Чепайкин Г.А.).
19. Гаситель энергии потока глубинного водосброса. Авт. свид. СССР №1233548. 1986 (соавт. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П., Волшаник В.В., Леванов А.В., Слисский С.М., Правдивец Ю.П.).
20. Swirled flows used for cavitation prevention in high-pressure water discharge systems // Proc. IAHR Symp. on Cavitation, Sendai, 1986, 287-291 (соавт. Karelin V.Y., Krivchenko G.I., Volshanik V.V., Mordasov A.P.).
21. Решение практических задач экологии с использованием закрученных потоков жидкости и энергии волн. Сб. Высш. образов. в СССР. М., 1987, 100-109 (соавт. Кривченко Г.И., Мордасов А.П., Волшаник В.В., Орехов Г.В.).
22. Гидравлический расчет вихревых безнапорных водосбросов // Гидротехн. стр-во, 1988, 11, 25-28 (соавт. Чепайкин Г.А.).
23. Градирня. Авт. свид. СССР №1467350. 1988 (соавт. Мордасов А.П., Волшаник В.В., Леванов А.В., Ходанков Н.А.).
24. Аналитический метод гидравлического расчета вихревых шахтных водосбросов // Гидротехн. стр-во, 1989, 4, 38-42 (соавт. Волшаник В.В., Мордасов А.П.).
25. Применение контрвихревых устройств для гашения энергии высокоскоростных потоков воды и аэрации жидкости // Тр. 10 научной конф. ВТШ, Брно, 1989, 16, 90-94 (соавт. Волшаник В.В., Мордасов А.П.).
26. Установившееся плавно изменяющееся движение закрученного кольцевого потока вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе // Сб. тр. МИСИ, 1989, 42-47 (соавт. Леванов А.В.).
27. Закрученные потоки в гидротехнических сооружениях. М., Энергоатомиздат, 1990, 280 с. (соавт. Волшаник В.В., Мордасов А.П.).
28. Численный метод расчета взаимодействия закрученных потоков в камере смешения контрвихревого аэратора // Тр. 2-го Международного симпозиума по газообмену через водные поверхности. Ун-т штата Миннесота, США, 1990 (соавт. Карелин В.Я., Ахметов В.К., Мордасов А.П., Волшаник В.В.).
29. Numerical methods of studying experimental characteristics of fluid swirling flow structure // Proc. IAHR Symp., Belgrad, 1990, 11-14 (соавт. Karelin V.Y., Mordasov A.P., Volshanik V.V.).
30. Гидравлический расчет гидротехнических сооружений с закруткой потока. Учебное пособие. М., МИСИ, 1992 (соавт. Волшаник В.В., Мордасов А.П., Данек М., Рыбникар И.).
31. Руководство по проектированию и конструкторская документация вихревых аэраторов на донных водовыпусках плотин / Роскомвод, Росгипроводхоз, МИСИ. М., 1992 (соавт. Мордасов А.П., Орехов Г.В., Волшаник В.В., Ахметов В.К., Иванова Т.А., Арискин Н.Н., Лебедева О.Э., Притчин В.П., Крымов А.Н.).
32. Научное обоснование и техническое использование эффекта взаимодействия закрученных потоков // Вестник Отд. строит. наук Российской академии архитектуры и строительных наук, 2000, 3, 37-44 (соавт. Карелин В.Я., Волшаник В.В.).
33. Инженерная гидравлика закрученных потоков жидкости // Гидротехн. стр-во, 2000, 11, 23-26 (соавт. Карелин В.Я., Волшаник В.В., Орехов Г.В.).
34. Гидроциклон. П-т РФ №2206408. 2001(соавт. Волшаник В.В.,Скаткин М.Г.).
35. Универсальный смеситель. П-т РФ №2206378. 2001 (соавт. Волшаник В.В., Скаткин М.Г.).
36. Аналитическое исследование структуры потока вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе. М., МГСУ, 2001 (соавт. Волшаник В.В.).
37. Вихревые аэраторы - принцип действия и конструкции // Сб. МГСУ, М., 2001, 95-101 (соавт. Карелин В.Я., Волшаник В.В., Орехов Г.В.).
38. Использование вихревых аэраторов для интенсификации процессов очистки природных вод // Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация отходов, М., АСВ, 2002, 97-106 (соавт. Волшаник В.В., Орехов Г.В., Скаткин М.Г., Свитайло В.Д.).
39. Влияние турбулентной диффузии на процесс сепарации нефтесодержащих примесей в цилиндрическом гидроциклоне // Сб. тр. МГСУ и СПб ГТУ, М., 2002, 52-62 (соавт. Волшаник В.В., Орехов Г.В., Евстигнеев Н.М.).
40. Математическая модель течения в вихревой воронке со свободной поверхностью // Cб. н. тр. каф. использования водной энергии МГСУ. М., АСВ, 2004, 131-147 (соавт. Прудовский А.М., Родионов В.Б.).
41. Подавление турбулентности в прямоточных гидроциклонах // Вестник МГСУ. М., 2008, 4, 181-185.