Тепломассообмен в дисперсных системах (пористые и зернистые среды, кипящий слой, закрученные дисперсные потоки, микродисперсные системы)

В институте ведутся комплексные теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики, тепло- и массопереноса в условиях свободной и вынужденной конвекции, волновых процессов при однофазном и двухфазном течении в пористых и зернистых средах и в элементах пористых систем – щелевых каналах и каналах сложной геометрии. Экспериментальные и теоретические исследования теплообмена однофазной жидкости с поверхностью, размещенной в зернистой среде, позволили установить универсальный закон тепломассоотдачи при турбулентной фильтрации. Исследован теплообмен на начальном участке при фильтрации в канале, теплообмен в инерционном режиме фильтрации. Построен метод ренормализационной группы, позволивший получить эффективные коэффициенты переноса в масштабно-инвариантной пористой среде в зависимости от ее фрактальной размерности. Результаты комплексного изучения процессов переноса в узких щелях (ячейке Хил-Шоу) показали возможность их использования для моделирования тепломассопереноса в пористых средах при соблюдении линейного закона сопротивления и определили границы применимости такой аналогии. Изучен энергообмен и массоперенос во вращающихся дисперсных системах. Обнаружено новое состояние дисперсной твердой фазы, взвешенной в закрученном потоке газа, обладающее упорядоченной квазикристаллической структурой. Создан комплекс экспериментальных установок, благодаря которому удалось провести систематическое исследование теплообмена при кипении и конденсации на поверхности, размещенной в зернистой среде. Получено, что переходное кипение происходит в широком диапазоне изменения плотности теплового потока. Разработана теория фазовых переходов в зернистой среде. Изучены основные закономерности капиллярной гидродинамики, тепло- и массообмена при двухфазных и двухжидкостных течениях в пористых средах и в каналах малого размера. Разработанные методы исследования основаны на построении физических моделей двухфазных течений в каналах сложной формы с размером меньше капиллярной постоянной, а также в больших ансамблях пор. Построена теория неравновесного вытеснения в пористой среде, вязкого языкообразования, капиллярного защемления фаз, а также двухфазного течения в прямоугольных и щелевых каналах малого размера. Теоретически и экспериментально исследовано образование поверхностных структур при вытеснении нефти водой, их нелинейное взаимодействие в однородных, слоисто-неоднородных и макронеоднородных пористых средах. Экспериментальное исследование газожидкостного течения в щелевом канале показало, что в каналах с зазором меньше капиллярной постоянной возникает новый ячеистый тип течения. Установлена роль капиллярных сил в прямоугольных каналах малого размера. Показано, что определяющим является процесс стягивания жидкости в углы канала капиллярными силами.