Экспериментально-теоретическое исследование адаптивного инерционно-капиллярного устройства отбора жидкости

Исследован динамический процесс взаимодействия тонкостенной податливой (адаптивной) пространственной конструкции, выполненной из проницаемого микропористого капиллярного разделителя фаз, с протекающей через нее лиофильной гомогенной жидкой смесью. Показано, что при отборе жидкой среды из емкости с размещенной в ней пространственной конструкцией возникает сила всестороннего сжатия. Сила приложена к той части разделителя фаз, которая расположена в области газовой фазы выше движущейся межфазной поверхности раздела газ — жидкость. Существование всестороннего силового воздействия определяется комплексом явлений различной физической природы: принципом Галилея — Торричелли, поверхностными взаимодействиями, естественной и/или искусственной гравитацией. Обнаруженный эффект можно использовать для поддержания текущего характерного линейного размера пространственной конструкции ниже некоторого предельного значения, определяемого известной формулой теории жестких капиллярных устройств отбора жидкости, которую применяли Ф.Т. Додж, В.М. Поляев и другие ученые в исследованиях по определению условий функционирования таких агрегатов. Это позволяет при сохранении заданной капиллярной удерживающей способности разделителя фаз увеличить время выработки жидкости и уменьшить ее остатки в емкости, а также расширить область практического использования капиллярных разделителей фаз, например, на топливные системы атмосферных высокоманевренных летательных аппаратов.

Литература

[1] Дергачев А.А., Иванов М.Ю., Кабанов В.А., Куранов Е.Г., Новиков А.Е., Реш Г.Ф., Большаков В.А., Новиков Ю.М. Способ выработки топлива из бака летательного аппарата. Пат. 2617903 РФ, 2017, бюл. № 13, 12 с.

[2] Реш Г.Ф., Иванов М.Ю., Новиков А.Е., Куранов Е.Г. Способ отбора жидкости из емкости с использованием адаптивных инерционно-капиллярных устройств. Актуальные проблемы космонавтики. Тр. XLII академических чтений по космонавтике, посвященных памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых-пионеров освоения космического пространства, Москва, 23–26 января 2018, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018, с. 421–422.

[3] ТУ 14-4-507–99. Сетка тканая с квадратными ячейками микронных размеров. 3 с.

[4] Багров В.В., Курпатенков А.В., Поляев В.М., Синцов А.Л., Сухоставец В.Ф. Капиллярные системы отбора жидкости из баков космических летательных аппаратов. Москва, Энергомаш, 1997. 328 с.

[5] Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. Москва, Машиностроение, 1988. 352 с.

[6] Челомей В.Н., Полухин Д.А., Миркин Н.Н., Орещенко В.М., Усов Г.Л. Пневмогидравлические системы двигательных установок с жидкостными ракетными двигателями. Москва, Машиностроение, 1978. 240 с.

[7] Никитин В.И., Куранов Е.Г., Реш Г.Ф. Топливный бак летательного аппарата. Пат. 2497724 РФ, 2013, бюл. № 31, 8 с.

[8] Новиков А.Е., Реш Г.Ф., Иванов М.Ю. Методика моделирования выработки топлива из баков летательных аппаратов в условиях воздействия знакопеременных перегрузок. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013, № 2, с. 99–110. URL: http://technomag.bmstu.ru/doc/533503.html (дата обращения 15 апреля 2018).

[9] Арзуманов Ю.Л., Халатов Е.М., Чекмазов В.И. Основы проектирования систем пневмо- и гидроавтоматики. Москва, Издательский дом «Спектр», 2017. 459 с.

[10] Арзуманов Ю.Л., Халатов Е.М., Чекмазов В.И., Чуканов К.П. Математические модели систем пневмоавтоматики. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 296 с.

[11] Димитриенко Ю.И. Механика сплошной среды. В 4 т. Т. 3: Основы механики жидкости и газа. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 463 с.

[12] Park J.-W., Ruch D., Wirtz R.A. Thermal/Fluid Characteristics of Isotropic Plain-Weave Screen Laminates as Heat Exchange Surfaces. 40th AIAA Aerospace Sciences, 2002, AIAA Paper 2002–0208, pp. 1–9.

[13] Bommisetty R.V.N., Joshi D.S., Kollati V.R. Flow Loss in Screens: A Fresh Look at Old Correlation. Journal of Mechanics Engineering and Automation, 2013, vol. 3, pp. 29–34.

[14] Tian J., Kim T., Lu T.J., Hodson H.P., Queheillalt D.T., Sypeck D.J., Wadley H.N.G. The Effects of Topology upon Fluid-Flow and Heat-Transfer within Cellular Copper Structures. International Journal of Heat and Mass transfer, 2004, vol. 47, pp. 3171–3186, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.02.010.

[15] Fischer A., Gerstmann J. Flow Resistance of Metallic Screens in Liquid, Gaseous and Cryogenic Flow. 5th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS), München, 1–5 July 2013, pp. 1–12.

[16] Middelstädt F., Gerstmann J. Numerical Investigations on Fluid Flow through Metal Screens. 5th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS), München, 1–5 July 2013, pp. 1–15.

[17] Давыдова А.В. Гидравлическое сопротивление сетчатых разделителей фаз в нестационарном потоке жидкости. Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2014, т. 4, № 7(70), с. 25–29.

[18] Tsuchiya T., Koishi Y., Iwamoto M., Yamada H. Possibility of a Straightening Flow-Meter by Using Woven Screen. Open Journal of Fluid Dynamics, 2015, vol. 5, pp. 34–38, doi: 10.4236/ojfd.2015.51005.

[19] Костюков А.В., Макаров А.Р., Мерзликин В.Г. Исследование теплогидравлических процессов в пористо-сетчатой матрице роторного теплообменника. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2017, № 1, с. 129–140.

[20] Зарубин В.С. Математическое моделирование в технике. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 496 с.

[21] Корнев К.Г. Пены в пористых средах. Москва, Физматлит, 2001. 192 с.

[22] Димитриенко Ю.И., Иванов М.Ю. Моделирование нелинейных динамических процессов переноса в пористых средах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2008, № 1, с. 24–38.

[23] Иванов М.Ю. Математическое моделирование динамических процессов в деформируемых пористых системах с фазовыми превращениями. Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014, 16 с.