Оптические методы исследования динамики развития паровой и жидкостной фаз в капиллярно-пористых структурах

Исследовано охлаждение кипящим охладителем перспективных паровых турбин, работающих при температурах и давлениях, превышающих сверхкритические значения. Изучена система, работающая по схеме тепловой трубы, где к капиллярному потенциалу добавлен массовый. Выполнен расчет испарительной и конденсационной частей. Разработаны установки для оптических методов исследования динамики развития паровой и жидкостной фаз. Рассмотрена динамика процессов зарождения, роста и разрушения парового пузыря в капиллярно-пористой структуре с помощью оптических методов. Приведены кинограммы и голографические интерферограммы процессов теплопередачи для различных фитилей, тепловых нагрузок, избытка жидкости с расчетом внутренних характеристик кипения и выбросом капель жидкости из структуры. Возможность разделения общей энергии при зарождении парового зародыша является важной задачей борьбы с эрозией и кавитацией. Показана имитация аварийной ситуации путем снижения расхода охладителя до его минимального значения.
EDN: HNZJIV, https://elibrary/hnzjiv

Литература

[1] Pengfei H., Hou T., Gu W. et al. Non-equilibrium condensation flow characteristics of wet steam considering condensation shock effect in the steam turbine. Appl. Therm. Eng., 2025, vol. 259, art. 124828, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2024.124828

[2] Piwowarski M., Kosowski K., Richert M. Organic supercritical thermodynamic cycles with isothermal turbine. Energies, 2023, vol. 16, no. 12, art. 4745, doi: https://doi.org/10.3390/en16124745

[3] Genbach A.A., Beloev H.I., Bondartsev D.Yu et al. Boiling crisis in porous structures. Energy, 2022, vol. 259, art. 125076, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.125076

[4] Boubaker R., Platel V. Dynamic model of capillary pumped loop with unsaturated porous wick for terrestrial application. Energy, 2016, vol. 111, pp. 402–413, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.05.102

[5] Arkadyev B.A. Features of steam turbine cooling by the example of an SKR-100 turbine for supercritical steam parameters. Therm. Eng., 2015, vol. 62, no. 10, pp. 728–734, doi: https://doi.org/10.1134/S004060151510002X

[6] Kan K., Liu K., Xu Z. et al. Fluid deformation induced energy loss of pump-turbines based on the transport of mean kinetic energy. Renew. Energy, 2025, vol. 248, art. 122998, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.122998

[7] Ayli E. Cavitation in hydraulic turbines. Int. J. Heat Technol., 2019, vol. 37, no. 1, pp. 334–344, doi: https://doi.org/10.18280/ijht.370140

[8] Popov A.V., Kulakov E.N., Kruglikov P.A. et al. Determining the optimum pressure differential across the control valve of a hydroturbine driven pump. Therm. Eng., 2024, vol. 71, no. 2, pp. 118–124, doi: https://doi.org/10.1134/S0040601524020071

[9] Genbach A.A., Beloev H., Bondartsev D. Comparison of cooling systems in power plant units. Energies, 2021, vol. 14, no. 19, art. 6365, doi: https://doi.org/10.3390/en14196365

[10] Di A., Li Y., Liu C. A review of cavitation problems of cryogenic fluids in gathering pipelines. J. Pipeline Sci. Eng., 2025, art. 100269, doi: https://doi.org/10.1016/j.jpse.2025.100269

[11] Sedlar M., Koutny A., Kratky T. et al. Assessment of cavitation erosion using combined numerical and experimental approach. Fluids, 2024, vol. 9, no. 11, art. 259, doi: https://doi.org/10.3390/fluids9110259

[12] Ge M., Zhang G., Zhang X. Recent developments and future directions in flow visualization: experiments and techniques. Fluids, 2025, vol. 10, no. 2, art. 23, doi: https://doi.org/10.3390/fluids10020023

[13] Valshin A.M., Pershin S.M., Tavlykaev R.F. et al. Increase in the power of a commercial He-Ne laser under combined pumping. Phys. Wave Phen., 2015, vol. 23, no. 3, pp. 199–201, doi: https://doi.org/10.3103/S1541308X15030061

[14] Litvintsova Y.E., Kuzmenkov D.M., Muradyan K.Y. et al. Diagnostics of transient heat-transfer regimes during pool boiling based on wavelet transform of temperature fluctuations. Therm. Eng., 2023, vol. 70, no. 11, pp. 875–884, doi: https://doi.org/10.1134/S0040601523110101

[15] Genbach A.A., Bondartsev D.Y., Genbach N.A. et al. Experimental studies of natural material-based coatings for thermal protection of metallic surfaces. J Mater Sci: Mater Eng., 2025, vol. 20, no. 1, art. 46, doi: https://doi.org/10.1186/s40712-025-00252-5

[16] Volkov A.V., Malenkov A.S., Shelginsky A.Ia. Resource-saving system of heat and cold supply in power complex of the metallurgical plant. Solid State Phenom., 2018, vol. 284, pp. 1398–1403, doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.284.1398

[17] Jia B., Soyama H. Non-spherical cavitation bubbles: a review. Fluids, 2024, vol. 9, no. 11, art. 249, doi: https://doi.org/10.3390/fluids9110249

[18] Tribbiani G., Capponi L., Tocci T. et al. An image-based technique for measuring velocity and shape of air bubbles in two-phase vertical bubbly flows. Fluids, 2025, vol. 10, no. 3, art. 69, doi: https://doi.org/10.3390/fluids10030069

[19] Mambro A., Congiu F., Galloni E. et al. Blade drag resistance in windage operating of low pressure steam turbines. Fluids, 2022, vol. 7, no. 12, art. 372, doi: https://doi.org/10.3390/fluids7120372

[20] Omelyanyuk M., Ukolov A., Pakhlyan I. et al. Experimental and numerical study of cavitation number limitations for hydrodynamic cavitation inception prediction. Fluids, 2022, vol. 7, no. 6, art. 198, doi: https://doi.org/10.3390/fluids7060198