Анотація до роботи:

Іваницький Г.К. Тепломасообмін та гідродинаміка в парорідинних дисперсних середовищах. Теплофізичні основи дискретно-імпульсного введення енергії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю -5.14.06 – технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Інститут технічної теплофізики НАН України, Київ, 2003.

Дисертація присвячена розробці нового підходу до вивчення динаміки парорідинних систем бульбашкової структури у явищах скипання, кавітації, в тому числі і в парорідинних потоках, з метою обгрунтування ефективних методів інтенсифікації технологічних процесів в дисперсних середовищах і створення новітніх енергозберігаючих технологій. Цей підхід базується на детальному аналізі тісної взаємодії нерівноважних термодинамічних процесів, що контролюють поведінку одиничної парової бульбашки під час релаксації парорідинної системи бульбашкової структури до стану рівноваги, а також на максимальному урахуванні усіх теплофізичних та термодинамічних факторів, які визначають специфічний характер динамічних, термічних та енергетичних ефектів, що виникають в парорідинних середовищах. В рамках цього підходу розроблено універсальні математичні моделі, які з єдиних термодинамічних позицій адекватно описують динаміку одиничної бульбашки, динаміку бульбашкових ансамблей і закономірності витікання скипаючої рідини через канали у широкому інтервалі режимних параметрів без застосування обмежуючих припущень. На базі цих моделей розроблено прикладні комп'ютерні програми для вирішення конкретних задач. В результаті проведення великой кількості обчислювальних експериментів одержано нову важливу інформацію і встановлено нові невідомі раніше закономірності поведінки бульбашкових систем у явищах кипіння та кавітації і при витіканні скипаючих потоків в каналах, що дозволило значно розширити наші уявлення про природу і характер цих явищ.

У дисертації наведено аналітичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що виявляється у розробці і обгрунтуванні нового підходу до вивчення закономірностей протікання тепломасообмінних та гідродинамічних процесів в парорідинних системах бульбашкової структури. У рамках запропонованого підходу, який базується на детальному урахуванні основних фізичних і термодинамічних факторів, які зумовлюють особливості протікання цих процесів на мікрорівні, розроблено уніфіковані математичні моделі, котрі з єдиних позицій описують динаміку одиничної бульбашки і бульбашкових ансамблів. В результаті виконання дисертаційної роботи створено ефективний і надійний інструмент дослідження закономірностей поведінки парових бульбашок і бульбашкових структур у явищах кавітації та кипіння, що забезпечує можливість отримання нової корисної інформації стосовно природи механізмів і процесів, які спричиняють виникнення потужних динамічних ефектів, притаманних цим явищам, і дозволяє суттєво розширити наші уявлення про природу цих явищ. Створені математичні моделі використовуються при визначенні динамічних та енергетичних показників конкретних масообмінних та диспергуючих апаратів, а також для аналізу технологічних процесів з метою контролю і оптимального управління. На базі цих моделей створено науково обгрунтовані методики розрахунків роботи апаратів і технологічних ліній, які базуються на ідеології принципу ДІВЕ.

Основні наукові і практичні результати досліджень

1. Обгрунтовано переваги принципу дискретно-імпульсного введення енергії як перспективного способу інтенсифікації гідромеханічних і масообмінних процесів в дисперсних рідинних середовищах, що забезпечує суттєве зменшення непродуктивних витрат енергії. Сформульовано загальні критерії ефективності механізмів ДІВЕ стосовно їх практичного використання для інтенсифікації технологічних процесів.

2. На основі термодинамічного аналізу протікання нерівноважних процесів у парорідинних середовищах розроблено універсальну математичну модель динаміки одиничної бульбашки (модель ДОБ), яка без введення обмежуючих припущень однаково точно відображує поведінку парових і парогазових бульбашок в усьому температурному інтервалі існування рідинної фази.

3. Розглянуто модифікацію традиційного інтегрального методу вирішення нестаціонарних задач теплопровідності, що розширює область застосування цього методу. На цій основі розроблено математичну схему, яка у разі включення її до структури моделі ДОБ дозволяє набагато точніше відображати поведінку пульсуючих бульбашок у явищах кавітації.

4. Порівняння результатів розрахунків по моделі ДОБ з результатами експериментів різних авторів підтверджує здатність моделі адекватно описувати поведінку бульбашок у явищах кипіння, вибухового скипання, гідродинамічної, парової та акустичної кавітації без застосування додаткових припущень. Модель ДОБ передбачає результати дослідів з кращим наближенням, ніж моделі інших авторів.

5. Чисельний аналіз результатів експериментальних досліджень динаміки бульбашок у явищах кипіння і кавітації за допомогою моделі ДОБ дає змогу виявити нові, невідомі раніше закономірності поведінки бульбашок.

6. Вперше детально вивчено особливості поведінки бульбашок у явищах парової кавітації і проаналізовано ступінь впливу режимних параметрів на динамічні характеристики бульбашок.

7. Визначено механізми переходу процесу стабільної пульсації бульбашок в акустичному полі у режим розвиненої кавітації і запропоновано простий метод розрахунку порогових величин параметрів, які визначають початок розвиненої кавітації.

8. Вперше виявлено наявність ефекту розходження двох пульсуючих в акустичному полі бульбашок, що суперечить відомому закону Бйоркнеса про силову взаємодію пульсуючих бульбашок.

9. Запропоновано і обгрунтовано гіпотезу термічної нестабільності парових бульбашок, яка логічно пояснює причини руйнування бульбашок в процесах кавітації.

10. Створено принципово нову модель ДБА, яка описує закономірності розвитку ансамблю бульбашок внаслідок швидкої зміни зовнішнього тиску. За допомогою моделі одержано нову інформацію стосовно поведінки сукупності парових бульбашок у процесах кипіння і кавітації.

11. Створено модель ПТША, призначену для аналізу структури мікротечій в міжбульбашковому просторі ансамблю і для визначення локальних величин тиску та вектора швидкості таких мікротечій. Навіть за умов помірного розвинення ансамблю градієнти цих величини можуть набувати аномально великих значень.

12. Запропоновано новий підхід до розробки математичних моделей парорідинних потоків, який, на відміну від існуючих підходів, забезпечує урахування усіх факторів нерівноважності і коректний опис фізики процесу. В рамках цього підходу створено модель АСП, яка базується на рівняннях моделей ДОБ і ДБА і призначена для аналізу процесів витікання скипаючої рідини через канали.

13. Показано, що модель АСП здатна адекватно прогнозувати закономірності процесу стаціонарного і нестаціонарного витікання скипаючих потоків у широкому інтервалі змінення режимних параметрів, а також точно передбачати витратні характеристики таких потоків без проведення попередніх дослідів.

14. На відміну від існуючих моделей модель АСП описує умови переходу до критичного режиму витікання і відтворює ефект запирання потоку без застосування будь-яких первісних припущень. Вперше встановлено, що у критичному режимі витікання зміна протитиску супроводжується змінюванням локальних параметрів двофазного потоку усередині каналу.

15. Вперше одержано інформацію стосовно характеру передачі імпульсу збурення протитиску усередину каналу назустріч потоку в критичному режимі витікання і розраховано швидкість передачі такого сигналу.

16. Наведені у роботі математичні моделі та розроблені на їх основі комп'ютерні програми використовуються при вирішенні практичних задач,при створенні і удосконаленні технологій, що базуються на принципах ДІВЕ. Створені математичні моделі мають знайти широке застосування як точний і надійний інструмент при дослідженні динаміки парорідинних середовищ бульбашкової структури.

Публікації автора:

1. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Оптимизация процессов распылительной сушки. Киев: Наукова думка. 1984. 240 с.

Особистий внесок: участь в обгрунтуванні загальних положень, проведення теоретичних та експериментальних дослiджень, узагальнення результатiв, пiдготовка до друку.

2. Dolinsky A.A., Ivanitsky G.K., Basok B.I. Heat Transfer and Hydrodynamics in an Ensemble of Bubbles on Discharge of Boiling Liquid //Heat Transfer Research. 1993. V.25. №6. P.760-764.

Особистий внесок: планування та проведення дослiджень, узагальнення результатiв.

3. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Теоретическое обоснование принципа дискретно-импульсного ввода энергии. I. Модель динамики одиночного парового пузырька //Пром. теплотехника.- 1995.- Т.17, №5.- С.3-28.

Особистий внесок: обгрунтування концепцiй, розроблення та реалiзацiя ї моделі.

4. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Теоретическое обоснование принципа дискретно-импульсного ввода энергии. II. Исследование поведения ансамбля паровых пузырьков //Пром. теплотехника.- 1996.- Т.18, №1.- С.3-20.

Особистий внесок: Ідея, постановка, розв’язання задачі, проведення аналізу.

5. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Принципы разработки новых энергоресурсосберегающих технологий и оборудования на основе методов дискретно-импульсного ввода энергии //Пром. теплотехника.- 1997. - Т.19, №4-5.- С.24.

Особистий внесок: розробка концепції і методики досліджень, підготовка материалів до публикації.

6. Иваницкий Г.К. Моделирование процессов деформирования и дробления капель при движении в жидкости //Пром. теплотехника.- 1997.- Т.19, №1.- С.8-16.

7. Иваницкий Г.К. Распространение импульса давления в жидкости в трубах переменного сечения //Пром.теплотехника.- 1998.- Т.20, №6.-С.27-32.

8. Иваницкий Г.К. Разрушение капель эмульсии в адиабатно вскипающих потоках //Пром.теплотехника.-.1999.- Т.21, №4-5.- С.10-15.

9. Иваницкий. Г.К., Корчинский А.А., Матюшкин М.В. Математическое моделирование процессов в пульсационном диспергаторе ударного типа //Пром.теплотехника.- 2003.- Т.25, №1.- С.29-34.

Особистий внесок: створення математичної моделi, проведення теоретичних досліджень, пiдготовка до друку.

10. Dolinsky A.A., Ivanitsky G.K. The principle of discrete-pulse energy input - new approach to the development of efficient power-saving technologies //Ann.Review of Heat Transfer. Vol. XIII. 2003. N.-Y, Wallingford (UK): Begell House Inc. -P.

Особистий внесок: розробка концепції і методики досліджень, участь у проведенні досліджень та аналізі результатів, підготовка материалів до публикації.

11. Долинский А.А., Иваницкий. Г.К. Применение интегрального метода для расчета температурного поля в окрестности осциллирующего парового пузырька //Пром.теплотехника.- 2003.- Т.25, №3.- С.5-9.

Особистий внесок: розроблення математичної моделi, обгрунтування теоретичних концепцiй, проведення розрахунків.

12. Иваницкий Г.К. Наномасштабные эффекты в процессах кавитации. I. Паровая кавитация //Пром.теплотехника.- 2003.- Т.25, №4.- С.15-20.

13. Иваницкий Г.К. Наномасштабные эффекты в процессах кавитации. II. Критерий разрушения кавитационных пузырьков //Пром.теплотехника.- 2003.- Т.25, №5.- С.5-11.

14. Иваницкий Г.К Численное исследование динамики пузырьков в явлениях акустической кавитации //Пром.теплотехника.- 2003.- Т.25, №6.- С.22-28

15 Долинский А.А., Иваницкий Г.К. К вопросу определения температуры испарения диспергированного в газовой среде раствора //Физика аэродисп. систем. –К.: Изд-во КГУ. 1973. вып.8. С.27-31.

Особистий внесок: розробка концепції, проведення досліджень, аналіз результатів.

16. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. О распределении концентрации в капле раствора при интенсивном испарении // Физика аэродисп. систем- К.: Изд-во КГУ.- 1975.- вып.13.- С.19-24.

Особистий внесок: проведення теоретичних та експериментальних досліджень, аналіз одержаних результатів.

17. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Внутренние процессы переноса и их влияние на оптимизацию распылительной сушки. //Пром. теплотехника. 1979. Т.1. №1. С.57-65.

Особистий внесок: Аналіз та узагальнення результатів теоретичних і експериментальних досліджень, пiдготовка до публікації.

18. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Экспериментальные и теоретические исследования внутренних тепломассообменных процессов распылительной сушки. //Теплообмен и гидродинамика. -Киев: Наукова думка. 1987. -С.17-35.

Особистий внесок: участь в обгрунтуванні загальних концепцiй, постановка і проведення теоретичних та експериментальних дослiджень, узагальнення результатiв, пiдготовка до друку.

19. Иваницкий Г.К., Онатий И.З. Распределение температур в тонкой полимерной пленке, движущейся в зоне действия коронного разряда.//Пром. теплотехника. Т.2. №1. 1980.

Особистий внесок: створення математичної моделі, теоретичний аналіз результатів експериментальних досліджень.

20. Долинский А.А., Иваницкий Г.К., Малецкая К.Д., Нужный В.М., Рязанов В.В., Шиманский Ю.И. Аналитическое исследование процессов сушки капли раствора, ограниченного тонкой коркой растворенного вещества //Теплофизика и теплотехника. 1978. №35. С.26-29.

Особистий внесок: участь в обгрунтуванні теоретичних концепцiй, постановка та проведення дослiджень, узагальнення результатiв.

21. Иваницкий Г.К., Малецкая К.Д., Нужный В.М., Рязанов В.В.Расчет изменения температуры и влагосодержания в процессе сушки капель раствора //Интенсификация тепловлагопереноса в процессах сушки.-К.:Наук. думка.- 1979.- С.155-161.

Особистий внесок: участь в обгрунтуванні теоретичних концепцiй, постановка та проведення дослiджень, узагальнення результатiв.

22. Долинский А.А., Корчинский А.А., Конфорович А.А., Иваницкий Г.К., Ефимов В.А., Наконечный Н.Ф., Осипов В.П. Способ получения слитков. А.С. №1112642 от 8 мая 1984 г.

Особистий внесок: iдея та участь в розробленнi методу і конструкцiї апарата.

23. Долинский А.А., Николаев Ю.Д., Корчинский А.А., Иваницкий Г.К., Конфорович А.А., Слипченко И.П., Покотило В.В., Камянчук А.Е. Способ получения битумной эмульсионной пасты. Авт. свид. №1504860 от 28.08.1987 г.

Особистий внесок: iдея та участь у розробці нового способу.

24. Dolinsky A.A., Ivanitsky G.K. Vapor-Gas Bubble Dynamics at Discrete-Pulse Energy Injection // Proc. International Seminar on Transient Phenomena in Multiphase Flow.- Dubrovnik (Jugoslavia). - 1987, Part 4.- P.86-92.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних концепцiй, розроблення та реалiзацiя математичних моделей.

25. Dolinsky A.A., Ivanitsky G.K. Heat and mass transfer on the interface at evaporation of fluid drops in air and superheated vapor //Proc. Sixth Intern. Drying Symposium (IDS'88).- Versailles (France).- 1988.- Vol.2, Section C.- P.51-57.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних концепцiй, розроблення та реалiзацiя математичної моделі, проведення розрахунків, пiдготовка до публікації.

26. Иваницкий Г.К. Динамика перегретого парового пузырька в холодной жидкости //Труды II Всесоюзного совещания "Метастабильные фазовые состояния - теплофизические свойства и кинетика реакции". Т.I. Кипение и конденсация.- Свердловск: УрО АН СССР.- 1989.-С.173-174.

27. Иваницкий Г.К. Моделирование динамики паровых и парогазовых пузырьков в многофазных дисперсных системах //Труды YIII Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах". -Ленинград.- 1990 - Т.2.- С.203-205.

28. Долинский А.А., Иваницкий Г.К., Басок Б.И. Исследование тепломассообмена и гидродинамики в ансамбле пузырьков при истечении вскипающей жидкости //Тепломассообмен ММФ-92.-Минск: ИТМО АНБ.- 1992.- Т.4, Ч.1.-С.127-130.

Особистий внесок: участь в обгрунтуванні загальних концепцiй, постановка та проведення теоретичних та експериментальних дослiджень, узагальнення результатiв, пiдготовка до друку.

29. Dolinsky A.A., Ivanitsky G.K. Use of discrete-pulse energy input in various production processes //Proc.Intern. Conf. on Transport Phenomena Science and Technology.- Beijing (China): Higher Education Press. 1992.-P.89-100.

Особистий внесок: розробка концепції і методики досліджень, участь у проведенні досліджень та обробці результатів, підготовка материалів до публикації'.

30. Иваницкий Г.К. Исследование тепломассообмена при осцилляции и схлопывании паровых пузырьков в недогретой жидкости //Тепломассообмен ММФ-96.-Минск: ИТМО АНБ.- 1996.-Т.4, Ч.2.-С.15-19.

31. Dolinsky A.A., Ivanitsky G.K. Collective effects of the behavior of a vapor bubble ensemble in superheated or subcooled liquids //Proc. Intern. Conf. on Transport Phenomena. Science and Technology.- Beijing (China): Higher Education Press.- 1996.-P.225-233.

Особистий внесок: обгрунтування теоретичних концепцiй, розроблення та реалiзацiя математичних моделей, проведення аналітичних досліджень.

32. Иваницкий Г.К. Численное моделирование нестационарного истечения вскипающей жидкости в атмосферу через цилиндрические каналы //Труды II Российской нац. конф. по теплообмену.М.: МЭИ,- 1998.-.Т.4, Кипение, кризисы кипения, закризисный теплообмен, С.141-144.

33. Иваницкий Г.К. Моделирование стационарного и нестационарного истечения адиабатно вскипающей жидкости из коротких каналов //Тепломассообмен ММФ-2000. Минск: ИТМО НАНБ.-2000.-Т.5. С.96-105.

34. Basok B., Dolinsky A., Ivanitsky G., Ryzhkova T. Dynamics of single droplets moving through liquid media //Book of Abstracts of the International Symposium on Liquid-Liquid Two-Phase Flow and Transport Phenomena. 1997, - Antalia (Turkey).- Session 3.- 1997.- P.26-28.

Особистий внесок:: розробка фізичної та математичної моделей, участь у проведенні експериментальних досліджень, аналіз результатів, підготовка матеріалів до публікації.

35. Иваницкий Г.К. Исследование истечения вскипающей жидкости в газовую среду через короткие насадки //Дисперсные системы. XIХ научная конференция стран СНГ. Тезисы докладов. Одесса: Изд-во ОГУ, 2000, С.74-75.