Вихревые структуры в системах охлаждения
Выпускник Физико-механического института СПбПУ Алексей Романов получил медаль Российской академии наук за численное исследование течений в каналах систем охлаждения газовых турбин. Работа раскрывает механизмы интенсификации теплообмена за счет вихревых структур, что важно для повышения надежности и КПД двигателей.
Постановлением Президиума РАН от 30 июня 2026 года медалями для студентов образовательных организаций высшего образования отмечены два выпускника Физико-механического института СПбПУ. Один из награжденных — Алексей Романов, окончивший магистратуру ФизМех в 2025 году по направлению «Прикладные математика и физика» (программа «Модели и высокопроизводительные вычисления в физической гидрогазодинамике»). Медаль присуждена за работу «Локальные особенности течения и теплообмена в оребренных каналах, типичных для систем охлаждения рабочих лопаток газовых турбин».
Суть научной задачи
Рабочие лопатки газотурбинных двигателей энергетического и транспортного назначения эксплуатируются при температурах, превышающих температуру плавления материала. Для сохранения ресурса лопаток применяется внутреннее охлаждение: через систему каналов внутри лопатки прокачивается воздух, отбираемый из компрессора. Чтобы отвести как можно больше тепла при минимальном расходе охладителя, внутренние стенки каналов покрывают ребрами-турбулизаторами. Они разрушают пристеночный слой и генерируют вихревые структуры, усиливающие теплоотдачу.
Проблема в том, что процесс образования вихрей в таких каналах, особенно с учетом вращения лопатки, сложен и не до конца изучен. Проектирование эффективных систем охлаждения требует точного понимания пространственно-временной эволюции этих структур.
Результаты работы
Алексей Романов выполнил численное исследование трехмерных турбулентных течений и теплообмена с использованием программного комплекса вычислительной гидродинамики. Объектами изучения стали однопроходные и двухпроходные конфигурации каналов с дискретными турбулизаторами — геометрии, характерные для реальных систем охлаждения.
В работе:
- Проведен сравнительный анализ течения в стационарных и вращающихся каналах продольно-петлевого типа. Учет вращения принципиален, так как центробежные и кориолисовы силы существенно меняют картину течения.
- Детально изучена пространственно-временная эволюция вихрей, генерируемых ребрами. Показано, как эти структуры интенсифицируют теплоотдачу на поверхности самих турбулизаторов и на гладких участках канала.
Полученные данные позволяют уточнить критерии проектирования охлаждающих трактов и повысить достоверность инженерных методик расчета.
.jpg)
