Библиотека криофизика

Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики.
Избранные труды по теплообмену, гидродинамике, термодинамике

Книга избранных трудов Д.А. Лабунцова содержит работы по проблемам теплообмена, гидродинамики, термодинамики, вошедшие в фундаментальный научный базис современной энергетики.
В книгу включены важнейшие теоретические работы ученого по кипению жидкости, кон- денсации пара, механике двухфазных потоков, неравновесным процессам на границе фазовых переходов. Теоретические разработки дополнены материалами, содержащими оригинальные экспериментальные данные и результаты их обобщений.

Представлены также работы по отдельным вопросам термодинамики и теории теплооб- мена в однофазной среде, в сверхкритической области, в сверхтекучем гелии и некоторым принципам моделирования крупных энергетических объектов и их элементов.
Избранные труды Д.А. Лабунцова, издаваемые посмертно, суммируют многие научные идеи и результаты разработок ученого, имеющие огромную значимость для тепловой, атомной и нетрадиционной энергетики, прикладной криогеники и других современных технологий. Книга рассчитана на научных работников, инженеров-теплофизиков, аспирантов и студен- тов энергетических специальностей.

Научный редактор канд. техн. наук Т.М. Муратова

УДК 536.24 + 536.7 + 532.5
ББК 31.31 + 22.317 + 22.253.3
Л 127
ISBN 5-7046-0610-1

Доступно в pdf - Labuncov_Osnovy-energetiki.pdf

Д.А.Лабунцов. Биографический очерк

СОДЕРЖАНИЕ

От редактора
О научном наследии Дмитрия Александровича Лабунцова
I. Кипение: механизмы процесса
1. Механизм роста паровых пузырьков на поверхности нагрева при кипении
2. Исследование при помощи скоростной киносъемки роста пузырьков при кипении воды в широком диапазоне изменения давлений
3. О влиянии инерционных эффектов на рост паровых пузырей при кипении жидкости в вакууме
4. Современные представления о механизме пузырькового кипения жидкостей
5. Динамика паровых пузырей в области низких давлений
6. Скорость гравитационного вскипания и форма крупных пузырьков
7. Пленочное кипение при струйном орошении поверхности
8. Теория скачка вскипания
II. Кипение: теплообмен
9. Теплообмен при пузырьковом кипении жидкости
10. Обобщенные зависимости для теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкостей
11. Приближенная теория теплообмена при развитом пузырьковом кипении
12. К расчету теплоотдачи при пленочном кипении жидкости на вертикальных поверхностях нагрева
13. Исследование теплообмена и критических тепловых нагрузок при кипении жидкостей в условиях свободного движения на поверхностях из различных материалов
14. Интенсификация теплообмена и стабилизация процесса кипения в области весьма низких давлений
15. Вопросы теплообмена при пузырьковом кипении жидкости
16. Анализ условий переноса тепла при ламинарном пленочном кипении. Роль теплопроводности и конвекции
III. Кипение: кризис
17. Обобщенные зависимости для критических тепловых нагрузок при кипении жидкостей в условиях свободного движения
18. Об одном новом направлении в теории кризиса кипения
19. Кризис теплообмена при кипении потока воды в канале
IV. Конденсация
20. Теплоотдача при пленочной конденсации чистых паров на вертикальных поверхностях и горизонтальных трубах
21. Теплообмен при конденсации пара на вертикальной поверхности в условиях турбулентного стекания пленки конденсата
22. Обобщение теории конденсации Нуссельта на условия пространственно-неравномерного поля температур теплообменной поверхности
23. Конденсация пара в потоке недогретой жидкости
V. Механика двухфазных потоков
24. Паросодержание двухфазного адиабатного потока в вертикальных каналах
25. Аналитическое и экспериментальное исследование гидродинамики парового потока в сублимационном теплообменнике
26. Обобщение опытных данных по критическому истечению вскипающих жидкостей
27. Анализ границ устойчивого движения потока гелия сверхкритических параметров в обогреваемых каналах
28. Основные закономерности изменения паросодержания равновесных и неравновесных двухфазных потоков в каналах различной геометрии
29. Гидродинамика гидрозатвора АЭС с ВВЭР в аварийном и переходном режимах
VI. Неравновесные фазовые переходы
30. Анализ процессов испарения и конденсации
31. Кинетический анализ процессов испарения и конденсации
32. Физические и методические основы формулировки задач тепло-и массообмена при фазовых превращениях 33. Процессы интенсивного испарения
34. Неравновесные эффекты при испарении и конденсации
35. Отражение звука от свободной поверхности жидкости
36. К расчету теплообмена при пленочном кипении Не-II
37. Теория ламинарного пленочного кипения Не-II
38. Особенности пленочного кипения сверхтекучего гелия в свободном объеме
VII. Отдельные вопросы теплообмена, гидродинамики, моделирования
39. Некоторые вопросы теории теплообмена при ламинарном течении жидкости в трубах
40. Некоторые вопросы конвективного теплообмена в сверхкритической области
41. Особенности процесса переноса тепла от поверхности пластины к потоку с пространственно-временным периодическим изменением коэффициента теплоотдачи
42. Вопросы термогидромеханики геотермального теплоносителя
43. О моделировании аварий в системах ЯЭУ
VIII. Отдельные вопросы термодинамики
44. Вопросы термодинамики сверхтекучего гелия
45. Анализ термодинамической концепции располагаемой работы

ОТ РЕДАКТОРА

Дмитрий Александрович Лабунцов был выдающимся российским ученым-теплофизиком второй половины 20-го столетия, этого золотого века классической энергетики, времени ее больших достижений, подготовленных эффектными научными разработками. Он был одним из тех блестящих умов, кто создавал научный фундамент теплоэнергетики. Его публикации, даже краткие, часто становились событием научной жизни, многие его идеи давали старт новым направлениям исследований. Результаты его теоретических работ преломлялись в реальных инженерных приложениях, они и теперь продолжают осваиваться и дают активные импульсы для плодотворных поисков в области фундаментальной и прикладной теплофизики.

Творческое наследие Д.А. Лабунцова обширно и разнообразно. В круг его интересов входили многие узловые проблемы теплообмена, гидродинамики, термодинамики. В возрасте 33 лет он защитил докторскую диссертацию, содержавшую изложение целого комплекса разработанных им теоретических моделей теплообмена при кипении и конденсации. С этого времени он становится одним из признанных научных лидеров и Учителем, вовлекает в круг своих интересов многочисленных учеников. Характерное для творчества Дмитрия Александровича стремление к единому, концептуальному освоению больших комплексов явлений реализовалось в формировании научной школы Лабунцова с особым своеобразием царившего там метода поиска и осмысления физических основ процессов.

Д.А. Лабунцов сочетал в себе качества и теоретика, и экспериментатора. Как правило, его теории опережали опытные факты, но его всегда увлекала возможность найти экспериментальные подтверждения развитым им моделям не только путем обобщения известных опытных данных, но и на основе проводимых под его руководством и при его участии лабораторных исследований. Его ученики говорили, что ему свойственно было особое физическое ясновидение и, направляя проведение опытов, он умел «все перевернуть по-новому».

Семь лет прошло, как Дмитрия Александровича не стало среди живущих. Нет уже и некоторых его учеников и сотрудников. За 40 лет творческой жизни им написано около 150 статей — богатое, но, к сожалению, малодоступное наследство. Статьи публиковались в различных отраслевых и академических журналах, в сборниках трудов различных организаций, в материалах конференций, в изданиях союзных республик. Очень многое из опубликованного стало библиографической редкостью.

При жизни Дмитрия Александровича не вышло ни одной его монографии. Его всегда торопило в путь неизбывное любопытство к природе явлений. Оформляя результаты своих исследований в виде статей, он не хотел после этого тратить время и усилия на повторение пройденного. Будучи мощным генератором научных идей и щедрым их дарителем, он, вероятно, находил бoльший смысл и творческое удовлетворение в работе с учениками, в создании лекционных курсов и чтении лекций. Он был блестящий оратор и лектор, завораживавший слушателей высокой концентрацией и логической стройностью мысли, изяществом формы преподносимого материала, красотой поведения, облика и голоса — моцартовской чистотой линии. Все это осталось только в памяти слышавших его.

Дмитрий Александрович умел при жизни передать другим свою увлеченность, открыл для многих собственные пути в науке. Нельзя прерывать эту эстафету. Книга, впервые собравшая вместе избранные труды Д.А. Лабунцова, призвана, в доступной мере, представить читателю основные вехи творческого пути этого ученого, напомнить одним и открыть перед другими мощь интеллекта и обаяние таланта нашего выдающегося современника, рано ушедшего из жизни. Задача, стоящая перед составителем книги и редактором, была непростой: так отобрать статьи и так построить все собрание, чтобы отразить и круг интересов автора, и проследить развитие его идей на протяжении многих лет, и глубокую связь тематически разделенных задач — дать увидеть в избранном единое. Задача отчасти облегчалась тем, что редактору посчастливилось быть учеником Мастера, многие годы сотрудничать с ним на различных направлениях исследований.

Из богатого наследия Д.А. Лабунцова выбраны и включены в книгу 45 статей. В основу отбора материала положены четыре принципа.

1) Представить в рамках ограниченного объема как можно более объективно широкий спектр фундаментальных научных проблем, которые входили в круг интересов Д.А. Лабунцова и разработка которых отвечает целям физического обоснования актуальных прикладных задач энергетики, криогенной техники и других современных технологий. В соответствии с этой позицией в книге представлены статьи, посвященные кипению, конденсации и испарению в различных условиях; гидродинамике двухфазных потоков; молекулярно-кинетическим эффектам на межфазных границах при неравновесных фазовых переходах; теплообмену в сверхтекучем гелии; моделированию теплообмена в периодически структурированных системах, включая турбулентные потоки; принципам моделирования аварий в ядерных реакторах; классическому термодинамическому анализу.

2) Продемонстрировать примеры последовательного развития некоторых научных идей — от разработки отдельных системных задач до построения развернутой теории, как, например для задач, связанных с кипением и конденсацией, которые интересовали Д.А. Лабунцова на протяжении всей его жизни в науке. Показать при этом, как гармонично выстраивается автором взаимодействие теории и эксперимента, как уместны и точны были цели и задачи экспериментов, проводившихся под его руководством. Дать почувствовать читателю вкус дискуссионного задора, турнирного настроения, характерного для научного стиля Д.А. Лабунцова и очень украшавшего живую жизнь науки в условиях ее активного развития с участием многих действующих лиц.

3) Дать примеры построения эвристических физико-математических моделей, открывающих новые пути и методы для анализа физических процессов различного вида. Такова, например, модель переноса тепла при периодическом изменении коэффициента теплоотдачи, которая ориентирована на очень широкий спектр применения и продолжает использоваться для решения различных прикладных задач тепломассообмена; такова теория пограничных явлений при неравновесных фазовых переходах, которая позволила при ее создании предсказать необычные температурные инверсии на границе фаз, в последующем найти обоснования закономерностей бесшумового пленочного кипения гелия-II и продолжает интегрироваться в новейшие разработки, связанные с проблемами фазовых переходов.

4) Представить оригинальные подходы к решению отдельных фундаментальных задач, связанных либо с конкретными запросами теплоэнергетики, либо с потребностями развития отдельных направлений науки, где проявился характерный для Д.А. Лабунцова ясный аналитический стиль системного, концептуального исследования. К работам этого разряда относятся, в частности, две последние опубликованные при жизни ученого статьи: о моделировании аварий в ядерных реакторах и о термодинамической концепции располагаемой работы.

Хотелось также по возможности широко отразить в собрании имена соавторов Дмитрия Александровича — сотрудничавших с ним ученых, его многочисленных учеников. К сожалению, заданный объем книги не позволил выполнить этот замысел в полной мере.

В книгу включены две статьи из архива Д.А. Лабунцова, написанные в последние годы и не опубликованные при его жизни: одна, связанная с его занятиями геотермикой, призвана еще немного расширить для читателя круг прикладных задач энергетики, простые решения которых автор находил на общем фундаменте теплофизики; вторая — пример элегантного решения частной, но практически очень значимой гидродинамической задачи о кризисе течения нестационарного двухфазного потока, самая последняя работа ученого.

Статьи имеют разный объем и представляют как решения отдельных частных задач, так и законченные исследования крупных научных проблем, ранее малоизученных или спорных. Собранные вместе, эти работы составили оригинальную монографию, которая, хочется надеяться, будет воспринята как особый вклад в базовую литературу по физическим основам энергетики.

Внутри книги работы сгруппированы по тематическому принципу. Расстановка внутри группы подчиняется в основном хронологии появления работ в печати, иногда — логике предмета. Труды публикуются по первоисточникам. Поскольку создавались труды в разные годы и печатались в разных изданиях, при соединении их в одной книге была приведена к большему единообразию система обозначений и размерностей. Отдельные исправления опечаток или стилистических неточностей, незначительные сокращения были сделаны без дополнительных оговорок; все иные мелкие пояснения редактора оговорены. Значительная работа была проведена по уточнению списков цитированной литературы, которые представляют большую самостоятельную ценность не только как источники первичной информации, но и как очень понятные свидетельства этапных перемен, происходивших на пути развития теплотехнической науки в последние полстолетия.

Книга предваряется статьей о научном наследии Д.А. Лабунцова, написанной его учениками, профессорами В.В. Яговым и А.П. Крюковым, при участии доктора наук Ю.Б. Зудина, которые работали с Дмитрием Александровичем в МЭИ и продолжают развивать его научные идеи.

Издание книги стало возможным благодаря финансовой поддержке со стороны Российского фонда фундаментальных исследований РАН.

Добросердечную заинтересованность и поддержку проекту издания оказали хорошо знавшие Д.А. Лабунцова и много взаимодействовавшие с ним академик РАН, профессор А.И. Леонтьев и член-корреспондент РАН, профессор Э.Э. Шпильрайн.

При подготовке книги к изданию ее редактору помогало ощущение искренних ожиданий выхода книги, проявленных многими людьми, знавшими Дмитрия Александровича, а также внимательная профессиональная работа сотрудников издательства МЭИ. Тот факт, что читатель возьмет в руки эту книгу, означает, что труды Дмитрия Александровича Лабунцова найдут новое продолжение, и благодарная память о нем продлится...

Т. Муратова, кандидат технических наук
Декабрь 1999

Следующая страница: "Механика двухфазных систем. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. "