moitvivt Моделирование, оптимизация и информационные технологии Modeling, Optimization and Information Technology 2310-6018 Издательство 10.26102/2310-6018/2025.48.1.045 1855 Анализ влияния газодинамических процессов на температурную стратификацию в устройстве энергоразделения с учетом закона Бернулли и эффекта Джоуля-Томсона Analysis of the influence of gas dynamic processes on temperature stratification in an energy separation device, taking into account Bernoulli's law and Joule-Thomson effect 0009-0002-5722-3224 Матвеев Александр Федорович Matveev Alexander Fedorovich mafiy78@mail.ru aff-1 0000-0002-1907-3790 Ковальногов Владислав Николаевич Kovalnogov Vladislav Nikolaevich kvn@ulstu.ru aff-2 Ульяновский государственный технический университет Ulyanovsk State Technical University Ульяновский государственный технический университет Ulyanovsk State Technical University 01 01 2026 1 1 10.26102/2310-6018/2025.48.1.045 Copyright © Авторы, 2026 2026 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

Cтатья предоставляет анализ ряда газодинамических процессов, влияющих на эффективность работы устройства газодинамической температурной стратификации. Актуальность исследования обусловлена необходимостью более точного описания процессов газодинамической температурной стратификации в устройствах энергоразделения, что имеет значение для повышения эффективности теплообменных и аэродинамических систем. Данная статья направлена на выявление закономерностей перераспределения энергии в потоке с учетом закона Бернулли и эффекта Джоуля-Томсона, а также на анализ их влияния на температурные градиенты внутри устройства газодинамической температурной стратификации. Методом исследования является математическое моделирование, выполненное в среде STAR-CCM+, позволяющее комплексно рассмотреть особенности течения газа, изменение скорости, давления и температуры в системе. В статье представлены результаты численного эксперимента, раскрыты механизмы влияния основных газодинамических эффектов на температурную стратификацию, выявлены ключевые зависимости между входными параметрами устройства и характеристиками потока, обоснована возможность целенаправленной оптимизации энергоразделения. Выведены математические модели, дополненные уравнениями, учитывающими роль закона Бернулли и эффекта Джоуля-Томсона. Рассмотрены соответствующие уравнения. Материалы статьи представляют практическую ценность для разработки и совершенствования энергоразделительных устройств, оптимизации рабочих процессов в газодинамических системах и повышения эффективности температурной стратификации в аэродинамических установках для использования в реальном секторе экономики.

The article provides an analysis of a number of gas-dynamic processes affecting the efficiency of the gas-dynamic temperature stratification device. The relevance of the study is due to the need for a more accurate description of the processes of gas-dynamic temperature stratification in energy separation devices, which is important for improving the efficiency of heat exchange and aerodynamic systems. This article is aimed at identifying patterns of energy redistribution in the flow, taking into account the Bernoulli law and the Joule-Thomson effect, as well as analyzing their impact on temperature gradients inside the gas-dynamic temperature stratification device. The study employs mathematical modeling conducted within the STAR-CCM+ framework, enabling a thorough exploration of gas flow characteristics, as well as variations in velocity, pressure, and temperature throughout the system. The article presents the results of a numerical experiment, reveals the mechanisms of influence of the main gas-dynamic effects on temperature stratification, identifies key dependencies between the input parameters of the device and the flow characteristics, and substantiates the possibility of targeted optimization of energy separation. Mathematical models are derived, supplemented by equations that take into account the role of Bernoulli's law and the Joule-Thomson effect. The corresponding equations are considered. The materials of the article are of practical value for the development and improvement of energy separation devices, optimization of working processes in gas-dynamic systems and increasing the efficiency of temperature stratification in aerodynamic installations for use in the real sector of the economy.

 газодинамическая температурная стратификация устройство энергоразделения математическое моделирование STAR-CCM+ закон Бернулли эффект Джоуля-Томсона gas dynamic temperature stratification energy separation device mathematical modeling STAR-CCM+ Bernoulli's law Joule-Thomson effect Исследование выполнено при поддержке мегагрантом Правительства РФ, соглашение № 075-15-2021-584. The study was supported by the Russian Government mega-grant, agreement No. 075-15-2021-584. References Волчков Э.П., Макаров М.С. Газодинамическая температурная стратификация в сверхзвуковом потоке. Известия Российской академии наук. Энергетика. 2006;(2):19–31. Фокеева Е.В., Ковальногов Н.Н. Повышение эффективности газодинамической температурной стратификации в дисперсном потоке*. Тепловые процессы в технике. 2010;2(8):338–341. Макарова М.С. Оптимизация температуры проницаемой стенки при вдуве инородного газа. Тепловые процессы в технике. 2012;4(7):291–296. Здитовец А.Г., Виноградов Ю.А., Стронгин М.М. Экспериментальное исследование безмашинного энергоразделения воздушных потоков в трубе Леонтьева. Тепловые процессы в технике. 2015;7(9):397–404. Leontiev A.I., Zditovets A.G., Kiselev N.A., Vinogradov Yu.A., Strongin M.M. Experimental Investigation of Energy (Temperature) Separation of a High-Velocity Air Flow in a Cylindrical Channel with a Permeable Wall. Experimental Thermal and Fluid Science. 2019;105:206–215. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2019.04.002 Рудник Р.С., Матвеев А.Ф., Ковальногов В.Н., Шеркунов В.В. Эффективность теплового разделения в различных конфигурациях трубы Леонтьева. Инженерный вестник Дона. 2024;(11):852–865. Цветова Е.В., Ковальногов В.Н., Федоров Р.В. Исследование эффективности комплексных методов интенсификации теплоотдачи при газодинамической температурной стратификации. Вестник Ульяновского государственного технического университета. 2020;(2–3):24–28. Макаров М.С., Макарова С.Н., Наумкин В.С. Газодинамическое энергоразделение в двух- и трехкаскадных трубах Леонтьева с изолирующей вставкой. В сборнике: Труды седьмой Российской национальной конференции по теплообмену: Том 1, 22–26 октября 2018 года, Москва, Россия. Москва: Издательский дом МЭИ; 2018. С. 205–209. Хазов Д.Е., Медвецкая Н.В. Способы повышения эффективности трубы Леонтьева. Тепловые процессы в технике. 2023;15(12):543–553. Бурцев С.А. Исследование путей повышения эффективности газодинамического энергоразделения. Теплофизика высоких температур. 2014;52(1):14–21. https://doi.org/10.7868/s0040364414010062 Ковальногов Н.Н., Выбор оптимальных параметров процесса газодинамической температурной стратификации в сверхзвуковом газовом потоке. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2010;(3):28–31. Бурцев С.А. Исследование устройства температурной стратификации при работе на природном газе. Наука и образование: научное издание Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. 2004;(9):1–21. Леонтьев А.И. Способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (Труба Леонтьева): заявл. 23.05.1996; опубл. 10.03.1998. Патент № 2106581 Российская Федерация, F25B9/02.10.03.1998. Кубланов М.С. Проверка адекватности математических моделей. Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015;(211):29–36. Леонтьев А.И., Бурцев С.А., Визель Я.М., Чижиков Ю.В. Экспериментальное исследование газодинамической температурной стратификации природного газа. Газовая промышленность. 2002;(11):72–75.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.