533.16 Методика численного решения уравнений ламинарно-турбулентного пограничного слоя на осесимметричном затупленном теле в струе продуктов сгорания ЖРД
Горский В. В. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Ковальский М. Г.
АБЛЯЦИЯ, ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА, УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, ОКИСЛЕНИЕ, ЭРОЗИЯ, ТЕПЛОВОЙ ПОТОК
doi: 10.18698/2309-3684-2018-2-96108
В настоящее время углеродные материалы широко используются в качестве абля-ционной тепловой защиты для теплонапряженных элементов конструкции изде-лий авиационной и ракетно-космической техники. В свою очередь, прогнозирование изменения с течением времени формы внешних поверхностей указанных элементов, обусловленных обгаром тепловой защиты, неотделимо от использования расчетно-теоретических методик, описывающих протекание различных физико-химических и механических процессов, сопутствующих протеканию рассматриваемого явления. При этом обязательным является апробация таких методик на результатах экспериментальных исследований, проведенных в струях аэродинамических установок.
К числу основных элементов абляции углеродных материалов относится их эрозия (механический унос массы), наблюдаемая обычно в высоконапорных газовых пото-ках. При этом в процессе экспериментальной отработки необходимо проводить исследования на крупномасштабных изделиях, что и обусловило широкое исполь-зование для моделирования процесса эрозии тепловой защиты недорасширенных струй продуктов сгорания жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
К числу основных проблем, возникающих при решении задач указанного типа, от-носится расчет ламинарно-турбулентного теплообмена при градиентном обтека-нии расходящейся газовой струей затупления испытываемой модели. Решению данной проблемы и посвящена данная статья, в которой используется модифици-рованный вариант полуэмпирической модели кажущейся турбулентной вязкости, апробированный на результатах экспериментальных исследований. Показано, что применение этого метода позволяет существенно уточнить тепловые режимы модели по сравнению с применения метода эффективной длины, повсеместно ис-пользуемого на практике.
[1] Горский В.В., Носатенко П.Я. Математическое моделирование процессов тепло- и массообмена при аэротермохимическом разрушении композици-онных теплозащитных материалов на кремнеземной основе. Москва, Научный мир, 2008, 256 с.
[2] Gorskij V.V., Resh V.G. The study of carbon matherial’s aerothermochemical destruction in combustion products of liquid-propellant rocket engines. 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, Saint Pe-tersburg, 2014, vol. 1–6, pp. 841–849.
[3] Горский В.В. Методика численного решения уравнений двумерного ла-минарно-турбулентного пограничного слоя на проницаемой стенке за-тупленного тела вращения. Космонавтика и ракетостроение. 2017. №3. С. 90.
[4] Горский В.В., Пугач М.А. Тепломассоперенос и трение в ламинарно-турбулентном пограничном слое на поверхности полусферы в сверхзву-ковом потоке. Наука и технологии. Избранные труды Всероссийской кон-ференции по проблемам науки и технологии. Москва, РАН, 2014. С. 27-56.
[5] Горский В.В., Ковальский М.Г. Методика численного моделирования об-текания осесимметричного затупленного тела в недорасширенной струе продуктов сгорания жидкостного ракетного двигателя. Математическое моделирование и численные методы, 2017, № 2, с. 65–80.
[6] Уидхопф Дж.Ф., Холл Р. Измерение теплопередачи на затупленном кону-се под углом атаки при переходном и турбулентном режиме течения. Ра-кетная техника и космонавтика. 1972. Т.10, № 10. С. 71.
[7] Widhopf G.F. Laminar, transitional and turbulent Heat Transfer Measurement on a yawed Blunt conical Nose tip. TR-0172 (S2816-60), 3, Aug, 1972, the aer-ospace Corp., San Bernardino, Calif.
[8] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Москва, Дрофа. 2003. 840 с.
[9] Трусов Б.Г. Моделирование химических и фазовых равновесий при высо-ких температурах. (ASTRA-4/pc). Техническое описание программы. Москва, Центр программных систем МГТУ им. Н.Э. Баумана. 1992.
[10] Землянский Б.А., Лунев В.В., Власов В.И., Горшков А.Б., Залогин Г.Н. Конвективный теплообмен летательных аппаратов. Москва, Физматлит, 2014, 380 с.
[11] Cebeci T., Smith A.M.O. Analysis of turbulent boundary layers. New York, San Francisco, London. Academic Press. 1974. 404p.
[12] Anderson A.D. Surface roughness effect. Boundary layer transition data corre-lation and analysis. Passive Nosetip Technology (PANT) Program, 1974. Part III, SAMSO TR-74-86.
[13] Phinney R.E. Mechanism for heat-transfer to a rough blunt body. Letters in heat and mass transfer, 1974. Vol. 1, № 2. P. 181.
[14] Powars C.A. Roughness effects augment heating data correlation and analysis. Passive Nose tip Technology (PANT) Program, 1974. V. XI. SAMSO TR-74-86.
Горский В.В., Ковальский М.Г. Методика численного решения уравнений ламинарно-турбулентного пограничного слоя на осесимметричном затупленном теле в струе продуктов сгорания ЖРД. Математическое моделирование и численные методы, 2018, № 2, с. 96–108.
Скачать статью
Количество скачиваний: 796