533.6.011.6 Моделирование теплообмена и трения в тонком воздушном ламинарно-турбулентном пограничном слое над поверхностью полусферы

Горский В. В. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Локтионова А. Г. (МГТУ им.Н.Э.Баумана)

ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ, ТЕПЛООБМЕН, ТРЕНИЕ, ТУРБУЛЕНТНОСТЬ


doi: 10.18698/2309-3684-2019-2-5167


Сферические элементы конструкции летательных аппаратов относятся к числу их фрагментов, подверженных воздействию максимальных тепловых потоков, вследствие чего расчет теплового и силового нагружения полусферы вызывает повышенный интерес. Наиболее остро эта проблема стоит при экстремально высоких числах Рейнольдса, которым соответствует ламинарно-турбулентный режим течения газа в пограничном слое над полусферой. В то же время в фундаментальной монографии [1] по конвективному теплообмену летательных аппаратов, обобщающей результаты многолетних исследований по данной проблеме, именно этому вопросу не уделено должного внимания. В то же время в работе [2] было показано, что использование подходов, изложенных в работе [1], для полусферы сопряжено с внесением в расчет существенных ошибок при экстремально высоких значениях чисел Рейнольдса. К числу наименее изученных проблем ламинарно-турбулентного теплообмена относится расчет теплообмена и трения на проницаемой стенке, а корректное решение данной задачи к настоящему времени отсутствует. Целью данной стать является разработка высокоточного инженерного метода расчета теплообмена и трения в ламинарно-турбулентном пограничном слое на полусфере.


[1] Землянский Б.А., Лунев В.В., Власов В.И., Горшков А.Б., Залогин Г.Н., Ковалев Р.В. и др. Конвективный теплообмен летательных аппаратов. Москва, Физматлит, 2014, 377 с.
[2] Горский В.В. Методика численного решения уравнений двумерного ламинарно-турбулентного пограничного слоя на проницаемой стенке затупленного тела вращения. Космонавтика и ракетостроение, 2017, № 3, с. 90–97.
[3] Горский В.В., Ковальский М.Г. Методика численного моделирования обтекания осесимметричного затупленного тела в недорасширенной струе продуктов сгорания жидкостного ракетного двигателя. Математическое моделирование и численные методы, 2017, № 2, с. 65–80.
[4] 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. 94 –105.
[5] Димитриенко Ю.И., Коряков М.Н., Захаров А.А., Строганов А.С. Численное моделирование сопряженных аэрогазодинамических и термомеханических процессов в композитных конструкциях высокоскоростных летательных аппаратов. Математическое моделирование и численные методы, 2014, № 3 (3), c. 3–24.
[6] Гиршфельдер Дж., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. Москва, Изд-во иностранной литературы, 1961, 929 c.
[7] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Москва, Дрофа. 2003, 840 с.
[8] Горский В.В., Федоров С.Н. Об одном подходе к расчету вязкости диссоциированных газовых смесей, образованных из кислорода, азота и углерода. Инженерно-физический журнал, 2007, т. 80, № 5, с. 97–101.
[9] Cebeci T., Smith A.M.O. Analysis of Turbulent Boundary Layers. New York; San Francisco, London, Academic Press, 1974, 404 p.
[10] Gorskii V.V., Pugach M.A. Comparison of calculated and experimental data on laminar-turbulent heat transfer on the hemisphere surface streamlined by a supersonic air flow. High Temperature, 2015, vol. 53, iss. 2, pp. 223–227.
[11] Уидхопф Дж.Ф., Холл Р. Измерение теплопередачи на затупленном конусе под углом атаки при переходном и турбулентном режиме течения. Ракетная техника и космонавтика, 1972, т. 10, № 10, с. 71–78.
[12] 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 Aerospace Corp., San Bernardino, Calif.
[13] Горский В.В. Теоретические основы расчета абляционной тепловой защиты. Москва, Научный мир, 2015, 688 с.
[14] Горский В.В., Ковальский М.Г., Пугач М.А. Новый инженерный метод расчета теплообмена в ламинарно-турбулентном пограничном слое. Инженерно-физический журнал, 2018, т. 91, № 5, с. 1383–1391.
[15] Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории обработки наблюдений. Москва, Физматгиз, 1958, 333 с.
[16] Аоки М. Введение в методы оптимизации. Основы и приложения нелинейного программирования. Москва, Наука, 1977, 343 с.
[17] Мугалаев В.П. Исследование теплообмена и характеристик пограничного слоя на пористой поверхности. Тепло– и массоперенос. Т. 1: Тепло– и массоперенос при взаимодействии тел с потоками жидкости и газов. Минск, Наука и техника, 1968, с. 32–38.
[18] Романенко П.Н. Гидродинамика и теплообмен в пограничном слое. Москва, Энергия, 1974, 464 с.
[19] Горский В.В., Пугач М.А. Оценка влияния вдува газа на конвективный теплообмен в ламинарном и турбулентном пограничных слоя. Ученые записки ЦАГИ, 2016, т. 47, № 4, с. 34–43.
[20] Горский В.В., Локтионова А.Г. Методика расчёта степени блокировки теплообмена в ламинарно-турбулентном пограничном слое на поверхности затупленного конуса в результате вдува газа. Космонавтика и ракетостроение, 2018, № 5, с. 72–38.


Горский В.В., Локтионова А.Г. Моделирование теплообмена и трения в тонком воздушном ламинарно-турбулентном пограничном слое над поверхностью полусферы. Математическое моделирование и численные методы, 2019, № 2, с. 51–67.



Скачать статью

Количество скачиваний: 688