Численное исследование входа и распространения ударной волны в микроканале
Г. В. Шоев1, Е. А. Бондарь1, Д. В. Хотяновский1, А. Н. Кудрявцев1, Каору Марута2, М. С. Иванов1
1 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
2 Университет Тахоку
shoev@itam.nsc.ru
Ключевые слова: распространение ударных волн, микроканал, метод прямого статистического моделирования, скольжение и скачок температуры, нестационарные сверхзвуковые микротечения
Страницы: 19-34
Аннотация
Проведено численное исследование процесса входа ударной волны с числом Маха Mis = 2,03 и дальнейшего ее распространения в микроканале с использованием кинетического и континуального подходов. Численное моделирование на основе уравнений Навье−Стокса и метода прямого статистического моделирования проведено для различных чисел Кнудсена Kn = 8·10−3 и 8·10−2, определенных по полувысоте микроканала. При числе Кнудсена Kn = 8·10−3 обнаружено усиление ударной волны после входа в микроканал. Далее вниз по течению происходит затухание ударной волны, что качественно согласуется с экспериментальными данными. Показано, что квазиодномерная модель (без учета вязкости и теплопроводности) распространения ударной волны по каналу с разрывом в поперечном сечении согласуется с численным моделированием на основе уравнений Эйлера. Для обоих случаев наблюдается ускорение (усиление) ударной волны после входа в микроканал. При числе Кнудсена Kn = 8·10−2 проведено исследование влияния формы входа на распространение ударной волны по микроканалу. Обнаружено интенсивное затухание ударной волны в трех случаях: канал с разрывом поперечного сечения, соединение двух каналов с дополнительной тонкой разделительной пластиной, закругленное соединение в виде сектора с углом 90° (четверть окружности). Показано, что форма входа в микроканал может влиять на дальнейшее распространение ударной волны. При закругленном входе ударная волна распространяется с наибольшей скоростью.
|
