Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2008 номер 4

Рассмотрены различные виды обледенения летательных аппаратов. Выбраны и обоснованы безразмерные параметры подобия. Обоснована необходимость создания аэроклиматической трубы для моделирования процессов обледенения. Приведена возможная конструктивная схема аэроклиматической трубы. Целесообразно создать специальный маломасштабный стенд, что позволит отработать способы создания равномерного поля концентраций переохлажденных капель заданного размера, а также выявить эффективность различных противообледенительных систем и покрытий.

Выполнена оценка экономии топлива на траектории разгона воздушно-космического самолета при подводе энергии в набегающий поток. Начальная и конечная скорости полета заданы. Использована модель глиссирующего полета над холодным воздухом в бесконечном изобарическом тепловом следе. Сравнение расходов топлива произведено на оптимальных траекториях. Расчеты выполнены при использовании комбинированной силовой установки, состоящей из прямоточного воздушно-реактивного двигателя и жидкостного ракетного двигателя. В первой части статьи для оценки тяги и удельного импульса ПВРД построена эксергетическая модель. Для оценки аэродинамического сопротивления летательного аппарата используется квадратичная зависимость от аэродинамической подъемной силы. Энергия на нагрев потока получается за счет эквивалентного уменьшения эксергии продуктов сгорания. Получены зависимости увеличения коэффициента дальности крейсерского полета при различных числах Маха. Во второй части статьи приводится математическая модель разгонного участка траектории полета летательного аппарата и результаты расчета по уменьшению затрат топлива на траектории разгона при заданном значении подводимой перед летательным аппаратом энергии.

Представлены результаты экспериментальных исследований возникновения турбулентности в градиентном пограничном слое при повышенной степени турбулентности набегающего потока. Впервые показано, что пограничный слой на крыле в условиях повышенной степени турбулентности модулирован полосчатыми структурами, как и в случае плоской пластины. Смоделирован один из возможных механизмов возникновения турбулентных пятен в пограничном слое крыла при взаимодействии полосчатых структур с высокочастотными волнами. Представлены качественные и количественные данные о развитии полосчатых структур в пограничном слое прямого и скользящего крыльев. Выявлены определенные различия в эволюции полосчатых структур в пограничном слое крыла и плоской пластины.

С помощью нелинейных параболизованных уравнений устойчивости рассчитаны гармоники волн Толлмина-Шлихтинга в сжимаемом пограничном слое на пластине. Показано, что при нарастании (вниз по течению) амплитуды второй гармоники до значений порядка амплитуды основной гармоники темп роста последней резко увеличивается. Подобное быстрое отклонение от результатов линейной теории характеризует начало перехода пограничного слоя в турбулентное состояние. Расчеты выполнены для чисел Маха М = 0,01 и 2.

Приведены результаты экспериментального исследования распределения температуры на поверхности теплообменника сложной формы типа "набивки Френкеля". Измерения выполнены при течении воздуха между двумя гофрированными пластинами с гофрами треугольного сечения, направленными под углом 90° друг к другу. Измерения проведены с помощью микротермопар, наклеенных на наружной поверхности нагреваемой поверхности. Анализируется влияние числа Рейнольдса, зазора между гофрированными пластинами и замены одной гофрированной пластины — гладкой на распределение температуры по поверхности теплообменника при турбулентном режиме течения воздуха. Проведенные исследования показали заметное влияние зазора и вносимых возмущений на вид распределения температуры по периметру нагреваемой ячейки.

Представлены результаты визуализации и комбинированных измерений параметров потока в отрывном течении за выступом в канале при номинально ламинарном режиме течения. Установлено, что течение в отрывной области является существенно трехмерным и нестационарным с выраженной ячеистой структурой и наличием зон с движением в трансверсальном направлении. Показано, что отрыв потока за выступом инициирует появление низкочастотных колебаний скорости потока и начало перехода к турбулентному режиму течения в канале. Выявлено значение критического числа Рейнольдса, соответствующее началу развития неустойчивости течения в канале. Показано, что при превышении критического числа Рейнольдса линейный интегральный масштаб пульсаций скорости потока в канале определяется размерами канала.

Рассмотрено влияние колебаний основного потока на эффективность нестационарной газовой завесы. Подтверждена возможность применения критического значения модифицированного критерия Струхаля для однорядной перфорации при идентификации квазистационарного режима в случае двухрядной перфорации. Отмечено проникновение возмущений внутрь каналов перфорации, что связано с эффектом "вантуза". Показано, что влияние нестационарности на эффективность завесы проявляется слабее для двухрядной перфорации по сравнению с однорядной.

Разработана математическая модель расчета двухфазного газодисперсного течения после внезапного осесимметричного расширения в трубе с использованием двухжидкостного эйлерова подхода. Модель основана на решении системы уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу для течения двухфазного потока. Для расчета флуктуационных характеристик дисперсной фазы применялись уравнения моделей Simonin (1991), Зайчика и др. (1994) и Деревича (2002). Представлены результаты сопоставительного анализа с имеющимися в литературе экспериментальными и расчетными данными по распространению отрывного двухфазного потока за внезапным расширением в плоском канале и трубе.

Рассмотрены колебания неоднородного псевдоожиженного слоя в поршневом режиме. Разработана и исследуется нелинейная одномерная модель колебаний слоя, включающая уравнения движения поверхности слоя и колебаний перепада давления в слое для фазы подъема поверхности и для фазы ее падения. На основе анализа модели, полученных численных решений и сравнения с экспериментом показаны квазидискретный процесс выхода газа из слоя с крупными пузырями и связанный с ним релаксационный (разрывный) тип колебаний поверхности и сопротивления слоя.

Экспериментально исследовано влияние искусственных возмущений на формирование структур при течении пленки воды по вертикальной пластине с нагревателем. Для измерения толщины пленки применен восьмиканальный емкостный датчик. Показано, что искусственные возмущения на поверхности пленки жидкости могут существенно изменять расстояние между струями от значений, соответствующих термокапиллярно-волновому режиму формирования струй, до значений, близких к термокапиллярному режиму. При этом расстояние между струями может быть изменено при более высоких по сравнению с термокапиллярным режимом значениях чисел Рейнольдса. Искусственные возмущения не приводят к существенному изменению относительной амплитуды крупных волн, но оказывают влияние на характер ее зависимости от плотности теплового потока.

При практическом изучении вскипания сильно перегретых жидкостей трудно освободиться от воздействия на этот процесс стенок сосудов и примесей. Поэтому всегда имеются сомнения в чистоте проводимого опыта, в его соответствии классической теории гомогенного стационарного зародышеобразования. Это снижает надежность проверки этой теории. Приведены основные результаты теории гомогенной нуклеации, а также формулы для расчета работы образования критического зародыша по величине наклона границы достижимого перегрева на изобарах и изотермах. В качестве критерия гомогенности вскипания рассматривается совпадение значений работы этого образования, вычисленной из опыта, с теорией. Проведены расчеты для нескольких жидкостей по изобарам и изотермам. Для всех жидкостей теоретическое значение работы образования критического зародыша больше эмпирического в 1,23–4,5 раза, что значительно превышает погрешность расчета. Таким образом, вскипание рассмотренных жидкостей не является гомогенным и, следовательно, адекватным классической теории нуклеации.

Предложена численно-аналитическая модель соударения полой капли расплава с поверхностью твердой полированной подложки. Модель базируется на интегральных законах сохранения массы и энергии соударяющейся капли, учитывает капиллярные и адгезионные свойства расплава. Проведен расчет основных параметров высокоскоростной деформации полой частицы: изменение ее высоты, толщины оболочки и диаметра контактного пятна до момента затвердевания растекающейся капли, а также изменение давления внутри капли до момента разрыва оболочки. Критическое значение давления, при котором происходит разрыв, оценивается по формуле, характеризующей прочность сферической оболочки. Показано вполне удовлетворительное согласование рассчитанных значений конечного диаметра сплэта, растекшейся и затвердевшей капли, с данными физического эксперимента.

Рассмотрена задача о сушке пористого проницаемого материала. Построены автомодельные решения для процесса диффузионного переноса влаги. Исследована зависимость интенсивности сушки от исходного состояния пористой среды, а также параметров внешнего воздействия.

На базе математической модели пористой реагирующей среды дается постановка и численное решение задачи о возникновении тления торфа в результате действия очага низового пожара. Найдено, что при умеренных температурах T ≤ 750 K зажигание и тление исходного реагента определяется интенсивностью внешнего очага горения, а также процессами сушки, пиролиза торфа и реакцией окисления прококсованного слоя.

Представлен численный анализ полусферических значений поглощательной, пропускательной и отражательной способностей плоского слоя и поглощательной способности сферы в зависимости от оптической толщины и показателя преломления.

Обобщен успешный опыт РКК "Энергия" и НПО "Искра" по созданию углерод-углеродного насадка для кислород-керосинового жидкостного ракетного двигателя. Описан методический подход, позволивший при сравнительно небольших затратах в полном объеме завершить отработку углерод-углеродного насадка. Представлены результаты практического применения углерод-углеродного насадка для жидкостного ракетного двигателя 11Д58М в рамках Международной космической программы "Морской старт".

Методом лазерной вспышки с погрешностью 2–4 % измерен коэффициент температуропроводности поликристаллического тантала в интервале температур от 293 до 1800 K. С использованием литературных данных по плотности и теплоемкости рассчитан коэффициент теплопроводности. Получены аппроксимирующие уравнения и таблицы справочных данных для температурной зависимости коэффициентов переноса тепла, проведено сопоставление с известными литературными данными.