Аннотация:Взаимодействие ударных волн с пограничным слоем на поверхностях различных типов – классическая задача термогазодинамики. В области отрыва пограничного слоя из-за взаимодействия с ударной волной возникают пиковые тепловые потоки. Этот эффект необходимо подавлять в случае разработки мер тепловой защиты, либо можно использовать для локальной интенсификации теплообмена.
Тепловой поток в стенку при сверхзвуковых скоростях обтекания определяется коэффициентом теплоотдачи и разностью между температурой обтекаемой поверхности и температурой теплоизолированной (адиабатной) стенки. Адиабатная температура в практике инженерных и научных расчетов определяется через коэффициент восстановления температуры, который показывает долю кинетической энергии потока, переходящей в тепло на стенке.
Актуальность задачи определения адиабатной температуры стенки обусловлена исследованием возможностей повышения эффективности устройства газодинамической температурной стратификации (трубы Леонтьева). Принцип действия устройства основан на следующем газодинамическом эффекте: температура адиабатной стенки, обтекаемой потоком сжимаемого газа, может существенно отличаться от температуры торможения потока за счет диссипативных процессов в пограничном слое. За счет теплообмена через теплопроводную стенку между дозвуковым и сверхзвуковым потоками в устройстве стратификации удаётся получить на выходе два потока с разными температурами.
В данной работе представлены результаты экспериментального исследования влияния на адиабатную температуру пластины инициированной ударной волны. Диапазон исследованных чисел Маха набегающего потока – от 2.0 до 3.5. Критерий Рейнольдса по длине динамического пограничного слоя составлял не менее 6106, что свидетельствует о турбулентном режиме течения. Исследовалось распределение статического давления, адиабатной температуры стенки, чисел Маха и коэффициентов восстановления температуры вдоль пластины. В области падения ударной волны наблюдается повышение адиабатной температуры и коэффициента восстановления. В отрывной области за преградой фиксируется уменьшение температуры стенки. Коэффициент восстановления в отрывной области оказывается ниже на величину до 10% в сравнении с безотрывным обтеканием стенки.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о положительном влиянии ударных волн на интенсификацию теплообмена в сверхзвуковом канале теплообменного аппарата, работающего по принципу газодинамической температурной стратификации. Экспериментальные исследования проводились на сверхзвуковом аэродинамическом стенде с использованием систем регистрации данных National Instruments, автоматизированных программ опроса и обработки показаний датчиков в среде LabView, оптических методов визуализации картины течения и бесконтактных тепловизионных методов фиксации температурных полей. Исследования проводились на экспериментальной базе НИИ механики МГУ.
