Экспериментальное исследование эффекта восстановления температуры в сверхзвуковом потоке сжимаемого газа
Автор: Сергей Станиславович Попович
Соавторы: Виноградов Ю.А., Стронгин М.М.
Организация: НИИ механики МГУ
В технике хорошо известен эффект аэродинамического нагрева. Температура движущегося объекта в атмосфере близка к температуре торможения в результате перехода скоростного напора в теплоту. При сверхзвуковой скорости полета перед телом возникает головная ударная волна, за которая температура газа возрастает. При движении высокоскоростного потока в канале двигателя или в аэродинамической трубе обтекаемые поверхности разогреваются до температуры близкой к температуре торможения. Однако полного восстановления температуры до значения температуры торможения не происходит. Если стенка теплоизолирована, то температура пристенного слоя газа будет равняться температуре восстановления – в общем случае не равной температуре торможения. Мерой отклонения служит коэффициент восстановления температуры, показывающий долю энергии потока, переходящей в тепло на стенке.
Интенсивность теплообмена при сверхзвуковых скоростях течения оценивают по коэффициенту теплоотдачи (числу Стентона), который с учетом эффектов сжимаемости определяется отношением теплового потока в стенку к разности между температурой стенки и температурой восстановления. При определении коэффициента теплоотдачи в данном случае основной проблемой является нахождение температуры восстановления, поскольку её непосредственное определение в эксперименте затруднено. Предложена методика одновременного определения коэффициентов теплоотдачи и восстановления температуры в процессе запуска сверхзвуковой аэродинамической установки до выхода на равновесный тепловой режим [1]. Регистрируя термогазодинамические параметры сверхзвукового потока с частотой 1 Гц, можно вычислить тепловой поток на стенке с помощью решения одномерного уравнения теплопроводности для полубесконечного тела.
Экспериментальные исследования проводились на сверхзвуковом аэродинамическом стенде (Рис. 1) с использованием систем регистрации данных National Instruments, автоматизированных программ опроса и обработки показаний сенсорных устройств в среде LabView, термопар с термокомпенсацией, зондовых измерений, тепловизионных и оптических методов визуализации картины течения.
Работа выполняется за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-19-00699).
1. Виноградов Ю.А., Попович С.С., Стронгин М.М. Экспериментальное исследование коэффициента восстановления температуры и интенсификации теплоотдачи при течении на плоской стенке за ребром сверхзвукового потока сжимаемого газа. Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. № 11. С. 55-75, DOI: 10.7463/1116.0849557.
