Исследование параметров термогазодинамики в пограничном слое сверхзвукового потока

Автор: Сергей Станиславович Попович

Организация: НИИ механики МГУ

Вследствие вязкой диссипации в пограничном слое сверхзвукового потока сжимаемого газа происходит перераспределение температуры торможения. В результате температура торможения во внутренней части пограничного слоя – температура восстановления – оказывается ниже, а во внешней части – выше, чем температура торможения в основном потоке (для газов с числом Прандтля меньшем единицы). Определение температуры восстановления является одной из главных проблем при исследовании теплообмена сверхзвуковых потоков, поскольку ее непосредственное измерение в эксперименте затруднено. Для этого необходимо либо проведение длительных экспериментов на теплоизолированных моделях с достижением равновесного теплового режима, либо использование специальных методик математической обработки кратковременных экспериментов.

Внешние воздействия (градиент давления, проницаемость стенки, число Прандтля рабочего тела, форма и рельеф поверхности, скачки уплотнения и отрывные течения) могут приводить как к повышению аэродинамического нагрева в локализованной области, так и к охлаждению стенки. Известен эффект снижения адиабатной температуры стенки до значений ниже термодинамической температуры при поперечном обтекании дозвуковым сжимаемым потоком цилиндра в области задней критической точки (эффект Эккерта-Вайзе). Для сверхзвуковых потоков снижение температуры восстановления фиксируется в следе за обтекаемым препятствием в виде клина, ребра или ступеньки.

Эффект перераспределения температуры торможения в пограничном слое сжимаемого газа вследствие вязкой диссипации газа в пограничном слое играет важное значение в задачах расчета аэродинамического нагрева поверхности, объяснении эффекта аэродинамического охлаждения в следе за плохо обтекаемыми телами, эффекта газодинамической температурной стратификации и некоторых других. Сложность измерения температуры торможения с помощью термопары, помещенной в сверхзвуковой поток, заключается в том же самом эффекте восстановления температуры при обтекании спая термопары, как и любого другого предмета в сверхзвуковом потоке. В результате перераспределения температуры в пограничном слое термопара измеряет не температуру торможения, а температуру восстановления, что может вносить значительную погрешность в измерения.

Работа выполняется при поддержке стипендии Президента РФ СП-631.2018.1.

 1.Leontiev A.I., Popovich S.S., Strongin M.M., Vinogradov Y.A. Adiabatic wall temperature and heat transfer coefficient influenced by separated supersonic flow // EPJ Web of Conf. 2017. V. 159. P. 1-5, DOI: 10.1051/epjconf/201715900030.