Структура течения и теплообмен в газокапельном пограничном слое на адиабатической стенке

Автор: Ирина Валерьевна Голубкина

Соавторы: Осипцов А.Н., Агеев А.И.

Организация: НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова

В рамках двухконтинуальной модели сжимаемого ламинарного пограничного слоя [1] исследуется  продольное обтекание полубесконечной плоской теплоизолированной пластины сверхзвуковым газокапельным потоком. Массовая доля дисперсной фазы считается малой, но конечной. Рассматривается диапазон невысоких равновесных температур пластины, в котором испарением капель внутри пограничного слоя и на поверхности пластины можно пренебречь. Показано, что в заданных условиях необходимо учитывать  неоднородность температуры вещества внутри капли.  В межфазном обмене импульсом, помимо силы Стокса, учитывается подъемная сила Сэфмана [2], приводящая к осаждению капель на пластину и формированию тонкой жидкой пленки внутри пограничного слоя [3]. На основании параметрических численных расчетов исследованы распределения параметров фаз внутри пограничного слоя  и равновесной температуры вдоль поверхности пластины. Показано, что снижение температуры обтекаемой поверхности напрямую зависит от  величины силы Сэфмана, а также, что даже при небольших (порядка процента) массовых концентрациях капель в набегающем потоке равновесная температура стенки может понизиться на десятки градусов (Рис.1). Данное обстоятельство делает возможным использование примеси жидких капель в перспективных системах безмашинного  энергоразделения газовых потоков [4].

            Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ  (проект № 14-19-00699). 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.    Osiptsov A.N. Mathematical modeling of dusty-gas boundary layers// Appl. Mech. Rev. 1997. V. 50. P. 357-370.

2.    Saffman P.G.  The lift on a small sphere in a slow shear flow// J. Fluid Mech. 1965. V. 22. P. 385. Corrigendum: J. Fluid Mech. 1968. V. 31. P. 628.

3.    Осипцов А.Н., Шапиро Е.Г. Обтекание поверхности аэродисперсным потоком с образованием жидкой плёнки из осаждающихся частиц// Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 1989. № 4.  С. 85-92.

Леонтьев А.И. Газодинамический метод энергоразделения газовых потоков// Теплофизика высоких температур. 1997. Т. 35, № 1. С. 157.