Аналогия Рейнольдса в сверхзвуковом отрывном течении газа

Автор: Сергей Станиславович Попович

Организация: НИИ механики МГУ

Одним из наиболее распространенных критериев оценки теплогидравлической эффективности каналов и трактов теплообменного и энергетического оборудования является коэффициент аналогии Рейнольдса – отношение коэффициента теплоотдачи, определяющего интенсивность теплообмена, к коэффициенту сопротивления, определяющего суммарные потери давления. Практически во всех методах интенсификации теплообмена (поверхностные турбулизаторы в виде ребер, штырьков, спиралей, вихревых камер и т.п.) коэффициент аналогии Рейнольдса снижается по сравнению с течением без интенсификаторов. Однако существуют отдельные перспективные способы интенсификации теплообмена, в которых наблюдается обратная тенденция опережающего роста теплообмена по сравнению с увеличением сопротивления: течение с положительным градиентом давления [1], использование вихреобразующего рельефа, формирование областей отрыва пограничного слоя и областей взаимодействия скачков уплотнения с пограничным слоем [2]. В данной работе внимание сконцентрировано на исследовании аналогии Рейнольдса в отрывной области сверхзвукового потока.

Исследование проводилось на сверхзвуковом аэродинамическом стенде АР-2 с использованием систем регистрации данных National Instruments, автоматизированных программ опроса и обработки показаний датчиков в среде LabView, термопар с термокомпенсацией, тепловизора и методов визуализации с помощью теневого прибора Теплера [3]. Число Маха набегающего потока варьировалось в диапазоне 2.0-3.0, температура торможения составляла около 293 К, число Рейнольдса, рассчитанное по длине динамического пограничного слоя от горла сопла, не менее 2·10⁷.

1.Kiselev N.A., Leontiev A.I., Vinogradov Y.A., Zditovets A.G., Popovich S.S. Heat transfer and skin-friction in a turbulent boundary layer under a non-equilibrium longitudinal adverse pressure gradient // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2021. Vol. 89. P. 108801.

2.Leontiev A.I., Popovich S.S., Vinogradov U.A., Strongin M.M. Experimental research of supersonic aerodynamic cooling effect and its application for energy separation efficiency // Proceedings of the 16th International Heat Transfer Conference, IHTC-16. 2018. V. 212244. 8 p.

3.Попович С.С. Особенности автоматизации эксперимента и обработки результатов при исследовании теплообмена в сверхзвуковом потоке сжимаемого газа // Программная инженерия. 2018. № 1. С. 35–45.