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.
