Термогазодинамика обтекания пластины сверхзвуковым воздушно-капельным потоком
Автор: Сергей Станиславович Попович
Соавторы: Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Виноградов Ю.А.
Организация: НИИ механики МГУ
Известно, что поверхность, обтекаемая высокоскоростным потоком, разогревается до температуры близкой к локальной температуре торможения невозмущенного потока. Однако полного восстановления температуры до значения температуры торможения не происходит. Если поверхность теплоизолирована (непроницаема для теплового потока), то ее температура (адиабатная температура стенки) будет равна температуре пристенного слоя газа, в общем случае не равной температуре торможения потока.
Во многих прикладных задачах (теплозащита, безмашинное энергоразделение и т.п.) снижение адиабатной температуры стенки относительно температуры торможения приводит к существенному повышению положительного эффекта [1]. Решение данной задачи возможно через использование свойств газокапельных потоков с малой массовой концентрацией (до процента) жидкой фазы. В этом случае жидкая фаза практически не влияет на свойства основного газового потока, при этом сами капли могут охлаждаться до термодинамической температуры потока.
В работе представлены результаты измерения температуры поверхности плоской пластины, обтекаемой сверхзвуковым воздушным и воздушно-капельным потоком. Экспериментальные исследования проводились на сверхзвуковом аэродинамическом стенде 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 [2].
Металлическая пластина устанавливалась вертикально в рабочем канале аэродинамической установки. Капли жидкости (дистиллированная вода) в воздушный поток распылялись в форкамере через центробежные форсунки. Массовая концентрация жидкости составляла до 0.5% расхода воздуха, средний диаметр капель по Заутеру – 110 мкм, число Маха набегающего потока М = 2.5, 3.0. Результаты измерений температуры поверхности пластины для случая однофазного (без капель) воздушного потока сравнивались с результатами для воздушно-капельного потока при одинаковых параметрах (по воздуху) в форкамере.
1. 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.
2. Попович С.С., Здитовец А.Г, Киселев Н.А., Виноградов Ю.А., Медвецкая Н.В. Измерение адиабатной температуры стенки плоской пластины, обтекаемой сверхзвуковым воздушно-капельным потоком // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2020. № 5.
