Газодинамічна картина обтікання тіла високошвидкісним потоком

Перш ніж перейти до аналізу механізму блокування і віддзеркалення тепла, доцільно зупинитися на основних закономірностях конвективного теплообміну на неруйнівного і непроникною поверхні в високотемпературному хімічно активному газовому потоці. Попутно буде коротко описана газодинаміка течії близько затупленого тіла при великих швидкостях набігаючого потоку. Течії з великими числами на відміну від дозвукових течій супроводжуються низкою газодинамічних і фізико-хімічних ефектів. Перші призводять до того, що при обтіканні затупленого тіла утворюється ударна хвиля, яка відходить від тіла, залишаючись в околиці лобовій точки практично еквідистантно його поверхні. Розподіл тиску уздовж поверхні тіла при великих стає автомодельного, тобто не залежить від конкретного значення числа. Фізико-хімічні ефекти обумовлені зростанням температури, викликаним гальмуванням газу за ударною хвилею. При цьому відбувається перехід кінетичної енергії набігаючого потоку в теплову, збуджуються коливальні ступені свободи молекул газу, починається його дисоціація і навіть іонізація.

Розглядаючи газодинамічні і фізико-хімічні ефекти в сукупності, зазвичай поділяють область течії з числами на дві: надзвукову і гіперзвукову. Кордон між цими двома областями зазвичай встановлюють по початку дисоціації набігаючого потоку. Зауважимо, що в атмосферах інших планет нижня межа гіперзвукового перебігу може виявитися іншим. Так, на Венері, атмосфера якої представлена в основному С02, протягом слід вважати гіперзвуковим. На практиці доводиться зустрічатися з найрізноманітнішими випадками обтікання поверхонь, однак для аналізу доцільно виділити два характерних граничних варіанти: протягом в околиці точки гальмування затупленого тіла і обтікання плоскої пластини.

У першому випадку інтенсивність теплообміну дуже велика, швидкість обтікання, тиск і тертя сильно змінюються уздовж поверхні, при цьому протягом в прикордонному шарі залишається ламінарним. Крім конвективного теплообміну при великих швидкостях польоту (понад 8 км / с) важливу роль відіграє випромінювання стисненого шару газів. У другому випадку швидкість обтікання поверхні постійна, зміни в тепловому потоці і терті вздовж пластини досить малі,, хоча можливий перехід від ламінарного режиму течії до турбулентному, що супроводжується змінами теплового потоку і тертя. Рішення, отримані для плоскої пластини, можуть бути наближено використані для розрахунку нагріву бічних поверхонь чи крила корпусу ракети, лопаток газових турбін, стінок камери згоряння, що розширюється частини сопла, а також у всіх інших випадках з малими прискореннями потоку.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru

MAXCACHE: 0.48MB/0.00073 sec