Результати чисельних розрахунків впливу вдуву чужорідних газів

Результати чисельних розрахунків впливу вдуву чужорідних газів в набігаючий потік повітря на теплообмін в точці гальмування затупленого осесиметричного тіла. Видно, що теплові потоки при вдув водню і парів двоокису кремнію досить сильно відрізняються. Обробка результатів розрахунку дозволила рекомендувати наступну Апроксимаційні формулу для коефіцієнта вдуву в ламінарний прикордонний шар. Як показують розрахунки і експерименти з руйнівними теплозахисними матеріалами, тепловий потік до стінки не звертається в нуль навіть при високих швидкостях вдуву газоподібних компонент. Розглянемо результати розрахунку руйнування графіту в дисоційованому потоці повітря. Звернемо увагу на дві обставини:

1. Облік хімічних реакцій на поверхні, через яку газоподібні продукти надходять в прикордонний шар, не змінив принципово виду залежності теплового потоку від витрати цих продуктів.

2. Початковий лінійна ділянка залежності змінюється на криволінійний. З ростом залежність асимптотично прагне до нуля.

По першому з них слід зробити додаткові пояснення. На відміну від вдуву однорідних, хімічно нейтральних газів руйнування теплозахисних матеріалів зазвичай пов'язано не тільки з подачею компонент в прикордонний шар, але і з відсмоктуванням на поверхні певних складових набігаючого потоку. У розглянутому вище варіанті з графітом такий відсмоктується компонентою був кисень повітря. При відсмоктуванні тепловий потік також змінюється, однак на відміну від вдуву величина з ростом збільшується. В іншому все зазначені раніше ефекти, в тому числі і залежність від молекулярної маси газу, зберігаються повністю. Може скластися така ситуація, що збільшення теплового потоку при відсмоктуванні легкого газу з набігаючого потоку перевершить за величиною зниження за рахунок вдуву продуктів хімічної реакції, що утворилися на поверхні. Тоді, незважаючи на те що результуючий витрата компонент з поверхні виявляється позитивним, тепловий потік у міру збільшення буде збільшуватися. Результати розрахунків горіння вуглецю в суміші водню і азоту ілюструють зазначену особливість, На поверхні графіту утворюється ацетилен з молекулярною масою, при цьому із зовнішнього потоку через пограничний шар відсмоктується водень. З малюнка видно, що швидкість збільшення теплового потоку із зростанням витрат вуглецю поступово сповільнюється. Це пов'язано з тим, що гетерогенне горіння вуглецю на поверхні змінюється гомогенної реакцією вуглецю з воднем в прикордонному шарі, тоді як на поверхні починається сублімація вуглецю. Перенесення фронту реакції у глибину прикордонного шару знижує вплив ефекту відсмоктування водню.

Розглянутий приклад вказує на важливість розрахунку коефіцієнта вдуву для сумішей газів з урахуванням певних супутніх чинників. Спроба описати ефект вдуву суміші тією ж формулою, замінивши в ній молекулярну масу одиночного газу MG на молекулярну масу суміші, непридатна хоча б тому, що при цьому не може бути пояснений факт збільшення теплового потоку. Більш правомірним є розрахунок коефіцієнта вдуву суміші у як середньоарифметичного значення коефіцієнтів. Для окремих компонент, взятих з ваговим множником, рівним відносним витратам цих компонент з урахуванням знака. Накопичений в процесі чисельних розрахунків досвід дозволив узагальнити їх результати у вигляді деякої універсальної залежності теплового потоку від наведеного витрати охолоджувача. Виявилося, що не тільки на ділянці лінійного зміни, але і в області, де крива асимптотично прагне до нуля, в залежність теплового потоку від витрати охолоджувача входить один і той же параметр у. Тому якщо використовувати в якості аргументу твір то отримана залежність для коефіцієнта теплообміну виявляється єдиною для всіх газів і може бути описана простими аналітичними виразами. Можна рекомендувати двоступеневу апроксимацію для коефіцієнта теплообміну.

В останні роки значний інтерес проявляється до проблем, пов'язаних з інтенсивним вдувом, коли масова швидкість вдуваемого газу порівнянна з питомою витратою газу в набігаючий потік (витратою газу набігаючого потоку, віднесених до одиниці обтічної поверхні тіла). Перш за все це пов'язано з тим, що при великих вдув відбувається практично повне відтискування зовнішнього потоку від стінки. При цьому прикордонний шар можна вважати складається з двох частин: внутрішнього шару з майже постійними температурою і складом газу і зовнішнього, в якому температура і швидкість збільшуються, досягаючи відповідних значень в невозмущенном потоці. Випадок великих швидкостей вдуву цікавий у зв'язку з проблемою входу тіл в атмосфери планет зі швидкістю, рівної другої космічної або перевершує її, при якій радіаційні теплові потоки до тіла досягають значних величин.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru