Слабка залежність коефіцієнта теплообміну

Слід особливо підкреслити слабку залежність коефіцієнта теплообміну від температури поверхні. Це знаходить своє відображення в малій величині показника ступеня. Таким чином, при заданій формі тіла і, отже, відомому похибка розрахунку теплового потоку може бути викликана лише помилками в розрахунку твори при температурі набігаючого газового потоку. Пояснимо рівень можливого відхилення величин в залежності від прийнятої схем розрахунку. Ймовірна похибка при високих становить майже ± 30% Звідси розкид розрахункових значень теплового потоку, що приводяться раз особистими авторами, складає приблизно 20%. Зауважимо, що і похибка наявних експериментальних даних має той же порядок. Для прикладу наведемо результати розрахунків і експериментів з роботи Фенстера, який, до речі, враховував додатково іонізацію. Відміну від розрахунків є лише в рівноважному наближенні, де враховувалася залежність ID від місцевої температури в пограничному шарі. Видно, що в замороженому прикордонному шарі розрахунковий тепловий потік може виявитися на 20% вище, ніж в рівноважному, однак експериментальні дані заповнюють весь простір між розрахунковими кривими. Аеродинамічний нагрів в околиці точки гальмування. Звідси випливає, що шляхом збільшення радіусу затупленія носової частини тіла можна зменшити конвективний теплообмін в цій області. Всі представлені розрахунки відносяться до випадку каталітичної стінки, що відповідає повній рекомбінації атомів, що дифундують до поверхні тіла.

Але не всі поверхні і не за всіх умов обтікання є каталітичними по відношенню до реакцій рекомбінації атомів. Найбільш важливою з точки зору перенесення тепла і нагрівання поверхні компонентою повітря є кисень, оскільки його рекомбінація протікає в основному в низькотемпературній зоні біля поверхні, тоді як атоми азоту рекомбінують далеко від стінки при великих температурах. Ясно, що некаталітічность в найбільшій мірі проявляється в замороженому прикордонному шарі, коли біля поверхні виявляється достатня кількість нерекомбінірованних атомів. Якщо при цьому концентрація атомів на стінці велика, то дифузія атомів з потоку до стінки буде ослаблена і перенесення хімічної енергії буде малий у порівнянні з молекулярною теплопровідністю.

Механізм рекомбінації досить складний; вона визначається концентрацією атомів, щільністю газу в прикордонному шарі, ентальпією загальмованого потоку, температурою поверхні, геометрією моделі та каталітичною активністю стінки. Кількість тепла, що звільняється при рекомбінації, можна зменшити шляхом підбору поверхні з малою каталітичною активністю. Розглянемо можливість зменшення теплового потоку (майже в чотири рази) за рахунок придушення рекомбінації на стінці в замороженому прикордонному шарі. Видно, що скло та кераміка, що володіють низькою каталітичною активністю по відношенню до кисню, найбільш сприятливі з точки зору запобігання рекомбінації на стінці. Збільшення розмірів апарату і зменшення висоти польоту знижують ефект некаталітічності, оскільки при цьому зростає тиск за ударною хвилею і прикордонний шар наближається до рівноважного. Розподіл теплового потоку по поверхні тіла. Теплообмін на плоскій пластині в турбулентному пограничному шарі.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru