Сравнение параметров теплообмена при неосесимметричном обтекании притупленного конуса с использованием коммерческого расчетного пакета FloEFD и инженерных методик

Аннотация

Проведены расчеты равновесной температуры поверхности объектов сложной формы, движущихся в плотных слоях атмосферы Земли со сверхзвуковой скоростью, сопряженные с необходимостью рассмотрения совокупности задач, не имеющих аналитического физико-математического описания. При решении использованы инженерные методики, основанные на полуэмпирических подходах, или численное моделирование процессов газодинамики и теплообмена в трехмерной постановке. Вследствие совершенствования характеристик вычислительной техники широкое применение находят коммерческие расчетные пакеты, предназначенные для моделирования обтекания тел приближенным решением системы уравнений Навье --- Стокса с ипользованием метода конечных элементов. Такие расчетные комплексы позволили с высокой точностью моделировать распределение давления на поверхности обтекаемого высокоскоростным потоком тела произвольной формы. Для их корректного использования задействованы значительные вычислительные мощности. В настоящее время продолжает выходить большое число публикаций, посвященных приближенным методам расчета интенсивности конвективного теплообмена при пространственном обтекании тел газовым потоком. Применение всех полуэмпирических методов ограничено телами простой геометрии. Наличие ограничений при использовании каждого подхода приводит к необходимости их сравнительной оценки и поиску возможностей их комбинирования. Сравнение выполнено на примере расчетного случая с относительно простой картиной обтекания, для которой существуют освоенные инженерные методики

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Бродский М.Ю. Сравнение параметров теплообмена при неосесимметричном обтекании притупленного конуса с использованием коммерческого расчетного пакета FloEFD и инженерных методик. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2024, № 2 (149), c. 28--41. EDN: LNRSAC

Литература

[1] Valio-Laurin R. Laminar heat transfer on three-dimensional blunt nosed bodies in hypersonic flow. ARSJ, 1959, vol. 29, no. 2, pp. 123--129. DOI: https://doi.org/10.2514/8.4698

[2] Горский В.В., Саввина А.Г. Конвективный теплообмен и трение в тонком ламинарно-турбулентном пограничном слое на непроницаемой боковой поверхности затупленных конусов малого удлинения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2021, № 3 (138), с. 25--37. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2021-3-25-37

[3] Горский В.В., Бродский М.Ю. Алгоритм газодинамического расчета асимметричных конусов методом локальных клиньев и конусов. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2023, № 1 (144), с. 22--37. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2023-1-22-37

[4] Лунёв В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М., Машиностроение, 1975.

[5] Лунёв В.В., Магомедов К.М., Павлов В.Г. Гиперзвуковое обтекание притупленных конусов с учетом равновесных физико-химических превращений. М., Вычислительный центр АН СССР, 1968.

[6] Лунёв В.В. Течение реальных газов с большими скоростями. М., ФИЗМАТЛИТ, 2007.

[7] Гуров Л.В., Думной Г.Е., Иванов А.В. Применение вычислительного комплекса FloEFD для расчета аэродинамики летательных аппаратов с газоструйными органами управления. Вестник концерна ПВО "Алмаз-Антей", 2015, № 2, с. 61--68. DOI: https://doi.org/10.38013/2542-0542-2015-2-61-68

[8] Минюшкин Д.Н., Крюков И.А. Расчет прогрева и уноса теплозащитного материала в осесимметричной постановке. ТВТ, 2020, т. 58, № 2, с. 244--248. DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364420020143

[9] Минюшкин Д.Н., Фролов И.С. Оценка конвективных тепловых потоков для метеороидных тел в трехмерной постановке. ТВТ, 2023, т. 61, № 4, с. 588--593. DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423040099

[10] Минюшкин Д.Н. Математическое моделирование изменения формы метеороидного тела при аэродинамическом нагреве. Дис. ... канд. физ.-мат. наук. М., МФТИ, 2023.

[11] Авдуевский В.С. Приближенный метод расчета трехмерного пограничного слоя на линии растекания. Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение, 1962, № 2, с. 11--16.

[12] Горский В.В. Теоретические основы расчета абляционной тепловой защиты. М., Научный Мир, 2015.

[13] Горский В.В., Ватолина Е.Г. Аппроксимационные формулы для расчета энтальпии равновесного воздуха в широком диапазоне изменения температур и давлений. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2002, № 2 (9), с. 76--83.

[14] Карасев П.И., Шишаева А.С., Аксенов А.А. Качественное построение расчетной сетки для решения задач аэродинамики в программном комплексе FlowVision. Вестник ЮУрГУ. Сер. Вычислительная математика и информатика, 2012, № 2, с. 46--58. DOI: http://dx.doi.org/10.14529/cmse120205

[15] Никитин П.В., Шкуратенко А.А. Влияние каталитически активной поверхности на интенсивность конвективного теплообмена. Труды МАИ, 2016, № 88. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=70574

[16] Гулард Р. О влиянии скоростей каталитической рекомбинации на теплопередачу при торможении гиперзвукового потока. Вопросы ракетной техники, 1959, № 5, с. 3--23.

[17] Горский В.В., Забарко Д.А., Оленичева А.А. Исследование процесса уноса массы углеродного материала в рамках полной термохимической модели его разрушения для случая равновесного протекания химических реакций в пограничном слое. ТВТ, 2012, т. 50, № 2, с. 307--312. EDN: OWXCTJ

[18] Горский В.В., Реш В.Г. Исследование аэротермохимического разрушения углеродного материала в струе продуктов сгорания ЖРД. Матер. XXXXIV Симп. по механике и процессам управления. Т. 1. М., РАН, 2014, с. 97--108.

[19] Пчелкин Ю.Д. Приближенный метод расчета уноса массы углеродных материалов в высокотемпературном потоке. Космонавтика и ракетостроение, 2014, № 2, с. 19--24. EDN: SFLGNL

[20] Горский В.В., Ковальский М.Н., Оленичева А.А. Определение кинетических констант окисления углеродных материалов на базе анализа результатов абляционных экспериментов. Инженерно-физический журнал, 2017, т. 90, № 1, с. 133--141. EDN: XGWSRX

[21] Пахомов Ф.М., Антонов В.А., Костин Г.Ф. и др. Теоретико-экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания тел выпукло-вогнутой конфигурации. Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, 2009, № 4, с. 93--97. EDN: MICGVP

[22] Полевой О.Б., Приходько А.А. Сравнительный анализ влияния теплообмена на структуру двумерных и трехмерных сверхзвуковых отрывных течений. IV Minsk Int. Heat and Mass Transfer Forum MIF, 2008, с. 1--12.

[23] Лукашов В.В., Терехов В.В., Ханъялич К. Теплообмен в пограничном слое на проницаемой пластине при вдуве и горении. Теплофизика и аэромеханика, 2013, т. 20, № 6, с. 705--712. EDN: RNIMMR

[24] Федорченко Е.А., Никитин П.В. Тепло- и массообмен на проницаемой поверхности системы тепловой защиты спускаемого космического аппарата малой формы. Труды МАИ, 2012, № 50. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=28811