Модифицированная алгебраическая модель турбулентной вязкости Себечи --- Смита для всей поверхности затупленного конуса

Для расчета интенсивности ламинарно-турбулентного теплообмена повсеместно используются алгебраические или дифференциальные модели, предназначенные для вычисления вклада турбулентных пульсаций в переносные свойства газа. Это обусловливает необходимость апробации (а зачастую, и модификации) полуэмпирических моделей на экспериментальных данных, полученных в условиях, моделирующих газодинамическую картину явления, наблюдаемую в практических приложениях. Газодинамическая картина при градиентном обтекании фрагментов конструкции летательных аппаратов (типа сферы или цилиндра) качественно отличается от картины обтекания боковых поверхностей этих фрагментов, что и предопределяет необходимость использования в этом случае различных полуэмпирических подходов с обязательной их апробацией на результатах соответствующих экспериментальных исследований. В последние годы появились публикации, посвященные модификации алгебраической модели, предназначенной для расчета вклада, вносимого в переносные свойства газа турбулентными пульсациями в пограничном слое, которые выполнены на базе экспериментальных данных, полученных при экстремально высоких числах Рейнольдса для полусферы. Предложена аналогичная модификация той же модели турбулентности, основанная на аппроксимации широкого круга экспериментальных данных, полученных для боковых поверхностей сферически затупленных конусов. В результате проведенных исследований сформулирована методика расчета ламинарно-турбулентного теплообмена на полной поверхности затупленного конуса, имеющая, с точки зрения большинства практических приложений, удовлетворительную точность. Показано, что данная методика расчета характеризуется минимальными погрешностями по сравнению с наиболее распространенными методами, предназначенными для решения данной задачи

Литература

[1] Землянский Б.А., ред. Конвективный теплообмен летательных аппаратов. М., ФИЗМАТЛИТ, 2014.

[2] Ширахи С.А., Трумен К.Р. Сравнение алгебраических моделей турбулентности на примере расчета с помощью параболизованных уравнений Навье --- Стокса сверхзвукового обтекания конуса со сферическим носком. Аэрокосмическая техника, 1990, № 10, с. 69--81.

[3] Кошкин В.К., ред. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. М., Машиностроение, 1975.

[4] Cebeci T., Smith A.M.O. Analysis of turbulent boundary layers. Academic Press, 1974.

[5] Горский В.В. Методика численного решения уравнений двумерного ламинарно-турбулентного пограничного слоя на проницаемой стенке затупленного тела вращения. Космонавтика и ракетостроение, 2017, № 3, с. 90--98.

[6] Горский В.В., Пугач М.А. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных по ламинарно-турбулентному теплообмену на поверхности полусферы, обтекаемой сверхзвуковым потоком воздуха. Теплофизика высоких температур, 2015, т. 53, № 2, с. 231--235. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364415020106

[7] Горский В.В. Теоретические основы расчета абляционной тепловой защиты. М., Научный мир, 2015.

[8] Уидхопф Дж.Ф., Холл Р. Измерение теплопередачи на затупленном конусе под углом атаки при переходном и турбулентном режиме течения. Ракетная техника и космонавтика, 1972, т. 10, № 10, с. 71--79.

[9] Widhopf G.F. Laminar, transitional and turbulent heat transfer measurement on a yawed blunt conical nosetip. TR-0172 (S2816-60). The Aerospace Corp., 1972.

[10] Сафиуллин Р.А. Теплообмен в области перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа, 1971, № 6, с. 92--96.

[11] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., Дрофа, 2003.

[12] Anderson A.D. Surface roughness effect. Boundary layer transition data correlation and analysis. Passive Nosetip Technology (PANT) Program, 1974. Part III, SAMSO TR-74-86.

[13] Горский В.В., Носатенко П.Я. Математическое моделирование процессов тепло- и массообмена при аэротермохимическом разрушении композиционных теплозащитных материалов на кремнеземной основе. М., Научный мир, 2008.

[14] Горский В.В., Локтионова А.Г., Сысенко В.А. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных о ламинарно-турбулентном теплообмене на боковой поверхности затупленного конуса в широком интервале изменения числа Рейнольдса. Космонавтика и ракетостроение, 2019, № 3, с. 46--54.

[15] Фэй Дж., Ридделл Ф. Теоретический анализ теплообмена в лобовой точке, омываемой диссоциированным воздухом. В: Проблемы движения головных частей ракет дальнего действия. М., ИИЛ, 1959, с. 217--256.