Моделирование теплообмена и трения в тонком воздушном ламинарном пограничном слое над боковой поверхностью затупленного конуса малого удлинения

Качественное решение задачи о расчете конвективного теплообмена может быть получено только в результате численного интегрирования дифференциальных уравнений пограничного слоя, что сопряжено с преодолением целого ряда вычислительных проблем. Исключительно важным является разработка относительно простых методов расчета, но имеющих достаточно высокую точность. Как первое приближение к решению данной задачи можно рассматривать применение метода эффективной длины, который характеризуется удовлетворительной с точки зрения практики точностью расчета конвективного теплообмена, вследствие чего он получил широкое распространение при проектировании летательных аппаратов. Однако этот метод также характеризуется относительно высокой трудоемкостью, хотя она и значительно меньше, чем при численном интегрировании дифференциальных уравнений пограничного слоя. Наиболее эффективным подходом к решению задач теплообмена и трения в инженерной практике является использование простых алгебраических формул, полученных на базе аппроксимации результатов строгих численных расчетов или экспериментальных исследований. К сожалению, в литературных источниках отсутствует информация о точности этих формул для различных условий функционирования изделий. Приведено решение этой проблемы на основе систематических численных решений уравнений пограничного слоя в максимально строгой расчетно-теоретической постановке, а также проведения детального анализа точности полученных алгебраических формул и их литературных аналогов

Литература

[1] Гиршфельдер Дж., Кертис Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М., ИЛ, 1961.

[2] Горский В.В., Леонов А.Г., Локтионова А.Г. К вопросу о расчете конвективного теплообмена в ламинарно-турбулентном пограничном слое на непроницаемой поверхности полусферы. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2019, № 3, с. 17--28. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2019-3-17-28

[3] Горский В.В., Локтионова А.Г. Методика расчета степени блокировки теплообмена в ламинарно-турбулентном пограничном слое на поверхности затупленного конуса в результате вдува газа. Космонавтика и ракетостроение, 2018, № 5, с. 72--78.

[4] Предводителев А.С., ред. Таблицы термодинамических функций воздуха (для температур от 200 до 6000 K и давлений от 0,00001 до 100 атмосфер). М., Вычислительный центр АН СССР, 1962.

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

[6] Горский В.В., Федоров С.Н. Об одном подходе к расчету вязкости диссоциированных газовых смесей, образованных из кислорода, азота и углерода. Инженерно-физический журнал, 2007, т. 80, № 5, с. 97--101.

[7] Лунев В.В. Течение реальных газов с большими скоростями. М., ФИЗМАТЛИТ, 2007.

[8] Mac-Cormack R.W. The effect of viscosity in hyper velocity impact ring. AAIA, 1969.

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

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

[11] Аоки М. Введение в методы оптимизации. Основы и приложения нелинейного программирования. М., Наука, 1977.

[12] Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. М., ФИЗМАТГИЗ, 1958.

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

[14] Нариманов Г.С., Тихонравов М.К., ред. Основы теории полета космических аппаратов. М., Машиностроение, 1972.

[15] Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М., Энергия, 1976.

[16] Анфимов Н.А. Тепло- и массообмен в окрестности критической точки при вдуве и отсосе различных газов через поверхность. Изв. АН. СССР. МЖГ, 1966, № 1, с. 18--27.

[17] Devey C.F. Use of local similarity concepts in hypersonic viscous interaction problem. AIAA J., 1963, vol. 1, no. 1, pp. 171--179. DOI: https://doi.org/10.2514/3.1464

[18] Emmons H.W., Leigh D.C. Tabulation of the Blasius function with blowing and suction. Aerounautical Research Council, 1954.