Конвективный теплообмен и трение в тонком ламинарно-турбулентном пограничном слое на непроницаемой боковой поверхности затупленных конусов малого удлинения

Качественное решение задачи о расчете конвективного теплообмена в ламинарно-турбулентном пограничном слое сопряжено с необходимостью численного интегрирования дифференциальных уравнений этого слоя, дополненных теми или иными полуэмпирическими моделями турбулентной вязкости, которые должны быть апробированы на результатах экспериментальных исследований, выполненных в условиях, обеспечивающих моделирование газодинамической картины обтекания тела газовым потоком. Для практических приложений важным является разработка относительно простых методов расчета, имеющих достаточно высокую точность. К настоящему времени наиболее широкое распространение для решения указанной задачи в авиационной и ракетно-космической технике получил простой метод эффективной длины, который, как утверждается, характеризуется удовлетворительной точностью. Однако это утверждение не является корректным при больших числах Рейнольдса на полусфере. В этих условиях существенно более высокое качество описания экспериментальных данных наблюдается в рамках полуэмпирических моделей расчета кажущейся турбулентной вязкости. Проанализирована возможность применения аналогичного подхода для боковой поверхности затупленного конуса малого удлинения. Приведено описание нового эффективного подхода к решению данной задачи, имеющего высокую точность и максимальную простоту при его использовании на практике. Результаты систематических расчетов, проведенных с применением этого метода, сравниваются с аналогичными данными, полученными в рамках наиболее частo цитируемых подходов к решению данной задачи

Литература

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

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

[3] 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.

[4] Widhopf G.F., Hall R. Laminar, transitional and turbulent heat transfer measurement on a yawed blunt conical nosetip. AIAA J., 1972, vol. 10, no. 10. DOI: https://doi.org/10.2514/3.50376

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

[6] Горский В.В., Локтионова А.Г. Модифицированная алгебраическая модель турбулентной вязкости Себечи --- Смита для всей поверхности затупленного конуса. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2020, № 4, с. 28--41. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2020-4-28-41

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

[8] 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.

[9] Горский В.В., Пугач М.А. Оценка влияния вдува газа на конвективный теплообмен в ламинарном и турбулентном пограничных слоях. Ученые записки ЦАГИ, 2016, т. 47, № 4, с. 34--43.

[10] Горский В.В., Локтионова А.Г. Моделирование теплообмена и трения в тонком воздушном ламинарно-турбулентном пограничном слое над поверхностью полусферы. Математическое моделирование и численные методы, 2019, № 2, с. 51--67.

[11] Горский В.В., Локтионова А.Г. Теплообмен и трение в тонком воздушном ламинарном пограничном слое над поверхностью полусферы. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2020, № 2, с. 17--33. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2020-2-17-33

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

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

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