Методика численного интегрирования трехмерных уравнений ламинарно-турбулентного пограничного слоя на сферически затупленном круговом конусе малого удлинения

Аннотация

Исследования трехмерного теплообмена и трения в настоящее время повсеместно проводятся в рамках уравнений Навье --- Стокса. Для тел сложной конфигурации применение такого подхода позволяет существенно повысить качество исследований, что подтверждает обоснованность использования на практике данной сложной вычислительной процедуры. Для тел простой геометрической формы, широко применяемых в технике для высокотемпературных элементов конструкции высокоэнергетических устройств, уравнения Навье --- Стокса по целому ряду характеристик уступают уравнениям ламинарно-турбулентного пограничного слоя. В литературе отсутствует описание экспериментальных данных по теплообмену в зонах затупления высокотемпературных элементов конструкции типа затупленного конуса при экстремально высоких значениях числа Рейнольдса. В настоящее время получено решение этой задачи в рамках уравнений пограничного слоя. Серьезные проблемы возникают при использовании уравнений Навье --- Стокса в задачах, в которых поверхность тела видоизменяется с течением времени. Поскольку методологии строгого решения трехмерных уравнений ламинарно-турбулентного пограничного слоя не уделяется должного внимания, то разработка современной методологии решения рассматриваемой задачи представляет определенный интерес

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Горский В.В. Методика численного интегрирования трехмерных уравнений ламинарно-турбулентного пограничного слоя на сферически затупленном круговом конусе малого удлинения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 3 (142), c. 4--17. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-3-4-17

Литература

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

[2] Авдуевский В.С. Расчет трехмерного ламинарного пограничного слоя на линиях растекания. Изв. АН СССР. Механика и машиностроение, 1962, № 1, с. 123--130.

[3] Башкин В.А. Расчетные соотношения и программы для численного интегрирования уравнений пространственного пограничного слоя на конических телах. Труды ЦАГИ, 1968, № 106, с. 97--118.

[4] Дородницын А.А. Об одном методе решения уравнений ламинарного пограничного слоя. ПМТФ, 1960, № 3, с. 111--118.

[5] Башкин В.А., Колина Н.П. Расчет сопротивления трения и теплового потока на сферически затупленных круговых конусах в сверхзвуковых потоках. Труды ЦАГИ, 1968, № 106, с. 119--181.

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

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

[8] Шевелев Ю.Д. Трехмерные задачи теории ламинарного пограничного слоя. М., Наука, 1977.

[9] Алексин В.А. Моделирование турбулентных сжимаемых пристенных течений. В кн.: Гиперзвуковая аэродинамика и тепломассообмен спускаемых космических аппаратов и планетных зондов. М., ФИЗМАТЛИТ, 2011, с. 458--487.

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

[11] Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М., Наука, 1971.

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

[13] 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.

[14] 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 (133), с. 28--41. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/0236-3941-2020-4-28-41

[15] 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.

[16] 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

[17] 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.