Математическое моделирование и численный анализ эффективности пленочного охлаждения поверхности, обтекаемой высокоскоростным потоком с воздействиями

• Автор: Федоров, Руслан Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Особенности и основные характеристики высокоскоростного обте-

кания поверхностей
1.2. Типовые схемы тепловой защиты поверхности пленочным охлаждением и их эффективность
1.3. Эффективность пленочного охлаждения поверхности обтекаемой

дисперсным потоком
1.4. Особенности моделирования дисперсных потоков
1.5. Выводы. Цель и задачи исследования 53 ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Система дифференциальных уравнений пограничного слоя
2.2. Модель турбулентного переноса
2.3. Методика численного интегрирования системы дифференциальных

уравнении пограничного слоя
2.4. Особенности численного моделирования пограничного слоя с завесой
2.5. Условия устойчивости разностной схемы и выбор шагов интегри-

рования
2.6. Анализ погрешности численного эксперимента
2.7. Проблемно-ориентированный программный комплекс для числен-

ного исследования
2.8. Выводы 7£ ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦЕНТА

ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ТЕПЛООТДАЧИ
3.1. Методика исследования и проверка ее адекватности

3.2. Влияние числа Маха на коэффициент восстановления температуры
3.3. Влияние продольного градиента давления на коэффициент восстановления температуры
3.4. Влияние коэффициента восстановления температуры на теплоотдачу
3.5. Выводы 91 ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛЕНОЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
4.1. Методика исследования и проверка адекватности
4.2. Влияние теплового и аэродинамического воздействий частиц дисперсной фазы при отсутствии инерционного выпадения частиц
4.3. Влияние числа Маха на эффективность пленочного охлаждения в условиях инерционного выпадения частиц на стенку
4.4. Влияние числа Маха на эффективность пленочного охлаждения при отсутствии инерционного выпадения частиц
4.5. Влияние продольного градиента давления на эффективность пленочного охлаждения в условиях инерционного выпадения частиц на 101 стенку
4.6. Влияние продольного градиента давления на эффективность пленочного охлаждения при отсутствии инерционного выпадения частиц
4.7. Парадокс Леонтьева при пленочном охлаждении поверхности, обтекаемой сверхзвуковом дисперсным потоком в условиях инерционно- 105 го выпадения частиц на стенку
4.8. Сверхзвуковая труба температурной стратификации
4.9. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1 ] ]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ]
ПРИЛОЖЕНИЯ !

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Cf- коэффициент аэродинамического сопротивления конденсированной частицы;
Сц - теплоемкость вещества частиц, ДжДкг К); ср - удельная изобарная теплоемкость, ДжДкг К);
О - максимальная толщина пограничного слоя, м;
(1$ - диаметр конденсированной частицы, м;
О — коэффициент аэродинамического воздействия частиц;
gs — плотность массового инерционного потока конденсированных частиц
/ - номер фракции конденсированных частиц, отличающихся размером; к - коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2 -К
Ь - расстояние от передней кромки поверхности до конца исследуемой области (длина поверхности), м;
£о — расстояние от передней кромки поверхности до рассматриваемого сечения, м;
М- число Маха;
п - количество выделенных фракций конденсированных частиц, отличающихся размером;
N11 — число Нуссельта;
Ау — максимальное количество расчетных сечений в направлении у;
N2 - максимальное количество расчетных сечений в направлении х/ р - давление заторможенного потока, МПа;
Рг - число Прандтля;
Ргт~ турбулентное число Прандтля;
Q — коэффициент теплового воздействия частиц;
С1 ~ плотность теплового потока, Вт/м2 ;
— интенсивность внутренних источников теплоты, Вт/м-’;

о s' Pe ws w5
p=- 7._2.._*- = c._i-. (L15)
1 - 8 P Wr Wr
В зависимости от концентрации частиц в потоке принято различать слабозапыленные потоки (s' < 3 104), потоки газовзвеси ( е' = 3-10‘4 ч-З-Ю"2), флюидные потоки (е' - 3 -10 2 ч-3 -101) и потоки в плотной фазе (s' > 3 КГ1) [22].
Другой важной характеристикой является размер частиц. Различаются моно- и полидисперсные системы. К первым относятся такие, которые состоят из частиц одинакового размера. К категории полидисперсных, например, относятся частицы, образующиеся при горении металлосодержащих топлив. Характеристиками дисперсности являются функции плотности распределения массы fm(ds) и количества f„(ds) частиц по размерам
- , , ч 1 dM
' ~м1' d(d,)’ т)=ХЖУ (1-|7)
где М0 и N й — масса, кг, и количество всех частиц; ds — диаметр частиц, м; dM и dN — масса, кг, и количество частиц в интервале размеров от ds до ds + d(ds).
Полидисперсный конденсат можно характеризовать осредненными по какому-либо признаку размерами присутствующих в потоке частиц. Наиболее часто используются среднемассовый ds и среднерасчетный d's диаметры:
ds = $dsfm(ds)d(ds), (1.18)

< = $djn(ds)d(ds). (1.19)