Введение к работе
тыл
сортаций I
Актуальность темы. Исследование теплообмена при внешнем обтекании тел - одна ,из важных задач механики жидкости и газа. Для большинства работ, посвященных этому вопросу, характерным является априорное задание тепловых условий на обтекаемой поверхности. Как правило, рассматриваются изотермические и адиабатические стенки или задается некоторое распределение температуры вдоль поверхности. При этом не учитывается то обстоятельство, что процессы переноса энергии в газовой среде и обтекаемом теле взаимосвязаны, а тепловые условия на границе раздела сред являются функцией протекающих процессов и заранее неизвестны. Установление аналитических зависимостей в случае обтекания тел сжимаемыми потоками затруднительно в связи с существенной нелинейностью задачи, а возможности экспериментального моделирования ограничены сложностью воспроизведения в наземных установках действительных условий обтекания реальных аппаратов по всем параметрам подобия. Это обуславливает актуальность численного решения таких задач на основе математической модели, включающей систему уравнений, описывающих течение и теплообмен в газовом потоке, уравнения теплопередачи в обтекаемой конструкции и балланс энергии на границе раздела сред.
Цель работы - создание средств математического моделирования процессов соцряженного теплообмена на поверхности тел, обтекаемых сверхзвуковыми потоками, и проведение на их базе систематических исследований указанных процессов при ламинарном и турбулентном режимах течения.
Научная новизна. Разработаны алгоритмы и программные средства численного моделирования теплообмена на поверхности тел в сверхзвуковых потоках с учетом взаимного влияния процессов переноса энергии в пограничном слое и в обтекаемой конструкции.
Проведено численное исследование и определены основные закономерности нестационарного сопряженного теплообмена при обтекании затупленных тел и тел с неоднородными теплофизическими свойствами, проанализировано влияние неравномерного нагрева
обтекаемой поверхности на характеристики ламинарного и турбулентного пограничных слоев, вычислены коэффициенты неизотермичности и исследовано влияние на их поведение определяющих параметров задачи, получены критериальные зависимости для коэффициентов неизотермичности.
Определены области применимости приближенных методов расчета тепловых потоков в задачах сопряженного теплообмена.
Достоверность результатов обусловлена применением корректных математических моделей и методов и подтверждается проведенными сравнениями с известными аналитическими и численными решениями, экспериментальными данными.
Практическое значение. Разработанные алгоритмы и программы позволяют получать численные и приближенные решения широкого класса сопряженных задач аэродинамического нагревания тел различной формы при ламинарном и турбулентном режимах течения 'в пограничном слое и могут использоваться при исследовании теплообмена в авиационной и ракетно-космической технике, машиностроении, теплоэнергетике.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях молодых ученых и специалистов ЦИАМ (1984) и НИИАС (1985, 1987 ,1989), Всесоюзных Гагаринских научных чтениях по космонавтике и авиации (1986, 1988), Межвузовской конференции по математическим проблемам аэрогидродинамики (1989), научных семинарах в МАИ, МГТУ, НИИАС.
Основное содержание диссертации отражено в пяти опубликованных работах.
Результаты диссертационной работы в виде программного комплекса внедрены в отраслевой фонд алгоритмов и программ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 140 наименований. Общий объем работы составляет 188 страниц, включая 78 рисунков на 66 страницах.