Турбулентный теплообмен на поверхности острой пластины при сверхзвуковом обтекании при M = 6 ÷ 8


Просмотр статьи
PDF, 2,9 МБ

Turbulent Heat Exchange on the Surface of a Sharp Plate at a Supersonic Flow at M = 6 ÷ 8

The results of calculations of convective heating of a sharp plate during flow around it with a supersonic stream at a speed of M = 6 ÷ 8 are presented. For calculations, the author's computer code NERAT-2D was used, which implements the Reynolds-averaged Navier − Stokes equations, together with algebraic models of turbulence suggested by Baldwin − Lomax and Prandtl.
Good agreement is shown with experimental data for convective heating in a turbulent boundary layer.
The analysis of the distribution of gas-dynamic functions in different cross-sections of the streamlined plate is carried out.

convective heating, laminar-turbulent transition, flow around a plate, supersonic speed.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.4.890


Том 20, выпуск 4, 2019 год



Представлены результаты расчетов конвективного нагрева острой пластины, при обтекании ее сверхзвуковым потоком со скоростью M = 6 ÷ 8. Для расчетов использовался авторский компьютерный код NERAT-2D, реализующий усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье − Стокса, совместно с алгебраическими моделями турбулентности Болдуина − Ломакса и Прандтля.
Показано хорошее совпадение по конвективному нагреву в турбулентном пограничном слое с экспериментальными данными.
Выполнен анализ распределения газодинамических функций в разных поперечных сечениях обтекаемой пластины.

конвективный нагрев, ламинарно-турбулентный переход, обтекание пластины, сверхзвуковая скорость

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.4.890


Том 20, выпуск 4, 2019 год



1. Черный Г.Г. 1988 Газовая динамика. М.: Наука. 424 с.
2. Агафонов В.П., Вертушкин В.К., Гладков А.А., Поляков О.Ю. 1972. Неравновесные физи-ко-химические процессы в аэродинамике. М.: Машиностроение. С. 226.
3. Землянский Б.А., Лунев В.В., Власов В.И. и др. Конвективный теплообмен летательных аппаратов. М.: Физматлит. 2014. 330 с.
4. Лойцянский Л.Г. 2003. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа. 840 с.
5. Шлихтинг Г. 1974. Теория пограничного слоя. М.: Главная редакция физико-математической литературы. 711 с.
6. Гинзбург И.П. 1979. Теория сопротивления и теплопередачи. Л.: Изд-во Ленинградского университета. 375 с.
7. Тугазаков Р.Я. Турбулентноe течение при сверхзвуковом пространственном обтекании пластины // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 5. С. 117−124.
8. Никитин Н.В., Пиманов В.О. О поддержании колебаний в локализованных турбулентных структурах в трубах // Изв. РАН. МЖГ. 2018. № 1. С. 68−76.
9. Dilley a. D. Evaluation of CFD Turbulent Prediction Techniques and Comparison with Hypersonic Experimental Data. NASA/CR2001210837. 2001. 26 p
10. Bertram M. H., Cary Jr., A. M., Whitehead Jr. A. H. Experiments with Hypersonic Turbulent Boundary Layers on Flat Plate and Delta Wings. AGARD Specialists’ Meeting on Hypersonic Boundary Layers and Flow Fields. London. England. May 1968.
11. Bertram M. H., Neal Jr. L. Recent Experiments in Hypersonic Turbulent Boundary Layer. AGARD Specialists’ Meeting on Recent Developments in Boundary Layer Research. Italy, 1965.
12. Wallace J. E. Hypersonic Turbulent Boundary Layer Studies at Cold Wall Conditions. Proc/ of the 1967 Heat Transfer and Fluid Mechanics Institute. Stanford University Press. 1967. pp. 427451
13. Walters R.W., Reu T., McGrory W.D., Hicks J.W. A longitudinally Patched Approach with Ap-plication to High-Speed Flows. AIAA Paper 880715. 1988. 13 p.
14. Baldwin B.S., Lomax H. Thin Layer Approximation and Algebraic Model for Separated Turbulent Flows. AIAA Paper 780257. 1978. 8 p.
15. Суржиков С.Т. Конвективный нагрев сферического затупления малого радиуса при отно-сительно низких гиперзвуковых скоростях// ТВТ. 2013. Т. 51. № 2. С. 261−276.
16. Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмер-ные модели. М.: Физматлит, 2018. 543 с.
17. Хейз У.Д., Пробстин Р.Ф. 1962 Теория гиперзвуковых течений. М.: Изд-во ИЛ. 607 с.
18. Авдуевский В.С., Галицейский Б.М., Глебов Г.А. и др. Основы теплопередачи в авиацион-ной и ракетно-космической технике. М: Машиностроение. 1975. 624 с.
19. Исаев С. И., Кожинов И.А., Коранов В.И. и др. Теория тепломассообмена. Под ред. Леон-тьева А.И.  М.: Высшая школа. 1979. 495 с.
20. Болгарский, А.В. Термодинамика и теплопередача / А.В. Болгарский, Г.А. Мухачев, В.К. Щукин. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Москва: Высшая школа, 1975. – 496 с.
21. Tannehill J.C., Anderson D.A., Pletcher R.H. Computational Fluid Mechanics and Heat transfer. 1997. Taylor&Francis. 792 p.
22. Date A. W. Introduction to Computational Fluid Dynamics. Cambridge University Press. 2005. 377 p.
23. Cebeci T., Bradshaw P. Physical and Computational Aspects of Convective Heat Transfer. Springer Verlag. 2012. 486 p.
24. Horstman C.C. Prediction of Hypersonic Shock-Wave/Turbulent-Boundary-Layer Interaction Flows. AIAA 87-1367. 1987. 10 p.
25. Shirazi S.A., Truman C.R. Comparison of Algebraic Turbulence Model for PNS Predictions of SuperSonic Flow Past a Sphere-Cone. AIAA 87-0544. 1987. 12 p.
26. Shang J. S., Scherr S. J. Navier − Stocks Solution for a Complete Re-Entry Configuration. J. Aircraft. 1986. Vol. 23. #12. pp 881888.
27. Cheatwood F.M., Thompson R.A. The addition of algebraic turbulence modeling to program LAURA. NASA TM 107 758. 1993. 30 p.
28. Visbal M., Knight D. The Baldwin − Lomax Turbulence Model for Two-Dimensional Shock-Wave/ Boundary-Layer Interaction// AIAA J. 1984. Vol. 22. No. 7. Pp. 921−928.
29. Суржиков С.Т. Радиационно-конвективный нагрев марсианского аппарата EDL MSL под углом атаки // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. Т. 16, вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-2/articles/604/
30. Суржиков С.Т. Анализ экспериментальных данных по конвективному нагреву модели мар-сианского спускаемого аппарата с использованием алгебраических моделей турбулентно-сти // МЖГ. 2019, № 6, с. 129–140.