Газодинамические и тепловые процессы при нестационарном взаимодействии ударной волны с затупленным цилиндром в канале


Просмотр статьи
PDF, 1,1 МБ

Gas-dynamic and thermal processes during non-stationary interaction of a shock wave with a blunt cylinder in a channel

Experimental studies of thermal processes during non-stationary interaction of a plane shock wave with Mach numbers of 2.0÷4.5 with a blunt cylinder in the test section of a shock tube channel were carried out. Based on high-speed shadow shooting (150,000 fps) and infrared thermography (1.5÷2.8 μm), a relationship was established between gas-dynamic and thermal processes in the channel at the stage of shock wave diffraction and at the stage of co-current flow around the model and walls. It was shown that the re-cording time of infrared radiation from the internal quartz walls of the channel in a com-plex non-stationary flow does not exceed 500÷700 μs, and radiation from the surfaces of the streamlined cylinder model – up to 40 ms.

shock tube, heat transfer, boundary layer, supersonic

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.6.1212

Елизавета Андреевна Карнозова, Ирина Александровна Знаменская, Владимир Владимирович Губанов, Арсений Аркадьевич Филатов, Тахир Аллахяр оглы Кули-Заде, Н Н Сысоев

Том 26, выпуск 6, 2025 год



Проведены экспериментальные исследования тепловых процессов при нестационарном взаимодействии плоской ударной волны с числами Маха 2.0÷4.5 с затупленным цилиндром в рабочей секции канала ударной трубы. На основе высокоскоростной теневой съемки (150000 к/c) и инфракрасной термографии (1.5÷2.8 мкм) установлена связь между газодинамическими и тепловыми процессами в канале на стадии дифракции ударной волны и на стадии обтекания модели и стенок спутным потоком. Показано что время регистрации инфракрасного излучения от внутренних кварцевых стенок канала в сложном нестационарном потоке не превышает 500÷700 мкс, излучения от поверхностей обтекаемой модели цилиндра – до 40 мс.

ударная труба, теплообмен, пограничный слой, сверхзвук

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.26.6.1212

Елизавета Андреевна Карнозова, Ирина Александровна Знаменская, Владимир Владимирович Губанов, Арсений Аркадьевич Филатов, Тахир Аллахяр оглы Кули-Заде, Н Н Сысоев

Том 26, выпуск 6, 2025 год



1. Суржиков С.Т., Товстоног В.А., Яцухно Д.С., Селезнев Р.К., Кременецкий Н.О., Зи-нин К.М., Ермаков М.К., Панасенко А.В., Фофонов Д.М. Атлас результатов компьютер-ного моделирования задач высокоскоростной аэротермодинамики и аэрофизики / [С.Т. Суржиков и др.]; под. ред. Б.В. Обносова, В.Н. Ярмолюка, А.Н. Рыбакова – Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. 605, [3] с.: ил.
2. Леонтьев А. И., Лущик В. Г., Макарова М. С., Попович С.С. Коэффициент восстановле-ния температуры в сжимаемом турбулентном пограничном слое // Теплофизика высоких температур. 2022. Т.60, №3. С.455–480.
3. Нестационарные течения газов с ударными волнами: сборник научных трудов / Академия наук СССР, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе ; науч. ред. Сы-щикова М.П., Березкина М.К. – Л., 1990. 436 с.
4. Батыгина В.К. Расчёт нагрева поверхности затупленного конуса в высокоскоростном по-токе при помощи коммерческих кодов // Физико-химическая кинетика в газовой динами-ке. 2022. Т. 23, вып. 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2022-23-6/articles/1024/.
5. Симоненко М.М. Сверхзвуковое обтекание кольцевой каверны на осесимметричном за-остренном теле // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25, вып. 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-6/articles/1133/.
6. Ермаков М.К., Крюков И.А. Верификация и валидация аэродинамических расчетных комплексов на примере задачи обтекания острых и затупленных комплексов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. Т. 22, вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-4/articles/944/.
7. Жмаева Е.А., Харитонов А.И. Формирование головного скачка около затупленных тел, помещенных в ударной трубе // Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа. 1971. №6. С. 131 – 136.
8. Носенко Н.И., Сысоев Н.Н., Шугаев Ф.В. Начальная стадия отражения плоской ударной волны от цилиндра, сферы и эллипсоида вращения // Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа. 1980. №2. С. 94 – 100.
9. Попов П.А., Сахаров В.А., Лапушкина Т.А., Поняев С.А., Монахов Н.А. Измерение теп-ловых потоков датчиками на анизотропных термоэлементах в газодинамическом экспе-рименте на ударных трубах // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. Т. 22, вып. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2021-22-3/articles/939/.
10. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. – 2-е изд., доп. – М.: Из-дательский дом «Спектр», 2013. 544 с.: ил. и цв. вкл 24 с.
11. Blunck D.L. Review: Applications of infrared thermography for studying flows with participat-ing media // Experimental Thermal and Fluid Science. 2022. Vol. 130. P. 110502.
12. Zaccara M., Edelman J.B., Cardone G. A general procedure for infrared thermography heat transfer measurements in hypersonic wind tunnels // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. Vol. 163. P. 120419.
13. Попович С.С. Аэродинамическое охлаждение стенки в следе сверхзвукового потока за уступом // Физико-химическая кинетика в газовой динамик. 2019. Т.20, вып. 1. С. 1 – 11. http://chemphys.edu.ru/issues/2018-19-4/articles/781.
14. Popovich S.S., Zditovets A.G., Kiselev N.A., Vinogradov U.A. Experimental study of aerody-namic heating in the region of an incident shock wave boundary layer interaction // Acta As-tronautica. 2025. Vol. 229. P. 804-813.
15. Козлов П.В, Попович С.С., Здитовец А.Г., Загайнов И.А. Экспериментальное исследова-ние тепловых потоков в газодинамических установках не прерывного и кратковременно-го действия // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25, вып. 6. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-6/articles/1156/.
16. Karnozova E., Znamenskaya I., Doroshchenko I., Sysoev N., Lutsky A. Energy conversions at shock wave interaction with pulse discharge in profiled channel // Physics of Fluids. 2024. Vol. 36. No. 12. P. 126120.
17. Знаменская И.А., Муратов М.И., Богданова М.А., Карнозова Е.А., Сысоев Н.Н. Эволюция тепловых полей на обтекаемой поверхности, нагретой ударной волной и плазмой им-пульсного поверхностного разряда // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т. 25, вып. 6. https://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-6/articles/1150/.
18. Znamenskaya I., Muratov M., Dolbnya D. IR-thermography studies of high-speed gas-dynamic flows // International Journal of Thermal Sciences. 2025. Vol. 214. P. 109827.
19. Settles G.S. Schlieren and Shadowgraph Techniques. Springer Berlin, Heidelberg, XVIII, 376 p.
20. Васильев Л.А. Теневые методы. М: Наука, 1968. 408 с.
21. Гросс Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. – М.: Мир, 1988. 416 с., ил.
22. Знаменская И.А, Карнозова Е.А., Кули-Заде Т.А. // Научная визуализация. 2022. Т. 14. № 4. С. 52–61.
23. Сыщикова М.П., Березкина М.К., Смирнов И.В. Воздействия на тела в зоне интерферен-ции ударных волн двух взрывов. Сб. Нестационарные течения газов с ударными волна-ми. Ленинград, ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН СССР, 1990.
24. Аэротермодинамика летательных аппаратов в фотографиях. Составитель Г.Ф. Глотов. Редакция и перевод на английский язык Г.И. Майкапара. Жуковский, ЦАГИ, 2003. 173 с.
25. Альбом сверхзвуковых течений / сост. и ред. П.И. Ковалев, Н.П. Менде. – СПБ.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 251 с.
26. Герасимов С.И., Файков Ю.И. Теневое фотографирование в расходящемся пучке света: Монография. – Саров: ФГПУ «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2010. 344 с., ил.
27. Крайко А.Н. Теоретическая газовая динамика: классика и современность. М.: ТОРУС ПРЕСС, 2010. 440 с.: ил.
28. Авиация Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. М.: Большая рос. энцикл., Центр. аэро-гидродинам. ин-т, 1994. 735 с.
29. Фомин В.М., Яковлев В.И. Энергообмен в сверхзвуковых газопламенных течениях с ударными волнами. ФИЗМАТЛИТ, 2016. 359 с.
30. Знаменская И.А., Дорощенко И.А., Сысоев Н.Н, Татаренкова Д.И. Результаты количе-ственного анализа высокоскоростной теневой съемки течений в ударной трубе при по-мощи машинного зрения и обучения // Доклады Российской академии наук. Физика, тех-нические науки. 2021. Т. 497. № 1. С. 16–20.