Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

09.10 Акустика Земли и планет

 

Ревизников Д.Л., Сухарев Т.Ю. «Гиперзвуковое обтекание затупленных тел в условиях атмосферы Земли и Марса. сравнительный анализ математических моделей» Тепловые процессы в технике, № 1-2, с. 5-15 (2018)

Движение летательных аппаратов с гиперзвуковой скоростью сопровождается многообразием взаимосвязанных физико-химических процессов, протекающих в ударном слое. Возможности наземных экспериментальных исследований гиперзвуковой аэротермодинамики ограничены сложностью воспроизведения реальных условий по всем параметрам подобия. Применительно к движению летательных аппаратов в атмосфере Марса необходимо учитывать эрозионное воздействие двухфазного потока на обтекаемую поверхность. К настоящему времени разработаны достаточно точные алгоритмы, реализованные в CFD программных кодах. Однако полный учет многообразия физико-химических процессов в ударном слое существенно усложняет вычислительный процесс. В этой связи актуальным представляется выбор компромиссных моделей, обеспечивающих достаточную точность при приемлемых вычислительных затратах. В настоящей работе проводится сравнительный анализ математических моделей газовой среды с позиций теплового и эрозионного (для атмосферы Марса) воздействия гиперзвукового потока на обтекаемое тело. Рассматриваются модели химически неравновесного газа и совершенного газа с эффективным показателем адиабаты. Тепловой поток, вычисленный по модели совершенного газа, во всех рассчитанных вариантах близок к тепловому потоку для абсолютно-каталитической поверхности, оставаясь немного выше этой величины. При этом время расчета по химически-неравновесной модели в несколько раз превышает время аналогичного расчета по модели совершенного газа, а при приближении к условиям химического равновесия это отличие усиливается в связи с повышением жесткости системы уравнений химической кинетики. Если при расчете тепловых нагрузок модель совершенного газа дает сильно завышенные оценки в случае существенно неравновесного ударного слоя на поверхностях с низкой каталитической активностью, то применительно к расчету эрозионного воздействия эта модель является достаточно точной. Показано, что в широком диапазоне размеров дисперсной фазы отличие в определении скорости частиц в момент соударения с обтекаемой поверхностью, рассчитанной по моделям химически неравновесного газа и совершенного газа с эффективным показателем адиабаты, не превышает 7%. Результаты, полученные в ходе проведенных вычислительных экспериментов, позволяют более эффективно проводить многовариантный анализ и траекторные расчеты, что актуально при проектировании теплозащитных конструкций летательных аппаратов, движущихся с гиперзвуковой скоростью.

Тепловые процессы в технике, № 1-2, с. 5-15 (2018) | Рубрики: 08.15 09.10

 

Замураев В.П., Калинина А.П. «Управление формированием околозвуковой области в осесимметричном сверхзвуковом потоке с помощью струи и пристеночного подвода энергии» Тепловые процессы в технике, № 1-2, с. 16-24 (2018)

Изучается управляющее воздействие одновременно струи и пристеночных источников энергии на ударно-волновую структуру сверхзвукового течения в осесимметричном и плоском канале с целью создания околозвуковой области. Получены устойчивые режимы с протяженной околозвуковой областью для двух способов создания пристеночных источников энергии. В первом случае подвод энергии осуществлялся с помощью мгновенного импульсно-периодического подвода тепловой энергии. Численное моделирование выполнялось на основе двумерных нестационарных уравнений Эйлера. Устойчивость околозвукового режима подтверждается шириной коридора средней подводимой мощности для области существования режима. Исследована зависимость средней мощности пульсирующих источников, необходимой для реализации околозвуковой области, от частоты их пульсации. В качестве второго способа создания пристеночных источников рассматривается пристеночное горение водорода, втекающего через щель в стенке плоского канала. Выполнено численное CFD-моделирование на основе двумерных усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса, замыкаемых SST κ-w моделью турбулентности. Горение моделировалось с помощью упрощенной химической кинетики с одной реакцией. Выявлена роль ударной волны и отрывных областей, формирующихся вблизи струй водорода и воздуха, в процессе воспламенения и горения. Оценена толщина зоны горения относительно поперечного размера канала. Проведено качественное сравнение с известными расчетами в подобных системах. Выполнено сравнение газодинамической картины течения со структурой потока для случая мгновенных пристеночных импульсно-периодических тепловых источников. Показано подобие структур течения в обоих случаях. В результате показана возможность торможения потока в канале с числом Маха М=2 до околозвуковых скоростей, что является благоприятной предпосылкой для реализации горения в расширяющейся части канала.

Тепловые процессы в технике, № 1-2, с. 16-24 (2018) | Рубрика: 09.10