3.2 Влияние пограничного слоя на теплообмен за обратным уступом.

За обратным уступом на расстоянии от уступа до точки присоединения, как показывают экспериментальные исследования, наблюдается уменьшение по сравнению с набегающим потоком величин и давления и теплообмена. С увеличением толщины пограничного слоя заметны две тенденции:

- уменьшение коэффициента теплообмена невозмущенного потока перед уступом;

- уменьшение влияния уступа на течение и какие-либо его характеристики за уступом.

Тепловой поток за уступом приближается к величине теплового потока перед уступом.

Теловой поток в точке присоединения всегда выше, чем в течении перед уступом. Для определения его конкретных значений можно воспользоваться коэффициентом усиления, приведенным на рис 3.2.2, который превращается в 1, когда толщина пограничного слоя сравняется с высотой уступа.

Рисунок 3.2.1 – Схема течения за обратным уступом

Рисунок 3.2.2 – Максимальные тепловые потоки за обратным уступом в точке присоединения пограничного слоя в зависимости от отношения высоты уступа к пограничному слою

3.3. Влияние пограничного слоя на теплообмен на встречном изломе образующей

Теплообмен для компоновки со встречным изломом образующей характеризуется 5 зонами различного уровня тепловых потоков:

- усиления теплообмена в отрывной зоне перед встречным изломом по сравнению с течением в невозмущенном потоке;

- максимумом теплообмена за точкой растекания,

- последующим уменьшением тепловых потоков до точки обратного излома;

- непосредственно после обратного излома в начале конструкции с большим диаметром тепловые потоки меньше, чем в невозмущенном потоке;

- далее по конструкции тепловые потоки сравниваются с величинами в невозмущенном потоке.

Рисунок 3.3.1 – Схема течения и распределение температур на встречном изломе образующей.

_{Метод определения давления во всех описанных зонах представлен в разделе 2.2. Уровень тепловых потоков имеет такой же вид, как и распределение давления.}

_{Пограничный слой, а именно его влияние на среднемассовую температуру, является, как и давление, важным фактором, определяющим тепловые потоки в этих зонах. Соотношение высоты расположения точки растекания R и толщины пограничного слоя определяет в большой степени температуру потока, стекающего вниз и образующего циркуляционной течение в зоне отрыва у подножия встречного излома.}

_{Пусть h – это высота до точки растекания R.}

Полная температура Т_о*=Т_о^отр в вихревом течении между ножками λ-скачка определяется по формуле, где Тw предполагаемая температура поверхности конструкции

Т_о^отр = T_w + 0,4∙( - T_w) (34)

Где есть осредненная по высоте h температура торможения в набегающем потоке с учетом ее уменьшения в пограничном слое.

Средняя по толщине пограничного слоя температура

Когда h≥δ, где h высота расположения точки растекания среднемассовая температура торможения нижней по отношению к точке растекания части набегающего невозмущенного потока, которая формирует вихревое течение в зоне отрыва перед препятствием.

Во всех других зонах полная температура потока принимается равной температуре торможения в набегающем потоке То*=То_∞.

Характерным размером Х_эфф для расчета числа Рейнольдса и теплообмена в вихревом течении следует принять разницу диаметров компоновки H.

Характерным размером Х_эфф в расчетах числа Рейнольдса и теплообмена в точке растекания и до конца излома следует принять расстояние отхода ударной волны L

(35)

Коэффициент теплообмена рассчитывается везде в предположении, что скорость течения равна звуковой, статическая температура соответствует звуковой, статическое давление определено в разделе 2.2, теплообмен является турбулентным. Число Рейнольдса рассчитывается по определяющим параметрам для определяющей температуры Эккерта.

Тепловой поток q_w в любой из зон определяется формулой:

q_w* = α(Т₀* - Т_w) (36)

Коэффициент теплообмена зависит от давления и температуры и определяется согласно [4], в предположении, что характер теплообмена турбулентный:

 = 0,0296 (Re*)^0.8Pr^-0.67*c_P/X_эфф (37)

Число Рейнольдса зависит от размера конструктивного элемента X_эфф ,где c_P-теплоемкость воздуха, записывается в виде:

Re*= *U* X_эфф/* (38)

причем плотность * и вязкость * являются функциями определяющей температуры Эккерта Т_опр*, а скорость U* является звуковой скоростью при температуре торможения потока Т₀* [2]. При учете показателя адиабаты γ =1,4 и газовой постоянной, деленной на молекулярную массу воздуха, R = 286,7 имеем:

U* = = 20,1 (39)

Для расчета коэффициента теплообмена используются формулы для турбулентного течения на пластине, основанные на введении определяющей температуры Эккерта [4] Т_опр по формуле

(40)

₍₄₁₎

*= ₍₄₂₎