ИСТИНА

Интенсивность теплообмена при сверхзвуковых скоростях течения оценивают по коэффициенту теплоотдачи, который с учетом эффектов сжимаемости определяется отношением теплового потока в стенку qw к разности между температурой стенки Tw и температурой теплоизолированной стенки Tw*. В практике инженерных и научных расчётов Tw* определяется через коэффициент восстановления температуры r, показатель адиабаты γ, полную температуру в потоке T0* и число Маха М (1). Коэффициент восстановления температуры аппроксимируется для ламинарного и турбулентного безотрывного режима обтекания тел простой формы (пластина, конус, цилиндр). Данные аппроксимации не работают при наличии градиента давления на стенке, усложнении формы поверхности или воздействии сильных возмущений (скачки уплотнения, отрывные течения). Стенка, обтекаемая сверхзвуковым потоком воздуха, испытывает на себе эффект аэродинамического нагрева в результате возникновения градиента температуры в пограничном слое. На рис. 1 показаны возможные профили температуры в пограничном слое, определяющиеся локальной температурой стенки (нагретая, охлажденная или теплоизолированная – адиабатная). В экспериментальном исследовании температура теплоизолированной стенки достигается по истечении длительного времени работы аэродинамической установки до момента наступления теплового равновесия. Альтернативным способом является использование методики обработки, которая позволяет уже в процессе запуска установки определить тепловой поток в стенку и затем экстраполировать его до нулевого значения [1]. Температура стенки в этом случае и будет являться температурой теплоизолированной стенки. Данная методика была применена при исследовании отрывного течения за преградой в сверхзвуковом потоке. Число Маха набегающего потока составило 2.3, давление торможения 5.8 атм, температура торможения 19°С, расход воздуха – около 4 кг/с. Температура теплоизолированной стенки и коэффициент теплоотдачи определялись при варьировании высоты ребра (от 2 до 12 мм), при толщине пограничного слоя на срезе сопла около 6 мм. Неопределенность измерения коэффициента теплоотдачи составила ±9.5%.