ИСТИНА

Принцип действия устройства безмашинного энергоразделения потоков (трубы Леонтьева) основан на взаимодействии через стенку дозвукового и сверхзвукового потоков газа одинаковой температуры торможения на входе. В результате такого взаимодействия на выходе из устройства мы получаем два потока с разными температурами – нагретый сверхзвуковой поток и охлажденный дозвуковой. Количество передаваемого через стенку тепла в данном устройстве определяется коэффициентом теплопередачи и адиабатной температурой стенки в сверхзвуковом канале. Для повышения коэффициента теплопередачи необходимо увеличить наименьшее из значений коэффициентов теплоотдачи, в данном случае – со стороны сверхзвукового канала устройства. Любое внесение конструктивных изменений в сверхзвуковой канал с целью интенсификации теплоотдачи сопровождается образованием волн сжатия и локальных отрывных зон. Увеличение коэффициента теплоотдачи в области взаимодействия волны сжатия с пограничным слоем и в отрывной зоне за препятствием может дополнительно интенсифицировать теплообмен. Однако при этом может измениться и адиабатная температура обтекаемой стенки. Данное экспериментальное исследование направлено на изучение влияния волн сжатия и локальных отрывных зон на адиабатную температуру поверхности, обтекаемой сверхзвуковым потоком сжимаемого газа. Актуальность работы обусловлена также необходимостью учета изменения адиабатной температуры стенки при определении коэффициентов теплоотдачи и рассмотрении различных способов её интенсификации. При обработке результатов термогазодинамических экспериментальных исследований различными авторами вместо действительной адиабатной температуры используется либо ее теоретическое значение для пластины (когда исследуется безотрывное обтекание тел простой формы), либо температура торможения (когда исследуется обтекание, сопровождающееся отрывом). В первом случае неизменным предполагается коэффициент восстановления температуры, во втором – адиабатная температура стенки вообще не входит в число определяющих тепловой поток параметров. В любом случае могут возникнуть существенные погрешности при последующем определении величины коэффициента теплоотдачи. Экспериментальные исследования проводились на сверхзвуковом аэродинамическом стенде с использованием систем регистрации данных National Instruments, автоматизированных программ опроса и обработки показаний датчиков в среде LabView, оптических методов визуализации картины течения и бесконтактных тепловизионных методов фиксации температурных полей. В результате исследований установлено, что адиабатная температура стенки повышается до 2% в области взаимодействия волны сжатия с пограничным слоем на пластине. При этом коэффициент восстановления температуры меняется в пределах 3% в области взаимодействия. В отрывной области за ребром адиабатная температура стенки уменьшается до 3.5% в сравнении с безотрывным обтеканием пластины при одинаковом локальном числе Маха в потоке. Уменьшение коэффициента восстановления температуры при отрывном течении составило до 10% в отрывной области в диапазоне исследованных чисел Маха от 2 до 3. Результаты позволяют сделать вывод о том, что отрывные течения, приводя к уменьшению коэффициента восстановления, тем самым повышают эффективность устройства безмашинного энергоразделения потоков. Работа выполняется при поддержке грантов РФФИ №13-08-00084, №14-08-31624.