СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОПРЯЖЕНИЯ В ЗАДАЧЕ ОЦЕНКИ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПЛАСТИН С УЧЕТОМ РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА

Автор: Дмитрий Андреевич Павлов

Организация: ФАУ “Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова”, Москва

Моделирование теплового состояния при переходном течении целесообразно проводить с использованием нестационарной сопряжённой постановки, в которой рассчитывается как движение газовой фазы, так и процесс теплопередачи в твёрдом теле. Основная проблема при проведении таких расчетов возникает из-за значительной разницы в характеристиках расчетных областей (теплопроводность, теплоемкость, плотность), что приводит к различию временных масштабов протекающих процессов. Общее время длительности прогрева стальной пластины может составлять от 10 до 10³ с, а характерный временной шаг в задачах газовой динамики сжимаемых сред для воздуха не превышает 10^-5 с [1]. Использование неявного слабого сопряжения на границе раздела сред позволяет сократить расчетные и временные ресурсы, затрачиваемых на численное моделирование.

Для реализации слабого сопряжения использовался решатель на основе давления. В таком случае система уравнений Навье-Стокса для вязкого совершенного газа и уравнение теплопроводности для пластин решаются независимо и с временными шагами, рассчитываемыми по характеристикам среды. Обмен условиями на границе происходит через заданный интервал. В таком случае допустимо, что задача газовой динамики будет считаться до установления стационарного решения на каждом временном отрезке расчета теплового состояния пластины [2, 3].

Отдельно решалась задача сопряженного теплообмена с использованием решателя на основе плотности с целью сравнить результаты, полученные двумя решателями [4]. Для алгоритма на основе плотности применяется только строгое сопряжение – для всех расчетных областей используется единый временной шаг, тепловой поток и поле температур на границе оставались неразрывными. 

В данной работе приведено сравнение профилей распределения давления, температуры и коэффициентов теплоотдачи на интерфейсных границах при использовании различных параметров сопряжения. Показано, что слабое сопряжение на интерфейсных границах позволяет оценивать указанные характеристики с удовлетворительной точностью для расчетов нестационарного прогрева пластин с переходным течением.