ОБОСНОВАНИЮ ВОЗМОЖНОСТИ ЭНЕРГОРАЗДЕЛЕИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА
Автор: Анна Михайловна Чайка
Соавторы: Лущик В.Г., Попович С.С.
Организация: НИИ механики МГУ
Рис. Профили температуры торможения в пограничных слоях на непроницаемой стенке со стороны сверхзвукового (y/d T > 0) и дозвукового (y/d T < 0) потоков: 1-3 – Pr = 0.2, 0.7, 2
В настоящее время известно множество примеров температурной стратификации в газовых потоках. Основное направление использования данного явления – получение разности температур в устройствах, предназначенных для безмашинного энергоразделения. Газодинамический метод стратификации температуры газовых потоков, основанный на зависимости коэффициента восстановления от числа Прандтля, был предложен А.И. Леонтьевым в 1996 году. Были проведены аналитические и численные исследования, предложены различные схемы использования устройства температурной стратификации газа, которые продемонстрировали перспективность данного направления.
Данная работа является продолжением обзорной статьи [1], в которой была описана методика численного исследования задач внешнего обтекания непроницаемых и проницаемых поверхностей сжимаемыми газовыми потоками и приведены основные уравнения RANS-модели турбулентности [2]. Целью данной работы является краткий обзор численных исследований тепломассообмена и газодинамики в пограничных слоях на проницаемой и непроницаемой поверхностях в сверх- и дозвуковых потоках и температурной стратификации в газовых потоках.
Численное исследование энергоразделения в пограничном слое на непроницаемой и проницаемой пластине при вдуве (отсосе) газа в диапазоне чисел Прандтля Pr = 0.05–5 показало, что с уменьшением числа Pr стратификация возрастает. Вдув газа в сверхзвуковой поток уменьшает стратификацию по сравнению с непроницаемой пластиной, а отсос – увеличивает ее.
Исследовано влияние чисел Прандтля и Маха набегающего потока на величину температурной стратификации. Наиболее сильно стратификация проявляется для газов с малыми значениями числа Прандтля. Установлено, что при интенсивном отсосе газа в пограничном слое на участке непроницаемой пластины, следующем за проницаемой стенкой, температура стенки резко падает. Подтверждено значительное снижение температуры стенки при вдуве гелия в ксенон (с переменным Pr) по сравнению с однородным вдувом газа, особенно в ламинарном пограничном слое.
1. Лущик В.Г., Макарова М.С., Якубенко А.Е. Применение трехпараметрической модели сдвиговой турбулентности для решения задач внешнего обтекания проницаемых поверхностей потоком сжимаемого газа // Программная инженерия. 2017. Т. 8. № 12. С. 563-574.
2. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ, 1978. №3. С. 13-25.
