ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ СТРУИ НА ТЕПЛООБМЕН НА МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЕ
Автор: Светлана Владимировна Петрова
Организация: Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Рис. Вариация длины расчетной области в случае, когда струя не добивает до поверхности раздела
Во время отбора топлива давление внутри ракетного бака падает. Для компенсации потерь по давлению, внутрь бака подается газ наддува. Как правило, температура газа наддува гораздо выше температуры жидкой компоненты топлива, это приводит к возникновению температурного расслоения в баке и интенсификации тепловых процессов. Для проведения численного моделирования и получения значений термодинамических параметров внутри бака, необходимо получить модель, описывающую тепловое взаимодействие струи газа наддува с топливом на межфазной поверхности. Рассматривается задача о натекании турбулентной, дозвуковой, осесимметричной струи на плоскую недеформируемую поверхность. При этом исследуется влияние параметров струи на интенсивность теплообмена на границе раздела жидкость-газ. Для решения поставленной задачи была проведена серия расчетов, в которых осуществлялось варьирование основновных параметров: диаметра входного отверстия, массового расхода газа наддува, температуры и положения струи относительно поверхности раздела фаз. Использовав теорию размерностей и подобия, параметры задачи были приведены к безразмерному виду. Так например, влияние массового расхода было учтено при помощи числа Рейнольдса, дальнобойность струи описывается при помощи числа Фруда, а теплообмен на границе раздела характеризуется числом Нуссельта. Температура струи и геометрические размеры задачи также были приведены к безразмерному виду. Обобщение данных численного эксперимента и аппроксимация распределения теплового потока позволили установить связь между варьируемыми параметрами и тепловым потоком.
В результате была получена модель теплообмена на межфазной границе. Также было установлено, какие параметры струи имеют наибольшее влияние на величину теплообмена на межфазной границе. Так например, безразмерный перепад температуры имеет слабое воздействие на теплообмен, тогда как изменение числа Рейнольдса и дальнобойность струи вносят существенный вклад,
1. Абрамович Г.Н, Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю, Секундов А.Н., Смирнова И.П., Теория турбулентных струй. 1984.
2. N. Kadem, A. Mataoui, A. Salem, R. Younsi. Numerical simulation of Heat Transfer in an Axisymmetric Turbulent Jet Impigement on a Flat Plate // AMO, 2007, V. 9, №2.
3. Петрова С. В. Моделирование тепломассопереноса при наддуве топливных баков ракет // Материалы восьмой национальной конференции по теплообмену. М.: Издательство МЭИ, 2022, Том 2. С. 361-362.
