Применение панорамных методов диагностики при исследовании термогазодинамики сверхзвуковых потоков

НИИ механики МГУ

Панорамные (полевые) методы измерений, в отличие от традиционных (термоанемометр, лазерная доплеровская анемометрия и др.), обладают рядом преимуществ. Например, они позволяют измерять мгновенные распределения физических величин, выявлять в потоке когерентные структуры, исследовать нестационарные потоки и быстропротекающие процессы [1]. Наиболее известными среди панорамных методов являются PIV (Particle Image Velocimetry) и SSP (Shadow Photography).

Метод PIV – это оптический метод измерения мгновенных полей скорости газа в выбранном сечении потока. Импульсный лазер создает тонкий световой нож и освещает мелкие частицы - трассеры, взвешенные в исследуемом потоке. Положения частиц в момент двух последовательных вспышек лазера регистрируются на два кадра цифровой камеры. Скорость потока определяется расчетом перемещения, которое совершают частицы за время между вспышками лазера. Определение перемещения основано на применении корреляционных методов к трассерным картинам, с использованием регулярного разбиения на элементарные области.

Метод SSP основан на регистрации теневой фотографии объекта, имеющего коэффициент преломления, отличный от окружающей его среды. При этом за исследуемым объектом располагается лазерный источник света с равномерным пространственным распределением интенсивности. Цифровой анализ теневого изображения позволяет определить положение и границу объекта, что важно в задачах исследования течения двухфазного потока.

В рамках работы представлено применение 2D2C-PIV (двумерной двухкомпонентной) и SSP-систем в исследовании задач термогазодинамики сверхзвуковых потоков. Исследования проводятся на сверхзвуковой аэродинамической установке АР-2 [2] для исследования газодинамики и теплообмена одно- и двухфазных потоков.

1.Бильский А.В., Гобызов О.А., Маркович Д.М. История и тенденции развития метода анемометрии по изображениям частиц для аэродинамического эксперимента (обзор) // Теплофизика и аэромеханика. 2020. Т. 27. № 1. С. 1-24.

2.Попович С.С., Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Виноградов Ю.А., Загайнов И.А. Отработка методики панорамной диагностики потоков на базе PIV при исследовании задач сверхзвуковой газодинамики // Ломоносовские чтения. Научная конференция. Секция механики. 2022. Тезисы докладов. Изд-во Института механики МГУ (Москва). С. 176.

Сергей Станиславович Попович

• Подробнее...

Теплоотдача в областях отрыва и следа сверхзвукового потока при обтекании плоской стенки

НИИ механики МГУ

Целью проведения исследований по теплообмену на аэродинамических трубах является получение локального значения коэффициента теплоотдачи. В случае сверхзвукового потока он пропорционален отношению удельного теплового потока в стенку к характерной разности температур между локальной температурой поверхности (в каждый момент проведения эксперимента) и температурой пристенных слоев газа на теплоизолированной стенке – адиабатной температурой стенки [1]. Для определения адиабатной температуры стенки обычно используется коэффициент восстановления температуры r, который часто принимается постоянным (зависящим только от числа Прандтля газа Pr) в пределах ламинарного (r=Pr^1/2) или турбулентного (r=Pr^1/3) режимов течения. Таким образом, значение коэффициента восстановления температуры важно для обобщения результатов экспериментальных и численных исследований и перенесения полученных данных (в частности, по аэродинамическому нагреву) на натурные условия.

Чувствительность коэффициента теплоотдачи к изменению коэффициента восстановления температуры усиливается невысокими значениями температуры потока при проведении экспериментальных исследований на большинстве аэродинамических труб, поскольку разность между температурой стенки и адиабатной температурой в этом случае, как правило, мала [2]. Поэтому параметры теплообмена в сверхзвуковых аэродинамических трубах могут значительно изменяться, если небольшие неточности появляются при расчете коэффициента восстановления температуры.

Целью данной работы является исследование влияния чувствительности коэффициента теплоотдачи в сверхзвуковом потоке на изменение адиабатной температуры при обтекании гладкой стенки и в областях отрыва и следа за уступом. Задача обусловлена необходимостью повышения точности экстраполяции экспериментальных данных по теплообмену на реальные условия эксплуатации на практике.

1.Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергоатомиздат. 1985. 320 с.

2.Попович С.С. Особенности автоматизации эксперимента и обработки результатов при исследовании теплообмена в сверхзвуковом потоке сжимаемого газа // Программная инженерия. 2018. № 1. С. 35–45.

Сергей Станиславович Попович

• Подробнее...