Научный отчет № 5280

Название

Эффект объемной вязкости в задачах сверх- и гиперзвукового обтекания тел.

Авторы

Тирский Г.А., Лебедева Л.Л., Рогов Б.В., Чикиткин А.В., Брагин М.Д.

Аннотация

В отчете приведен обзор и результаты собственных исследований авторов по влиянию объемного коэффициента вязкости на структуру фронта прямого скачка уплотнения и на сопротивление трения и теплопередачу при сверхзвуковом обтекании тел. При решении этих задач ранее молчаливо предлагалось равенство нулю объемного коэффициента вязкости (гипотеза Стокса). Это допущение приводило к тому, что толщина фронта прямого скачка уплотнения оказывалась меньше длины свободного пробега молекул, т.е. к заключению о невозможности описывать правильно структуру скачка в рамках континуального подхода, т.е. в рамках решения уравнений Навье-Стокса. При решении задачи обтекания в рамках уравнений вязкого ударного слоя это допущение уменьшило тепловой топок к обтекаемому телу до 10%. Учет объемной вязкости в задаче о структуре скачка дает его ширину больше длины свободного пробега молекул и тем самым допускает возможность использовать уравнение Навье-Стокса для правильного описания его структуры. Сравнение этого решения с экспериментом по молекулярному азоту дало хорошее совпадение по распределению плотности и скорости внутри структуры скачка. Учет коэффициента объемной вязкости в задаче сверхзвукового обтекания затупленного тела, решенной в отчете в рамках параболизованных уравнений Навье-Стокса, увеличивает толщину головной ударной волны и тепловой поток до 11% и практически не влияет на сопротивление трения. Объемный коэффициент вязкости по величине порядка сдвигового коэффициента вязкости для воздуха и намного больше его для СО₂.

Год публикации

2015 г.

Объём

134 с.

Научный руководитель

Тирский Г.А.

Ключевые слова

объемный коэффициент вязкости, структура ударной волны, теплопередача, сдвиговой коэффициент вязкости, уравнения Навье-Стокса, параболо-гиперболическое приближение ПУНС, сверх- и гиперзвуковое обтекание тел.