Научный отчет № 5432

Название

Создание континуально-кинетических моделей и эффективных численных алгоритмов решения задач аэродинамики и теплообмена в широком диапазоне чисел Рейнольдса.

Авторы

Сахаров В.И., Тирский Г.А., Брыкина И.Г., Егорова Л.А., Лебедева Л.Л., Александров П.А.

Аннотация

Для условий экспериментов на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 (ИПМех РАН) численно решены задачи о течении неравновесной плазмы азота и воздуха в разрядном канале и в пространстве, ограниченном стенками барокамеры и поверхностью модели. Расчетным путем получены значения температуры газа других параметров в индукционном разряде и в недорасширенных струях для условий экспериментов. Экспериментальные и расчетные данные по тепловым потокам к высоко каталитическим холодным поверхностям и давлению в точке торможения на цилиндрической модели в первой сверхзвуковой зоне недорасширенной струи диссоциированного азота удовлетворительно согласуются. На основе сравнения экспериментальных и рассчитанных значений тепловых потоков к сферически затупленной цилиндрической модели с плоским носком в точке торможения, обтекаемой воздушной недорасширенной струей, установлена количественная шкала каталитичности датчиков из различных металлов и кварца. С помощью усовершенствованной расчетно-экспериментальной методики определена каталитическая активность образцов сверх высокотемпературной керамики. Проведены исследования обтекания и неравновесного нагревания дисков сверх высокотемпературной керамики при температурах моделей до 3000 К. Проведены сопоставления результатов расчета и эксперимента по теплообмену, для определения каталитической активности материала сверх высокотемпературной керамики, а также яркостной температуры на наветренной поверхности диска. Получены приближенные аналитические решения уравнений физической теории метеоров при постоянном параметре абляции для скорости и массы метеороида до начала его разрушения. Развита модель дробления крупного метеороида на облако фрагментов, движущихся с единой ударной волной. На основании анализа литературных данных получено выражение для среднего по площади миделева сечения коэффициента теплопередачи в диапазоне параметров, характерном для Челябинского болида. С использованием этого выражения получено приближенное аналитическое решение для изменения массы и кинетической энергии единого и раздробленного метеороида вдоль траектории. Предложена модель двустадийного разрушения метеороида при его движении в атмосфере Земли. Проведен анализ литературных данных по классификации выпавших частиц по размерам при их разлете после разрушения метеороида, позволивший выбрать модель, наилучшим образом согласующуюся с наблюденными данными.

Год публикации

2019 г.

Объём

18 с.

Научный руководитель

Сахаров В.И., Тирский Г.А.

Ключевые слова

числа Рейнольдса, гиперзвуковая аэродинамика и теплообмен, дробление метеороидов в атмосфере, движение метеороидов в атмосфере, физическая теория метеоров, радиационная теплопередача, неизотермическая атмосфера.