Pogudalina S. Goldfeld M.A. Пикалов В.В. Fedorova N.N.
Моделирование сопряженного теплопереноса в нестационарном гиперзвуковом потоке
Reporter: Pogudalina S.
Стремление максимально приблизить условия испытаний летательных аппаратов к условиям полета, прежде всего по тепловым и температурным нагрузкам, привело к широкому применению импульсных и ударных аэродинамических труб. Актуальной является задача определения нестационарных тепловых нагрузок и/или пульсаций температуры в потоке или в пламенах. Кратковременность измерений в этих условиях определяет специфические требования к системе сбора и обработке сигналов.
В работе разработан оригинальный алгоритм восстановления истинного распределения температуры, основанный на учете аппаратных характеристик датчиков. Для восстановления реальной температуры торможения применялась методика, основанная на использовании результатов решения интегрального уравнения свертки. Информация о передаточной функции, которая необходима для реализации этого метода, была получена на основании калибровочных измерений температурной ступеньки для термопар с диаметром спая 50 и 100 мкм.
Для верификации разработанной методики были проведены комплексные экспериментальные и расчетные исследования нагревания датчика, расположенного в лобовой точке затупленного по сфере цилиндра. Экспериментальные исследования проведены в импульсной аэродинамической трубе при числе Маха 6, полном давлении 77.5 Мпа и полной температуре 1493К. В ходе экспериментов была измерена температура в точке торможения модели, которая затем была обработана с помощью разработанной методики.
С целью определения нестационарного нагрева чувствительного элемента датчика теплового потока в ANSYS Fluent проведен расчет обтекания модели для условий эксперимента. Математическое моделирование выполнено на основе решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса вязкого теплопроводного газа в предположении ламинарного режима течения с учетом сопряженного теплообмена между внешним гиперзвуковым потоком и моделью. В результате проведенных расчетов были получены поля газодинамических параметров (давления, числа Маха и статической температуры внешнего течения), а также тепловые потоки на поверхности модели и временные зависимости средних по объему температур датчика и основной модели, которые хорошо согласуются с полученными экспериментальными данными.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 15-08-04804.
To reports list