Введение.
Одна из наиболее интересных и актуальных проблем
сверхзвуковой газодинамики — изучение и моделирование течений с
отрывом турбулентного пограничного слоя и его последующим при-
соединением. Как показывает практика и специальные эксперимен-
тальные исследования, в таких течениях возникают локальные зоны
экстремальных тепловых нагрузок, появление которых обусловлено
резким возрастанием интенсивности теплоотдачи [1–4]. Это создает
значительные трудности при организации тепловой защиты элемен-
тов конструкции высокоскоростных летательных аппаратов. Подоб-
ная ситуация характерна, например, для расширяющейся проточной
части двигательных установок с изломом контура [5]. Поэтому про-
ектирование таких установок связано с необходимостью тщательного
прогнозирования распределения газодинамических параметров и ин-
тенсивности теплоотдачи в каналах с внезапным расширением сверх-
звукового потока, т.е. при течении в условиях внутренней задачи.
Сверхзвуковое течение с отрывом турбулентного пограничного
слоя и его присоединением является сложным объектом исследова-
ния, где одновременно могут сосуществовать дозвуковые и сверх-
звуковые потоки, прямое и обратное движения среды, а значения
газодинамических параметров и их градиентов существенно разли-
чаются. Математическое моделирование такого течения представляет
собой трудную задачу. Численному исследованию сверхзвуковых тур-
булентных отрывных течений посвящено большое количество работ.
Согласно обзору, проведенному в работе [6], в настоящее время при
осуществлении инженерных расчетов параметров течений с отрывом
наиболее приемлемым способом замыкания осредненных уравнений
Навье – Стокса остается использование дифференциальных моделей
турбулентности, причем необходима их модификация для учета сжи-
маемости и повышения точности расчета теплообмена. При этом
приемлемая корреляция расчетных и экспериментальных результа-
тов достигается применением моделей турбулентности, разработан-
ных для данного класса течений. В этом случае удается достаточно
достоверно определить протяженность зон отрыва, описать газоди-
намическую структуру течения, получить распределения давления и
трения на поверхности. Однако это не означает, что коэффициенты
теплоотдачи будут найдены правильно, поскольку параметры тепло-
обмена в большей степени, чем другие параметры, зависят от уровня
турбулентности потока. Таким образом, расчетом параметров теплооб-
мена проверяется применимость модели турбулентности для условий
неравновесного, возмущенного скачками уплотнения и волнами раз-
режения пограничного слоя.
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2014. № 1
67
