ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Течение в следе при сверхзвуковых и гзшерзвуковых скоростях из "Отрывные течения Том 2 " I было дано краткое описание течения в следе при больших скоростях. В этом разделе рассматриваются дополнительные подробности о механизме и свойствах течения в следе при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях. [c.124] В ближнем следе статическое давление еще не достигает своего значения в окружающей среде и градиент давления в радиальном, а также в осевом направлении не равен нулю. В ближнем след вязкое перемешивание является ва кпым фактором, но в дальнем следе силы вязкости можно считать преобладающими, а статическое давление постоянно и равно своему значению в окружающей среде. [c.126] Для удобства след можно разделить на определяемый процессом расширения и определяемый процессом теплопроводности [83]. Определяемый процессом расширения след простирается до точки, где давление уменьшается до значения, соответствующего внешнему потоку, и охлаждение происходит в основном вследствие расширения потока. В следе, определяемом процессом теплопроводности, поток охлаждается в основном за счет диффузии тепла от высокотемпературного ядра. Так как охлаждение следа происходит в основном за счет теплопроводности, влияние вязкости несущественно. [c.127] Если динамические изменения в газе протекают гораздо медленнее по сравнению со скоростями термодинамических и химических процессов, течение становится термодинамически и химически равновесным. Поскольку скорости этих процессов в пределе бесконечны, такие процессы также являются обратимыми. На достаточно Малых высотах поток газа находится в термодинамическом равновесии, а след охлаждается за счет расширения от высокого давления вблизи тела до давления во внешнем потоке. [c.128] При ламинарном течении в равновесном следе температура постепенно уменьшается по потоку, но в замороженном следе температура в ближнем следе ниже, чем равновесная температура. Далее вниз по потоку в аависимости от размеров тэла и высоты полета след может вновь нагреваться и охлаждаться или замороженные химические компоненты могут диффундировать без значительного нагревания. При переходе нагревания замороженного следа не происходит. [c.128] На больших высотах большая часть газа, проходящего череа почти прямой скачок уплотнения, попадает в пограничный слой тела, и значительная доля энергии передается телу, а остальная ее часть рассеивается в следе. Так как в точке торможения не может бшть достигнуто равновесие, концентрация электронов во всем поле течения может не быть равновесной. Кроме того, скорость рекомбинации мала. Таким образом, концентрация электронов в следе больше, чем в равновесном потоке. Однако, если поток является турбулентным, концентрация электронов может оставаться низкой. [c.128] На малых высотах толщина пограничного слоя гораздо меньше, чем расстояние до отошедшего скачка. Большая часть энергии содержится в области невязкого потока, поэтому влияние пограничного слоя тела на след пренебрежимо мало. С уменьшением высоты в точке торможения достигается равновесная ионизация, но вниз по потоку распределение плотности электронов вдоль оси зависит от соотношения (если поток ламинарный) между временем ионной и атомной рекомбинации и характерным газодинамическим временем. [c.128] Фельдман [83] теоретически исследовал течение в следе за относительно короткими телами вращения в интервале скоростей полета от 4500 до И ООО м/с и высот от 30 до 75 км. [c.128] Температура, плотность и скорость равновесного воздуха а следе за сферой получены в функции скорости полета. [c.128] В первом приближении температура увеличивается линейно в зависимости от скорости полета (фиг. 42). [c.131] При малой скорости плотность следа составляет примерно Vio от плотности окружающей среды и почти не зависит от высоты, в то время как при высоких скоростях она уменьшается до /зо от плотности окружающей среды (фиг. 43, 44). [c.131] Температуры и плотности следа за сферой на высоте 60 км при равновесном и замороженном течении сравниваются на фиг. 45 и 46 в заБнснмости от скорости полета. [c.131] Исследовались два случая расположения на сфере точки замораживания газа по колебательным степеням свободы и составу. В первом случае точка находится около звуковойточки, во втором — на расстоянии ф = 90° от критической точки. Как видно на фиг. 45, если поток проходит через скачок в равновесном состоянии, затем замораживается и после обтекания тела попадает в след, его температура может сильно отличаться от равновесной, что существенно влияет на картину течения в следе. Из фиг. 45 также видно, что если рекомбинация в потоке происходит при давлении окружающей среды, то температура может возрасти в 2—5 раз в зависимости от скорости полета. На фиг. 45 и 46 показаны также кривые для 7 = 1,4, которые соответствуют состоянию газа, замороженного по колебательным степеням свободы и химическому составу в головном скачке уплотнения и в поле течения. В этом случав температура и плотность близки к равновесным значениям. [c.131] Используя уравнение квазиравновесного состояния для высокотемпературного воздуха, Фельдман [83] получил численное решение для ламинарного следа за сферой, определяемого процессом теплопроводности. [c.131] Когда давление в направлении потока уменьшается до значения в окружающей среде, то дальнейшее охлаждение следа происходит за счет теплопроводности от высокотемпературного ядра в окружающую холодную среду. Охлаждение за счет излучения пренебрежимо мало. [c.131] Энтальпия СЛ/Л ) -1 Фиг. 47. Профили энтальпии определяемого процессом теплопроводности ламинарного следа за сферой [83]. [c.132] Определенная таким образом концентрация электронов в критической точке и в точке на сферической поверхности, отстоящей от нее на 90°, представлена на фиг. 51 и 52. [c.134] Для численных расчетов принимается упрощенная модель ламинарного следа, в которой химические реакции предполагаются мгновенными при сохранении удельной энтропии вдоль каждой линии тока. [c.134] Вернуться к основной статье