Устойчивость сверхзвукового пограничного слоя с внутренним подводом тепла и инжекцией однородного газа через пористую стенку
https://doi.org/10.25205/2541-9447-2023-18-2-54-65
Аннотация
В работе исследовано влияние числа Маха и числа Рейнольдса на устойчивость пограничного слоя с внутренним подводом тепла и инжекцией однородного газа через пористую стенку. При фиксированном числе Маха зависимость степеней усиления возмущений от расстояния до передней кромки пластины не монотонна. С увеличением числа Рейнольдса фазовая скорость стремится к скорости в обобщенной точке перегиба. Наиболее растущими в пограничном слое являются двумерные волны. С увеличением числа Маха и при фиксированном расстоянии от кромки пластины имеет место сильная стабилизация пограничного слоя. При M = 4 максимальная степень усиления уменьшается по сравнению с соответствующей величиной при M = 0 более чем на порядок, а протяженность устойчивого пограничного слоя увеличивается в 2 раза. При этом частота в критической точке нейтральной кривой уменьшается примерно в три раза. Установлено, что как и при отсутствии инжекции газа через пористую стенку, так и при ее наличии внутренний подвод тепла оказывает стабилизирующее влияние на пограничный слой. В рамках принятой модели подвода тепла при M = 3 степень усиления понижается примерно в полтора раза в сравнении со случаем без внутреннего подогрева пограничного слоя.
Ключевые слова
сверхзвуковой пограничный слой,
гидродинамическая устойчивость,
внутренний подвод тепла,
инжекция газа
При поддержке: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-21-00017, https://rscf.ru/ project/22-21-00017.
Об авторе
С. А. Гапонов
Институт теоретической и прикладной механики
им. С. А. Христиановича СО РАН
Россия
Россия
Сергей Александрович Гапонов - доктор физико-математических наук
Новосибирск
Список литературы
1. Fomin V. V., Tretyakov P., Taran, J.-P. Flow control using various plasma and aerodynamic approaches (short review) // Aerospace Sci. and Technology. 2004. Vol. 8, no. 5. P. 411–421. DOI:10.1016/j.ast.2004.01.005
2. Bletzinger P., Ganguly B., Van Wie D., Garscadden A. Plasmas in high speed aerodynamics // J. of physics D: Applied physics. 2005. Vol. 38, no. 4. P. R33–R57. DOI:10.1088/0022-3727/38/4/R01
3. Zheltovodov A. A., Pimonov E. A., Knight D. D. Energy deposition influence on supersonic flow over axisymmetric bodies // AIAA Paper. 2007. No. 2007–1230. 31 p. DOI:10.2514/6.2007-1230
4. Knight D. D. Survey of aerodynamic drag reduction at high speed by energy deposition // J. of Propulsion and Power. 2008. Vol. 24, no. 6. P. 1153–1167. DOI:10.2514/1.24595
5. Левин В. А., Громов В. Г., Афонина Н. Е. Численное исследование влияния локального энергоподвода на аэродинамическое сопротивление и теплообмен сферического затупления в сверхзвуковом потоке воздуха // ПМТФ. 2000. № 5. С. 171–179. https://doi.org/10.1007/BF02468738
6. Георгиевский П. Ю., Левин В. А. Сверхзвуковое обтекание тела при подводе тепла перед ним // Тр. МИАН СССР. Современные математические проблемы механики и их приложения. 1989. Т. 186. С. 197–202.
7. Георгиевский П. Ю., Левин В. А. Управление обтеканием различных тел с помощью локализованного подвода энергии в сверхзвуковой набегающий поток // МЖГ. 2003. № 5. P. 154–167. https://doi.org/10.1023/B:FLUI.0000007841.91654.10
8. Казаков А. В., Коган М. Н., Курячий А. П. Влияние на трение локального подвода тепла в турбулентный пограничный слой // МЖГ. 1997. № 1. C. 48–56. https://doi.org/10.1007/BF02697935
9. Ларин О. Б., Левин В. А. Энергоподвод к газу в турбулентном сверхзвуковом пограничном слое // ПМТФ. 2001. Т. 4, № 1. С. 98–101. https://doi.org/10.1023/A:1018812729144
10. Лукашов В. В., Терехов В. В., Терехов В. И. Пристенные течения химически реагирующих веществ. Обзор современного состояния проблемы // ФГФ. 2015. Т. 51, № 2. С. 23–36. https://doi.org/10.1134/S0010508215020033
11. Гапонов С. А. Приближенная формулировка проблемы устойчивости пограничного слоя с диффузионным горением // ФГВ. 2023. Том 59, № 2. С. 101–110. https://doi.org/10.1134/S0010508223020120
12. Гапонов С. А. Устойчивость пограничного слоя при внутреннем выделении тепла и подаче газа через пористую стенку // МЖГ. 2022. № 5. С. 41–50. https://doi.org/10.1134/S0015462822050044
13. Volchkov E. P., Lukashov V. V., Terekhov V. V., Hanjalic K. Characterization of the flame blow-off conditions in a laminar boundary layer with hydrogen injection // Combustion and Flame. 2013. Vol. 160. P. 1999–2008. DOI:10.1016/j.combustflame.2013.04.004
14. Lees L. The stability of the laminar boundary layer in a compressible fluid // NACA TR. 1947. No 876. 47 p. DOI:10.1090/psapm/001/0029654
15. Fjortoft R. Application of integral theorems in deriving criteria of stability for laminar flows and for the baroclinic circular vortex // Geophys. Publ. Oslo. 1950. Vol. 17, no. 6. P. 1–52.
16. Shin D. S., Ferziger J. H. Linear stability of the reacting mixing layer // AIAA Journal. 1991. Vol. 29, no. 10. P. 1634–1642. https://doi.org/10.2514/3.10785.
17. Гапонов С. А. Устойчивость сверхзвукового пограничного слоя при подводе тепла // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28, № 3. С. 351–360. https://doi.org/10.1134/S0869864321030033
Рецензия
Для цитирования:
Гапонов С.А. Устойчивость сверхзвукового пограничного слоя с внутренним подводом тепла и инжекцией однородного газа через пористую стенку. Сибирский физический журнал. 2023;18(2):54-65. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2023-18-2-54-65
For citation:
Gaponov S.A. Stability of Supersonic Boundary Layer with Internal Heat Supply and Injection of Homogeneous Gas through a Porous Wall. SIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS. 2023;18(2):54-65. (In Russ.) https://doi.org/10.25205/2541-9447-2023-18-2-54-65
Просмотров:
101
Послать статью по эл. почте 