Цели и задачи проекта

•    Найти все возможные конфигурации течений, в которых  падающей и отраженной волной могут быть волны с полной или частичной дисперсией, с полным или неполным испарением капель
•    Построить численную модель для расчета внутренней структуры течения и теплообмена в окрестности точки взаимодействия волны со стенкой, рассчитать поток массы капель, выпадающих на стенку
•    Исследовать вопрос – насколько наличие падающей на стенку косой ударной волны может усилить эффект снижения равновесной температуры стенки присутствующими в потоке мелкими каплями

Процесс исследования

В рамках равновесной модели течения двухфазной среды выведены обобщенные соотношения Рэнкина-Гюгонио для косых ударных волн в газокапельных средах. Эти соотношения учитывают поглощение тепла из несущей фазы за счет испарения капель внутри волны. С использованием обобщенных соотношений Рэнкина-Гюгонио проведено подробное аналитическое исследование реализации различных волновых конфигураций при отражении падающей косой волны уплотнения от плоской твердой стенки в стационарном двухфазном потоке. Возможные волновые конфигурации включают режимы, когда падающая и отраженная волны являются волнами как с полной дисперсией (т.е. полностью размытые структуры, не содержащие сильных разрывов параметров несущей фазы), так и с частичной дисперсией; за падающей или за отраженной волной может происходить как полное, так и частичное испарение капель. Найдены десять различных конфигураций регулярного отражения волны уплотнения от стенки, рассчитаны диапазоны определяющих параметров, соответствующих каждой из них.

В рамках двухконтинуальной модели газокапельной среды с учетом испарения на поверхности капель проведены численные расчеты структуры стационарного течения в области регулярного взаимодействия косой волны уплотнения с плоской стенкой. Численная модель построена для двумерного течения в пристеночной зоне с использованием метода Мак-Кормака с искусственной вязкостью. Рассчитаны такие режимы регулярного отражения волны уплотнения, при которых не происходит полного испарения капель за падающей и отраженной волной, что соответствует невысоким значениям числа Маха падающей волны и значениям массовой концентрации капель порядка нескольких процентов. При регулярном отражении волны, даже при очень малых концентрациях капель, обладающих конечной инерционностью, траектории капель за отраженной волной не успевают развернуться параллельно стенке, что приводит к появлению достаточно протяженной области осаждения капель и формированию жидкой пленки. Показано, что при наличии пленки температура стенки падает до температуры оседающих на пленку капель, что в рассматриваемом случае соответствует статической температуре набегающего сверхзвукового газокапельного потока.