КИНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И АНАЛОГИЯ РЕЙНОЛЬДСА В КЛАССИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЯХ ДИНАМИКИ РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ

17 Декабря 2024

Авторы: Абрамов А.А., Бузыкин О.Г., А.В. Бутковский (ЦАГИ)

Тезисы доклада "КИНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ И АНАЛОГИЯ РЕЙНОЛЬДСА В КЛАССИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЯХ ДИНАМИКИ РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ" 

В данной работе в широком диапазоне значений числа Кнудсена(Kn) и температур пластин проведены расчеты следующих задач: 1) Плоской и цилиндрических задач Куэтта; 2) Задачи Рэлея; 3) Задачи об обтекании пластины конечной длины под нулевым углом атаки. 4) Задачи о теплопередаче между цилиндрами и между сферами.

Полученные результаты:

1. Зависимость величины потока нормального импульса, от Kn в плоской задаче Куэтта имеет максимум.

2. При обтекании пластины в случае равенства температур пластины и невозмущенного газа, величина потока нормального импульса, передаваемого пластине, имеет, как функция Kn, один или несколько экстремумов. При сверхзвуковом обтекании всегда существует по крайней мере один максимум. При дозвуковом обтекании пластины такая зависимость имеет минимум и даже может иметь и минимум, и максимум.

3. В задаче Куэтта и в задаче об обтекании пластины зависимость потока энергии, отдаваемой пластиной, от Kn может иметь максимум.

4. В задаче Куэтта и в задаче об обтекании пластины изменение Kn может приводить к изменению знака потока энергии, передаваемой пластине.

5. В задаче Рэлея имеют место все те же эффекты, что и в задаче плоской задаче Куэтта. При этом роль Kn играет обратное безразмерное время.

6. В широком диапазоне температур при дозвуковых и умеренных сверхзвуковых числах Маха в переходном режиме температура пластины, расположенной под нулевым углом атаки, очень слабо влияет на среднюю силу трения, действующую на пластину.

7. Напряжение трения и потоки энергии и нормального импульса, передаваемые цилиндрическим поверхностям в течении Куэтта с неподвижным внутренним цилиндром могут иметь максимум как функция угловой скорости внешнего цилиндра.

8. Напряжение трения и потоки энергии, передаваемые цилиндрам, при малых Kn и больших скоростях вращения внешнего цилиндра в цилиндрической задаче Куэтта с фиксированным внутренним цилиндром резко уменьшаются при достижении определенной скорости вращения внешнего цилиндра.

9. В свободномолекулярном режиме цилиндрического течения Куэтта с неподвижным внутренним цилиндром поток энергии, передаваемой поверхности, может менять знак с изменением отношения радиусов.

10. В свободномолекулярном цилиндрическом течении Куэтта с фиксированным внешним цилиндром напряжение трения и потоки энергии, передаваемые внутреннему цилиндру, как функции отношения радиусов имеют максимумы.

11. В цилиндрическом течении Куэтта с фиксированным внешним цилиндром величина потока нормального импульса, передаваемого вращающемуся внутреннему цилиндру как функция его скорости имеет минимум.

12. В задачах о свободномолекулярной теплопередаче между коаксиальными цилиндрами и между концентрическими сферами, а также в свободномолекулярных плоской и продольной цилиндрической задачах Куэтта получены аналитические выражения для значений отношений температур поверхностей, соответствующих локальным максимумам потока энергии, передаваемой каждой из поверхностей при фиксированной температуре другой поверхности.

13. В плоской и продольной цилиндрической задачах Куэтта, в задаче Рэлея и в задаче об обтекании пластины сверхзвуковым потоком разреженного газа температура и скорость влияют на коэффициент аналогии Рейнольдса в основном через число Эккерта

14 Коэффициент аналогии Рейнольдса, как функция числа Прандтля в задаче Рэлея для несжимаемой жидкости имеет максимум, если число Эккерта положительно.

15. При наличии ламинарного несжимаемого пограничного слоя коэффициент аналогии Рейнольдса для пластины, расположенной под нулевым углом атаки, как функция числа Прандтля имеет максимум.