УДК 541.124
Н. И. С и д н я е в
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА
В ХИМИЧЕСКИ НЕРАВНОВЕСНОМ
ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ ПРИ ВДУВЕ
С КАТАЛИТИЧЕСКОЙ СТЕНКИ
Представлены результаты исследований физико-химических про-
цессов в пристеночном слое при движении летательных аппаратов
с большой сверхзвуковой скоростью. Рассмотрено влияние вдува с
поверхности на тепловой поток, и проведен анализ распределения
концентраций химических компонентов по толщине пограничного
слоя с учетом механизма протекания гетерогенных каталитиче-
ских реакций в условиях поверхностного массообмена.
Постановка задачи.
Характерной особенностью задач аэроди-
намики и теплообмена больших сверхзвуковых скоростей является
необходимость совместного учета диссипативных процессов, обу-
словленных вязкостью, теплопроводностью и диффузией, а также
физико-химических процессов в газе и на поверхности, которые могут
приводить к качественно новым эффектам по сравнению с течениями
совершенного газа [1–8]. В таких задачах мы имеем дело с многоком-
понентной, высокотемпературной, химически реагирующей смесью в
высокоскоростном потоке, в котором могут протекать различные газо-
динамические процессы. В случае неравновесного потока необходимо
учитывать ряд процессов передачи химической энергии, которые не
учитываются в равновесных потоках или при течении идеального
газа. В частности, при взаимодействии неразрушаемой поверхности с
потоком существенными оказываются ее каталитические свойства. На
траектории полета в атмосфере режимы течения около аппаратов ме-
няются: скорости — от дозвуковой до гиперзвуковой, состояние среды
от сплошной до сильно разреженной, режим течения от ламинарного
до турбулентного. При этом в широком диапазоне изменяются чи-
сла Маха, Кнудсена, Рейнольдса и Дамкелера. Примерные границы
влияния различных физико-химических процессов в зоне торможения
газового потока в окрестности критической точки сферы с радиусом
затупления 30,5 см при полете в атмосфере Земли в зависимости от
скорости
V
и высоты
h
полета приведены на рис. 1 [4, 9]. Здесь в
области
А
имеет место химическое и термодинамическое равнове-
сие; в области
В
— термодинамическое равновесие, но химические
реакции протекают неравновесно; в области
С
— химическое и тер-
модинамическое неравновесие, при этом возбуждение колебательных
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2008. № 1
39
