А.В. Воронецкий, С.А. Сучков, Л.А.Филимонов
2
связь с обычным отрывом турбулентного пограничного слоя на сво-
бодной поверхности. Экспериментально получены профили скоро-
сти, давления и других параметров. Разработаны математические
модели течения этого вида, основанные как на асимптотических ме-
тодах, так и на решении полных уравнений Навье — Стокса с ис-
пользованием различных моделей турбулентности. В [3] рассмотре-
ны нестационарные процессы взаимодействия и отрыва ламинарно-
го пограничного слоя в сверхзвуковом потоке, приводящие к
возникновению псевдоскачка. Выведены уравнения, описывающие
подобное течение, получены численные решения линеаризованной
и нелинейной систем уравнений.
Торможение сверхзвуковых потоков в каналах реализуется также
во многих технических устройствах, в том числе в ряде технологиче-
ских установок для сверхзвукового газопламенного напыления по-
крытий (HVOF), где сверхзвуковой высокоэнтальпийный газовый
поток, генерируемый камерой сгорания и соплом Лаваля, поступает в
цилиндрический канал (ускорительный насадок) с целью максималь-
но возможного ускорения частиц напыляемого материала. Отметим,
что диаметр канала ускорительного насадка в таких установках
обычно не превышает 5…10 мм. Поскольку в этом случае толщина
пограничного слоя соизмерима с диаметром канала, то рассматрива-
емые течения относятся к классу течений в узких каналах.
Настоящая статья посвящена расчетно-теоретическому анализу
процессов течения сверхзвуковых высокоэнтальпийных потоков в
узких цилиндрических каналах ускорительных насадков установок
HVOF в условиях торможения потока и формирования псевдоскачка.
Ряд особенностей постановки задачи вызван тем, что исследования
проводились с целью оптимизации параметров газодинамического
тракта применительно к конкретным видам технологических устано-
вок HVOF, которые достаточно широко используются в машиностро-
ении (например, в авиа-, двигателе- и турбостроении).
Описание математической модели.
Для корректного моделиро-
вания течения сверхзвукового потока в цилиндрическом канале целе-
сообразно рассматривать движение газа как в самом канале, так и за
его пределами, т. е. в свободной струе. Это связано с невозможно-
стью корректного задания граничных условий в выходном сечении
канала без учета условий истечения струи. Кроме того, при модели-
ровании процессов в технологических установках HVOF следует
учитывать сложный профиль газодинамического тракта и условия
теплообмена с его стенками.
Основные требования к математической модели, описывающей
сверхзвуковые течения применительно к рассматриваемой задаче,
основываются на следующих ее особенностях:
