Расчетное моделирование теплового состояния элементов…
5
Расчет проводили по уравнению, основанному на модели Фэя —
Риддела [7]:
1/2
0
2/3
2/3
0 0
,
0
0
0, 664
Pr
1 (Le
1)
,
i
w
w
i e
w
du
h
q
C I I
dx
I
(2)
где
du dx
— градиент скорости на поверхности сферы; Le —
число Льюиса; φ — коэффициент, определяемый соотношением
1 1/2
2/3
0 0
0, 47Sc 2
1
;
w w
du
dx
k
Sc — критерий Шмидта, Sc =
= Pr/Le;
С
i
,
e
— массовая концентрация атомов
i
-го компонента смеси
на внешней границе пограничного слоя;
0
i
h
— удельная теплота ре-
комбинации атомов
i
-го компонента смеси.
Расчет наглядно показывает необходимость учета каталитиче-
ских свойств материала при оценке уровня конвективных тепловых
потоков для скоростей обтекания, при которых реализуется диссоци-
ация и ионизация газа в пограничном слое.
Протекающие за ударной волной процессы диссоциации кисло-
рода и азота приводят к интенсификации реакции образования опти-
чески непрозрачного оксида азота NO, в результате чего воздух при
высоких температурах становится источником радиационного тепло-
вого потока. Термодинамический расчет [8] показал, что максималь-
ные концентрации NO достигаются в интервале температур от 3 000
до 5 000 K (рис. 5). Однако, согласно экспериментальным данным
[9], излучательная способность зависит не только от температуры, но
и от плотности воздуха. Расчеты показали, что в исследуемом диапа-
зоне высот полета и скоростей аппарата эффективная излучательная
способность воздуха мала вследствие разреженности среды, а значит,
радиационной составляющей теплового потока от набегающего воз-
духа можно пренебречь.
Рис. 5.
Массовая доля оксида азота NO в воздухе
при
р
= 0,1 МПа по данным термодинамического расчета
