High-speed laminar flow past a fin–body junction

Abstract

Interference heating effects generated by a blunt fin-type protuberance on a flat plate exposed to a hypersonic flow have been investigated experimentally and numerically. Experiments and simulations were carried out at a free-stream Mach number of 6.7 under laminar flow conditions. The surface heating on the plate was measured experimentally using liquid-crystal thermography, which provided quantitative data with high spatial resolution. Complementary surface oil flow and schlieren experiments were also carried out to gain a better understanding of the interference flow field. The effects of fin leading-edge diameter on the heating distribution on the flat plate surface were explored. The results of the experiments and simulations agree well and reveal a highly complex interaction region which extends over seven diameters upstream of the fin. Within the interaction region surrounding the fin, heating enhancements up to ten times the undisturbed flat plate value were estimated from the experimental data. However, the liquid crystals have a limited range, and the numerical simulations indicated localized peak heating many times this value both on the plate and the fin itself.

Численное Исследование Вихревых Структур И Теплообмена При Сверхзвуковом Обтекании Области Сопряжения Затупленного Тела И Пластины

“…Недавние публикации [8][9][10][11][12][13][14][15] показывают, что интерес к данной тематике возрос с выраженным уклоном в сторону проведения расчетных работ [8][9][10][11][12][13][14]. Исследования проводятся как для ламинарных режимов течения [9][10][11][12][13], так и турбулентных режимов [8,14,15], в последнем случае обычно решаются осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса (RANS подход) [14], однако имеются и попытки применения метода моделирования крупных вихрей (метод LES) для расчета течений данного класса [8].…”

“…В работе [9] представлены результаты экспериментального и численного исследований обтекания затупленного тела, установленного на расстоянии 15D (Dдиаметр затупленной части) от начала пластины при числе Маха M = 6.7. Дан анализ влияния диаметра D на теплообмен перед обтекаемым телом.…”

Двойственность Вихревой Структуры, Возникающей При Сверхзвуковом Обтекании Области Сопряжения Затупленного Тела И Пластины Вязким Газом

“…В случае сверхзвукового обтекания возникающие скачки уплотнения приводят к сложным эффектам вязко-невязкого взаимодействия, что существенно влияет на вихревую структуру. Задачи данной направленности, важные как в теоретическом плане, так и для практических приложений, например, в аэрокосмической отрасли, также изучались многими исследователями (см., например, работы [3][4][5][6][7] и ссылки в них). Наиболее часто рассматривается модельная задача о сверхзвуковом обтекании вязким газом затупленного тела в виде ориентированной по потоку толстой пластины со скругленной передней кромкой.…”

“…Наиболее часто рассматривается модельная задача о сверхзвуковом обтекании вязким газом затупленного тела в виде ориентированной по потоку толстой пластины со скругленной передней кромкой. В частности, в расчетно-экспериментальной работе [4] для этой модельной конфигурации изучалась структура ламинарного потока перед обтекаемым телом для трех значений числа Рейнольдса, построенного по диаметру затупления: Re D = 1.25 пластине -условие прилипания. Для поверхности тела и пластины поддерживалась постоянная температура T w .…”

“…Предыдущие исследования (см., например, работы [3][4][5] состояниям потока с различной конфигурацией вихревой структуры. Первое решение характеризуется менее протяженной отрывной областью и расположением центра основного подковообразного вихря на расстоянии около одного калибра от передней кромки тела; во втором решении центр основного вихря расположен существенно дальше от обтекаемого тела.…”