ИСТИНА

Рассматривается стационарное регулярное отражение ударной волны от плоской стенки в газокапельном потоке с испаряющимися каплями. Мотива-цией для данного исследования послужил поиск нового способа «безмашинного газодинамического энергоразделения» – такой схемы течения, где происходит разделение исходного однородного газового потока на две части, температуры торможения которых существенно различаются, без совершения работы и в отсутствие внешнего теплообмена. Одной из таких схем течения является «труба Леонтьева», в которой энергоразделение осуществляется за счет теплообмена между сверх- и дозвуковым газовыми потоками, разделенными тонкой теплопроводной перегородкой. Одним из способов повышения эффективности этой схемы энергоразделения является добавление в поток мелких капель жидкости, что позволяет снизить температуру восстановления стенки со стороны сверхзвукового потока. В экспериментальной работе в сверхзвуковой газокапельный поток было помещено центральное тело, генерирующее косую ударную волну, которая, отражаясь от стенки канала, приводит к более интенсивному теплообмену на стенке благодаря осаждающимся каплям. Интерпретация полученных результатов ставит вопросы о структуре течения, формирующегося при столкновении наклонной ударной волны со стенкой в газокапельном потоке, и о параметрах отраженной волны. Когда идет речь об ударных волнах в газодисперсных средах, обычно предполагается, что капли, обладающие некоторой инерционностью, не «видят» поверхность газодинамического разрыва и проходят сквозь неё без изменений, далее следует зона релаксации, в которой происходит выравнивание скоростей и температур фаз, в результате чего фазы приходят к новому состоянию равновесия. В зоне релаксации происходит испарение капель, и новое равновесное состояние достигается в тот момент, когда все капли полностью испарятся, или когда прекратится межфазный теплообмен, поскольку температуры фаз придут к одному значению. Ударная волна вместе с зоной релаксации в литературе часто называется волной с частичной дисперсией [3]. В гетерогенных средах могут возникать и волны с полной дисперсией – структуры, в которых газодинамический разрыв отсутствует, а плотность и другие параметры газа и частиц изменяются непрерывно, проходя стадии рассогласования и последующего выравнивания скоро-стей и температур фаз. Волны с полной дисперсией возникают, если по суммарным параметрам газодисперсной смеси поток сверхзвуковой, тогда как по па-раметрам несущей фазы он является дозвуковым. Для определения связи равновесных параметров фаз перед волной уплотнения и за ней получены обобщенные соотношения Рэнкина-Гюгонио для газодисперсных сред с испаряющимися каплями. С использованием обобщенных соотношений Рэнкина-Гюгонио проведено параметрическое исследование одномерных и двумерных течений смеси воздуха с каплями воды как при наличии одиночной волны с полной или частичной дисперсией, так и в области регулярного отражения таких волн от стенки. В случае одиночной волны найдены диапазоны безразмерных определяющих параметров – числа Маха волны и относительной массовой концентрации капель, соответствующие полному и неполному испарению капель за волной, а также волнам с полной или частичной дисперсией. При исследовании взаимодействия волны уплотнения с твердой стенкой в газокапельном потоке установлено, что возможны десять различных конфигураций симметричного регулярного отражения с различным сочетанием волн с полной/частичной дисперсией и различными состояниями среды (одно- или двухфазное) в областях за приходящей и отраженной волной. Для каждой из десяти конфигураций найдены соответствующие диапазоны определяющих параметров (числа Маха, массовой концентрации капель и угла между стенкой и падающей волной). В рамках двухконтинуальной модели газокапельной среды проведены численные расчеты структуры течения «внутри» прямой волны с полной и частичной дисперсией, получены распределения параметров фаз в зоне релаксации для случаев полного и неполного испарения капель за волной. Работа выполнена за счет средств гранта Российского Научного Фонда (проект №19-19-00234).