Диссоциация и ионизация молекул различных газов сопровождаются высокими тепловыми эффектами, поэтому очень важен правильный учет той части химической энергии, которая выделяется на относительно холодной поверхности тела при рекомбинации атомов или ионов, поступающих к ней из объема газа. В воздухе почти весь кислород диссоциирует раньше, чем начинается диссоциация азота, поэтому полная теплота рекомбинации либо равна теплоте диссоциации кислорода. При переходе газа через ударную волну энтальпия торможения сохраняется неизменной, хотя температура газа может меняться во много раз. Параметры за прямым скачком уплотнения связаны с характеристиками набегающего потока несколькими отношениями.
Если сжатый слой формирует газодинамическую картину обтекания тела, то пограничный слой у его поверхности, составляющий при обычных условиях лишь малую часть сжатого, определяет тепловые и диффузионные потоки к поверхности. В данном случае мы имеем в виду лишь конвективный теплообмен, оставляя пока в стороне вопрос об излучении газа и радиационном теплообмене. Понятие пограничного слоя, под которым подразумевается тонкий вязкий слой вблизи тела, обтекаемого газом или жидкостью было впервые введено Прандтлем. Основной постулат теории пограничного слоя сводится к тому, что на некотором расстоянии б от поверхности тела, которое существенно меньше размеров самого тела, происходит увеличение скорости течения от нуля (на поверхности) до некоторого максимального значения (на внешней границе пограничного слоя). Рассматривая с аналогичных позиций общий случай обтекания тела высокотемпературным, химически активным многокомпонентным потоком, предположим, что не только вязкость, но и теплопроводность и диффузионный перенос проявляются только в пределах ограниченных тонких слоев, прилегающих к поверхности тела, вне этих слоев существует лишь конвективный перенос массы и энергии в направлении основного потока. Тем самым мы приходим к заключению о существовании в общем случае трех различных пограничных слоев: динамического, теплового и диффузионного, каждый из которых характеризуется своей толщиной.
Этот постулат теории пограничного слоя многократно проверен непосредственными измерениями профилей скорости, температур и концентраций. Кроме того, результаты измерений суммарных аэродинамических и теплообменных характеристик обтекания тела потоком хорошо совпадают с данными расчетов, выполненных с помощью уравнений пограничного слоя. Обычно уравнения пограничного слоя выводят из общих уравнений движения жидкости при некоторых упрощающих предположениях, вытекающих из основного постулата. Прежде всего предполагается, что все три характерные толщины: динамического, теплового, диффузионного (или концентрационного) слоев очень малы по сравнению с длиной тела и толщиной сжатого слоя.
11 июля 2012
