Steady Gas-Droplet Flow Pattern and Heat Transfer Behind the Point of Incidence of a Shock Wave on a Flat Wall

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The structure of a steady 2D gas-droplet flow in the near-wall region behind the point of incidence of a normal or an oblique shock wave on a plane wall is investigated. In this case, the normal wave corresponds to the Mach stem in the Mach reflection mode, and the oblique wave corresponds to the regular reflection mode of the incident oblique wave. The main aim of the study is to evaluate the effect of small liquid droplets present in the free stream on the equilibrium temperature of the adiabatic wall behind the point of wave reflection. The question is investigated: to what extent the presence of an oblique shock wave incident on the wall can enhance the effect of reducing the equilibrium wall temperature by small droplets present in the flow. The flow region is split into the outer region of “effectively inviscid flow” and the region of an asymptotic laminar boundary layer. Flow calculations in each region are based on a two-fluid model of a gas-droplet mixture, taking into account the phase transition (evaporation) on the droplet surface. The most interesting wave configurations from the point of view of heat transfer, corresponding to “fully and partially dispersed waves” with incomplete evaporation of droplets behind the reflected wave, are studied. A simple limiting scheme of the formation of a liquid film by droplets deposited on the wall is adopted, with the effects of film instability and spattering being ignored. Based on numerical calculations, the estimates are obtained for the possible decrease in the equilibrium temperature of the adiabatic wall behind the point of incidence of a shock wave in a steady supersonic gas flow containing a low concentration of liquid droplets.

About the authors

I. V. Golubkina

Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: giv-mm@mail.ru
Moscow, Russia

A. N. Osiptsov

Moscow State University, Institute of Mechanics

Author for correspondence.
Email: osiptsov@imec.msu.ru
Moscow, Russia

References

  1. Голубкина И.В., Осипцов А.Н. Волны уплотнения с полной и частичной дисперсией в газокапельных средах с фазовыми переходами // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2022. № 3. С. 44–55.
  2. Леонтьев А.И. Газодинамический метод энергоразделения газовых потоков // Теплофизика высоких температур. 1997. Т. 35. № 1. С. 157–159.
  3. Azanov G.M., Osiptsov A.N. The efficiency of one method of machineless gasdynamic temperature stratification in a gas flow // Int. J. Heat Mass Transfer. 2017. V. 106. P. 1125–1133. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.10.090
  4. Виноградов Ю.А., Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Медвецкая Н.В., Попович С.С. Измерение адиабатической температуры стенки плоской пластины, обтекаемой сверхзвуковым воздушно-капельным потоком // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2020. № 5. С. 130–136. https://doi.org/10.31857/S056852812005014X
  5. Golubkina I.V., Osiptsov A.N. Compressible gas-droplet flow and heat transfer behind a condensation shock in an expanding channel // Int. J. Thermal. Sci. 2022, V. 179, 107576. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2022.107576
  6. Marble F.E. Dynamics of dusty gases // Annu. Rev. Fluid Mech. 1970. V. 2. P. 397–446. https://doi.org/10.1146/annurev.fl.02.010170.002145
  7. Osiptsov A.N. Mathematical modeling of dusty-gas boundary layers // Appl. Mech. Rev. 1997. V. 50. P. 357–370. https://doi.org/10.1115/1.3101716
  8. Saffman P.G. Lift on a small sphere in a slow shear flow // J. Fluid Mech. 1965. V. 22. P. 385. Corrigendum: J. Fluid Mech. 31 (1968), 628.
  9. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: В 2-х Т. М.: Мир, 1990. С. 728. (Tannehill J.C., Anderson D.A., Pletcher R.H., Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer / (2-nd Edition. New York: Taylor & Francis, 1997. 803 p.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (146KB)
3.

Download (1006KB)
4.

Download (718KB)
5.

Download (1MB)
6.

Download (228KB)
7.

Download (125KB)
8.

Download (56KB)

Copyright (c) 2023 И.В. Голубкина, А.Н. Осипцов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».