Изменение внутренней энергии преграды при обдувании газом

Здравствуйте.

Пытаемся считать нагрев преграды (м. считать, что это жёстко фиксированная пластина) при кратковременном (миллисекунды) воздействии потоком газа с числом Маха 1 и более. На первом этапе интересует только изменение внутренней энергии пластины.
Наверное здесь вспомнят про аэродинамический нагрев (вроде как то же самое если перейти в другую систему координат и не смотреть на время). Или вспомнят про МЖГ. Но хочется использовать формулы и теорию попроще, возможно что простой прикидки хватит в первом приближении - опытных данных пока нет.
Использую чисто школьную физику можно получить зависимость переданной энергии через импульс при упругом столкновении молекул газа с преградой. Формулу примерно вывел, но может быть есть готовый пример или задача из учебников? Подскажите если такие есть. Или какие-нибудь статьи например из ракетно-космической области?

0

Сообщение от AlexKazancev хочется использовать формулы и теорию попроще

Вольному воля.
https://sibac.info/conf/naturscience/xxv/40179
https://www.rfbr.ru/rffi/porta... /o_1910419
поищите по запросу "трансзвуковой режим обтекания".
И... как бы это ни сложно звучало, но детали всё же придётся учесть. Геометрия: Форма, шероховатость поверхности. положение в потоке. Материал (плотность, теплоёмкость), температуры потока в бесконечности и материала пластины в начале обтекания. Ничего простого тут нет. За трансзвуковой зоной, по мере увеличение М от 1 - система скачков уплотнения, которая нестационарна по своей природе. Далее до первых признаков гиперзвукового режима, относительная стабилизация.
Однако, если температуры вначале одинаковы то

Сообщение от AlexKazancev при кратковременном (миллисекунды) воздействии потоком газа

скорее всего не должно произойти резких изменений. Но тут многое зависит и от плотности газа, конечно. Для очень тонкого образца в плотном потоке газа, трение может действовать достаточно ощутимо. Не думаю, что есть открытые данные, которые достаточно надёжны. Вопрос относится к режимам имеющим значение в военной авиации и ракетных войсках.

1

Сообщение от AlexKazancev Использую чисто школьную физику

Это правильный подход для начала)
Но с таким подходом трудно вывести какие-то "формулы" для данного случая.
Можно только оценить начальную энергию объема газа, который за эти ваши пару миллисекунд провзаимодействует с пластиной (это точно считается (эм вэ в квадрате пополам), и принять её за верхнюю границу, Потом потолочно прикинуть, "ну какой процент может перейти в тепло вообще и в тепло пластины в частности"? И получить оценку энергетики вашего процесса нагрева пластины.
Грубо, имхо, не гугля по теме (и не зная специфику поверхности!!!), могу предположить, что в тепло перейдёт от 2 до 15% кинетической энергии воздуха. При этом примерно половина (это соотношение очень сильно зависит от геометрии вашей задачи) этого тепла уйдёт в воздух, половина - в пластину. Получаем - от 1 до 8% от начальной кинетической энергии. Это НУЛЕВОЕ приближение потолочной оценки.

Добавлено через 6 минут
Ваши цели неизвестны (надеюсь, что они благие), поэтому трудно что-то тут предложить. Но имейте ввиду, что при определенных условиях, механизм нагрева пластины может быть и не только за счет трения воздуха. Пластина от такого микроудара воздуха деформируется и если так периодически стрелять в неё газовой пулей, то можно получить преобразование мех энергии газа в тепло пластины за счет таких деформаций. Особенно, если "поймать" мех резонанс пластины. Если бить молотком по гвоздю (лежащему на наковальне) или если гнуть туда-сюда проволоку, то будет идти быстрый ощутимый нагрев.

1

Спасибо!
Простейшие выкладки МКТ дают чересчур большую энергию.
От "1 до 8%" - надеюсь, удастся прикинуть поточнее если получим опытные данные.

Возможно, кому-нибудь когда-нибудь понадобится аналогичный расчёт. Вот тут по ссылкам находят примерные коэффициенты теплоотдачи.

Дракин Аэродинамический и лучистый нагрев в полёте
C. 39-42 Коэффициент теплоотдачи
Мельников Аэродинамика больших скоростей
С. 116 Коэффициент теплоотдачи
С. 125 Толщина пограничного слоя
Березиков Конструкция управляемых баллистических ракет
С. 149-155 Коэффициент теплоотдачи

Сообщение от titan4ik Ваши цели неизвестны (надеюсь, что они благие)

Никаких баллистических ракет =) Простая прочнистская доля - пытаться решить на коленке разную всячину.

0

Под потоком газа обычно понимают неразрывное непрерывное его движение, а не кратковременное воздействие. Если говорите об ударной волне, то это не движение газа, а движение границы раздела газа в разных состояниях.

0