Если при расчете теплового потока использовать разность энтальпий (вместо разности температур поперек пограничного слоя), то можно получить достаточно надежные результаты и при наличии диссоциации набегающего газового потока. Широко распространен метод, согласно которому предполагается, что местные характеристики пограничного слоя на теле произвольной формы можно рассчитывать по соответствующим формулам для плоской пластины. Для каждого сечения на поверхности рассматриваемого тела подбирается длина пластины, на которой нарастает пограничный слой с той же толщиной потери импульса. Заметим, что аналогичный метод используется и для ламинарного пограничного слоя, но при этом показатель степени при радиусе равен двум. Введение эффективной длины позволяет свести расчет теплообмена на поверхности тела произвольной формы к простым критериальным соотношениям.
Определенные особенности имеет расчет трения и теплообмена на шероховатой поверхности. Шероховатость поверхности может ускорить переход к турбулентному режиму течения и привести к увеличению поверхностного трения и интенсификации конвективного теплообмена. В переходной области теплообмен также усиливается. При анализе трения, введя так называемую песочную шероховатость, удалось исключить из рассмотрения форму элементов шероховатости. Отношение высоты эквивалентной песочной шероховатости к толщине ламинарного подслоя является параметром, характеризующим степень ее влияния на величину трения. Если высота шероховатости меньше толщины подслоя, она не влияет на трение. В этом случае поверхность считается гладкой. Когда высота шероховатости значительно превышает толщину ламинарного подслоя, определяющим становится сопротивление формы шероховатости: при этом перестает зависеть от числа и определяется только высотой шероховатости. В промежуточной области зависит как от высоты шероховатости. С увеличением местного числа Маха влияние шероховатости на трение уменьшается.
При исследовании теплообмена не удается найти эквивалентную характеристику формы шероховатости (подобную песочной), поэтому данные различных авторов, полученные на разных моделях, расходятся. Установлено, что в той области, где трение уже не зависит от числа, теплообмен все еще продолжает им определяться, т. е. аналогия Рейнольдса нарушается. Эксперименты при сверхзвуковых скоростях обтекания, показали, что рост шероховатости до определенного предела увеличивает тепловые потоки в 1,5—2 раза, при дальнейшем увеличении высоты выступов коэффициент теплообмена не меняется.
Интересно отметить, что при чередовании гладких и шероховатых участков поверхности значения коэффициента теплообмена целиком определяются местными условиями, если длина участка составляет 2—3 толщины пограничного слоя. При таком чередовании поверхностей быстро происходит установление режима течения, определяемого только локальной окрестностью рассматриваемой точки поверхности. Указанное обстоятельство важно иметь в виду при использовании встроенных датчиков в экспериментальных исследованиях.
11 июля 2012
