ИСТИНА

В работе решена задача о теплопроводности в разреженном газе между поверхностями, движущимися относительно друг друга, при учете условий, которые продиктованы потребностями современных приложений: широкий диапазон режимов течения (от свободномолекулярного до континуального), высокая скорость относительного движения поверхностей, значительная разница температур поверхностей, наличие поперечного профилирования поверхностей (т.е. задача становится нестационарной), учет многоатомности молекул газа. Описанная задача решалась с помощью метода событийного молекулярно-динамического моделирования (EDMD). Расчеты проводились для азота, с использованием модели столкновения, которая учитывает возбуждение и релаксацию вращательных степеней свободы, предложенную авторами в предыдущих работах. Профилирование поверхности задавалось периодической кусочно-плоской поверхностью. Расчеты проводились до момента, когда тепловые потоки к холодной и горячей стенке устанавливаются (в случае плоской геометрии, когда задача стационарна) или приходят к периодическому режиму (в случае профилированной поверхности, когда задача не стационарна). Также авторами были получены аналитические решения в предельных случаях (свободномолекулярный и континуальный предел), которые использовались в качестве асимптот при анализе результатов EDMD расчетов. Было показано, что для плоских поверхностей при дозвуковых скоростях относительного движения тепловой поток между движущимися поверхностями может быть описан простой полуэмпирической формулой с точностью, пригодной для инженерных приложений. При больших скоростях зависимость теплового потока к горячей стенке от параметра разрежения становится немонотонной, поэтому простые инженерные формулы становятся неприменимы. Установлено, что поперечное профилирование поверхностей может улучшить эффективность охлаждения горячей поверхности только в узком диапазоне условий (неполная аккомодация и низкие скорости движения), а в остальных случаях приводит к существенному ухудшению вплоть до смены знака теплового потока и дополнительного нагрева горячей поверхности. Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В. Ломоносова и вычислительных ресурсов МСЦ РАН. Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ в рамках научного проекта № 20-71-10049.