Асимптотическое исследование процессов тепломассопереноса в струйных течениях

Актуальность и цели. Струйные течения жидкостей и газов применяются в различных областях техники как эффективные средства управления процессами тепло- и массообмена, для интенсификации и стабилизации различных технологических процессов (например процесса размешивания, процесса горения), как средство защиты различных конструкций от воздействия тепловых и других полей, для нанесения покрытий и др. Среди практически важных объектов исследования отметим также горелочные устройства, форсунки двигателей, струйно-вихревые следы летательных аппаратов. Струйные течения применяются во многих отраслях техники и технологии, что делает задачу их исследования актуальной. Целью данной работы является изучение процессов тепломассопереноса в закрученных струях.
Материалы и методы. Для решения задачи используется асимптотический метод, предполагающий разложение гидродинамических функций (составляющих вектора скорости и давления) и температуры, удовлетворяющих системе уравнений Навье - Стокса для вязкой несжимаемой жидкости, в ряды по малому параметру. Решение полученной в первом приближении системы дифференциальных уравнений с частными производными отыскивается в автомодельном виде, что приводит к исследованию системы обыкновенных дифференциальных уравнений для функций, зависящих от автомодельной переменной.
Результаты. Построено в первом приближении автомодельное решение задачи о распределении гидродинамических (составляющих вектора скорости и давления) и теплового (температуры) полей в осесимметричной тангенциально закрученной струе вязкой несжимаемой жидкости. Представленный в статье материал дополняет известные ранее результаты расчетом теплового поля в струе.
Выводы. На основе полученных асимптотических дифференциальных уравнений и автомодельных решений этих уравнений построены поля скоростей, давления и температуры в тангенциально закрученной струе вязкой несжимаемой жидкости. Показано, что на распределение теплового поля в струе уже в первом приближении оказывают влияние продольная и тангенциальная (вращательная) составляющие скорости. Указан способ уточнения построенного решения.