Теплопередача между поверхностями, движущимися с высокой скоростью в вакуумной камере

Ключевые слова: теплообмен в разреженном газе, твердые поверхности, снижение теплоотдачи.

Аннотация

Исследовалась задача о теплообмене в разреженном газе между двумя твердыми поверхностями, движущимися относительно друг друга. Задача решена с помощью метода событийного молекулярно-динамического моделирования (EDMD) для азота при следующих условиях: (1) широкий диапазон режимов течения (Kn=0.05-20), (2) широкий диапазон скоростей относительного движения поверхностей, вплоть до скоростей, сравнимых с тепловой скоростью движения молекул, (3) существенный перепад температур поверхностей, (4) при учете вращательных степеней свободы в молекулах газа и (5) сложной геометрии поверхностей. Особое внимание уделялось теплосъему с горячей поверхности, а именно количественным оценкам снижения теплоотдачи за счет вязкого трения в газовом слое и влияния поперечного профилирования поверхностей.

Keywords: heat transfer in a rarefied gas, solid surfaces, reduction of heat removal.

Abstract

The heat transfer in a rarefied gas between two solid surfaces moving relative to each other was studied. The problem was solved for nitrogen using the event-driven molecular dynamics (EDMD) method under the following conditions: (1) а wide range of flow regimes (Kn=0.05-20), (2) high relative velocity of surfaces, comparable to the thermal velocity of gas molecules, (3) significant difference in surface temperatures, (4) rotational degrees of freedom in gas molecules and (5) complex geometry of solid surfaces. Special attention was paid to the heat removal from the hot surface, namely the quantitative assessment of the reduction of heat removal due to viscous friction and effect of the transverse profiling of surfaces on the heat transfer between them.