He estado jugando con una aplicación para demostrar objetos de alta velocidad que ingresan a la atmósfera terrestre. Estoy usando la ecuación de arrastre para aproximar la cantidad de energía cinética que se convierte en calor en cada milisegundo, lo que parece funcionar bien. Sin embargo, también necesito averiguar aproximadamente qué porcentaje de este calor se disipa en la atmósfera y cuánto se reabsorbe en el objeto.
Estoy usando muchos supuestos simplificadores en esta simulación, como que la tierra es una esfera y (peor) que la temperatura de la atmósfera no cambia con la altitud, así que estoy buscando una ecuación constante o bastante simple para aproximar esto. ¿Hay una manera razonable de hacer esto?
TL; DR: ¿Cuánto calor aerodinámico queda en la atmósfera frente a cuánto retiene/reabsorbe el objeto de alta velocidad?
Cuánto calor aerodinámico queda en la atmósfera frente a cuánto se retiene/reabsorbe
tl; dr: Por necesidad, casi todo debe quedar en la atmósfera o irradiarse al espacio o hacia la Tierra , y solo una pequeña parte podría absorberse.
Usando y una velocidad inicial de 7800 m/s, vemos que cada kilogramo de un cuerpo que vuelve a entrar comienza con 3E+06 julios de energía. El agua es un material familiar con uno de los materiales de mayor capacidad de calor específico a aproximadamente 4200 Joules/kg/K . Usando ese número e ignorando los cambios de fase, tendría que alcanzar los 7000 °C para absorber eso, ¡y el acero a solo 500 J/kg/K tendría que alcanzar una temperatura no física de 60 000 °C!
Si bien un escudo térmico se calienta, no puede alcanzar estas temperaturas y representa solo una pequeña fracción de la masa del vehículo, por lo que, por necesidad, casi todo debe dejarse en la atmósfera o irradiarse hacia el espacio o hacia la Tierra. , y solo una pequeña cantidad podría ser absorbida.
La atmósfera se calienta tanto que brilla al rojo vivo y, dado que es algo opaca a parte del espectro infrarrojo térmico, se convierte en una aproximación a un radiador de cuerpo negro. Entonces, mientras que gran parte del calor se vierte en la atmósfera, una fracción significativa se irradia como luz visible e infrarroja, parte de la cual llega a la Tierra y parte se irradia al espacio.
Vea esta respuesta para una simulación numérica demasiado simplificada de un reingreso catastrófico.
Mármol Orgánico
RBarryYoung
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