Влияние закрутки потока на дозвуковую струю воздуха в ВЧ-плазмотроне ВГУ-4

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние учета закрутки потока при расчете обтекания цилиндрической модели диаметром 50 мм дозвуковой струей воздушной плазмы, истекающей из разрядного канала в испытательную камеру ВЧ-плазмотрона ВГУ-4 ИПМех РАН. Проведено сравнение расчетов осесимметричного обтекания модели на основе полных уравнений Навье—Стокса с учетом (новые результаты) и без учета (старые результаты) тангенциальной компоненты скорости w для условий экспериментов при давлении 80 мбар в широком диапазоне мощности по анодному питанию, для различных значений расстояния от среза канала плазмотрона до модели. Показано, что при расчете для малой мощности плазмотрона ВГУ-4 с учетом закрутки потока картина обтекания лобовой части модели меняется: вместо относительно тонкого пограничного слоя перед моделью образуется вихревая область. Для умеренной и большой мощности плазмотрона влияние учета закрутки на изолинии безразмерной функции тока и на изотермы мало в области ядра струи перед моделью, но является значительным во внешней области течения в испытательной камере.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Васильевский

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: koles@ipmnet.ru
Россия, Москва

А. Ф. Колесников

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Email: koles@ipmnet.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное исследование течений и теплообмена в индукционной плазме высокочастотного плазмотрона. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Сер. Б. Том VII-1. Математическое моделирование в низкотемпературной плазме. Часть 2/ Под ред. Ю.П. Попова. М.: ЯНУС-К, 2008, С. 220–234.
  2. Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Чаплыгин А.В. Тепловой эффект поверхностного катализа в дозвуковых струях диссоциированного воздуха: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование // Изв. РАН. МЖГ. 2020. № 5. С. 137–150.
  3. Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Определение эффективных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов в условиях влияния на тепловой поток газофазных реакций // ТВТ. 1991. Т. 29. № 3. С. 521
  4. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. Методика и результаты экспериментального определения каталитической активности материалов при высоких температурах // Изв. РАН. МЖГ. 2003. № 5. С. 178.
  5. Chazot O., Krassilchikoff H.V., Thomel J. TPS ground testing in plasma wind tunnel for catalytic properties determination // 46th AIAA Aerospace Meeting and Exhibit, AIAA Paper 2008-1252, Jan. 2008.
  6. Nguyen-Kuok S. Theory of low-temperature plasma physics. Springer International Publishing Switzerland, 2017. 495 c. doi: 10.1007/978-3-319-43721-7
  7. Сахаров В.И. Численное моделирование термически и химически неравновесных течений и теплообмена в недорасширенных струях индукционного плазмотрона // Изв. РАН. МЖГ. 2007. № 6. С. 157–168.
  8. Yu M., Takahashi Y., Kihara H., Abe K., Yamada K., Abe T. Numerical investigation of flow fields in inductively coupled plasma wind tunnels // Plasma Sci. Technol. 2014. V. 16. P. 930–940.
  9. Власов В.И., Залогин Г.Н., Ковалев Р.В. Численное моделирование течения различных плазмообразующих газов в тракте ВЧ плазмотрона // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. Т. 19. №4. С. 2–23. doi: 10.33257/PhChGD.19.4.775
  10. Chazot O., Panerai F., Muylaert J. M., Thoemel J. Catalysis phenomena determination in plasmatron facility for flight experiment design // 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, AIAA Paper. 2010. P. 1248.
  11. Patankar S.V., Spalding D.B. Heat and mass transfer in boundary layers. London: Intertext Books. 1970.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Радиальные профили продольной (а) и тангенциальной (б) компонент скорости на срезе разрядного канала для трех значений мощности Nap: 1 — 3 — Nap = 30, 50 и 70 кВт.

Скачать (165KB)
3. Рис. 2. Изолинии безразмерной функции тока в ядре струи для режима Nap = 20 кВт, Zm = 60 мм: (а) — расчет с учетом закрутки; (б) — расчет без учета закрутки.

Скачать (180KB)
4. Рис. 3. Изотермы в ядре струи для режима Nap = 20 кВт, Zm = 60 мм: (а) — расчет с учетом закрутки; (б) — расчет без учета закрутки.

Скачать (194KB)
5. Рис. 4. Изолинии тангенциальной компоненты скорости w (z, r) [м/с] во всей расчетной области для режима Nap = 30 кВт, Zm = 60 мм.

Скачать (100KB)
6. Рис. 5. Изолинии безразмерной функции тока во всей расчетной области для режима Nap = 30 кВт, Zm = 60 мм: (а) — расчет с учетом закрутки; (б) — расчет без учета закрутки.

Скачать (299KB)
7. Рис. 6. Распределения энтальпии h (z) (а) и температуры T (z) (б) вдоль оси струи от среза канала до модели для трех значений мощности Nap = 30, 50, 70 кВт; штриховые кривые — расчеты без учета закрутки.

Скачать (176KB)
8. Рис. 7. Распределения безразмерных параметров — скорости u (z) / u (0) (а) и градиента скорости u1 (z) (б) вдоль оси струи для двух значений мощности Nap = 30 и 70 кВт; штриховые кривые — расчеты без учета закрутки.

Скачать (173KB)

© Российская академия наук, 2024