Численное моделирование течений в индукционном плазмотроне и теплообмена в недорасширенных струях воздуха для условий экспериментов на установке ВГУ-4


Просмотр статьи
PDF, 754,0 КБ

CFD flows modelling ininductive plasmatron and heat transfer in under -expanded air jets under IPG-4 (IPM RAS) fasilty test conditions.

Thermally and chemically nonequilibrium flows in an inductive - plasmatron discharge channel and in under-expanded air jet flows around a butt-end cylindrical model are studied by CFD modelling. Calculations were carried out for a wide range of IPG-4 (IPM RAS) facility test conditions. The comparison of CFD results obtained in framework thermally equilibrium and nonequilibrium gas-phase models in terms of the stagnation point heat transfer rates and stagnation pressure are reported.


Том 5, 2007 год



Представлены результаты численного моделирования течений химически и термически неравновесной воздушной плазмы в разрядном канале плазмотрона и в недорасширенных струях диссоциированного и частично ионизованного воздуха, обтекающих цилиндрическую модель с передним торцевым затуплением для условий экспериментов, реализованных на индукционном плазмотроне ВГУ-4 (ИПМех РАН). Проведено сравнение с расчетными данными по теплообмену и давлению торможения в критической точке, полученными в рамках термически равновесной модели.

ВЧ плазмотрон, численное моделирование, уравнения Навье-Стокса, Максвелла, химическая и термическая неравновесность, теплообмен


Том 5, 2007 год



1. Колесников А.Ф. Условия моделирования в дозвуковых течениях теплопередачи от высокоэнтальпийного потока к критической точке затупленного тела // Изв. АН СССР. Мех. жидк. газа. 1993. № 1. С. 172-180.
2. Быкова Н.Г., Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Першин И.С., Якушин М.И. Определение эффективных вероятностей каталитических реакций на поверхностях теплозащитных материалов в потоках диссоциированного углекислого газа // Изв. АН СССР. Мех. жидк. газа. 1997. № 6. С. 144-157.
3. Kolesnikov A.F., Pershin I.S., Vasil’evskii S.A., Yakushin V.I. Study of Quartz Surface Catalycity in Dissociated Carbon Dioxide Subsonic Flows // Journal of Spacecraft and Rockets. 2000. V. 37. No. 5. P. 573-579.
4. Yakushin M., Gordeev A., Vennemann D., Novelli A. Mass Loss of SiC Sample Surfaces under Different Flow Conditions // AIAA-98-2605. June 1998.
5. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное моделирование течений равновесной индукционной плазмы в цилиндрическом канале плазмотрона // Изв. АН СССР. Мех. жидк. газа. 2000, № 5. С. 164-173.
6. Колесников А.Ф. Якушин М.И. Об определении эффективных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов по тепловым потокам к поверхности, обтекаемой диссоциированным воздухом // Мат. моделирование // 1989. Т. 1. № 3. С. 44-60.
7. Баронец П.Н., Колесников А.Ф., Кубарев С.Н., Першин И.С., Труханов А.С., Якушин М.И. Сверхравновесный нагрев поверхности теплозащитной плитки в дозвуковой струе диссоциированного воздуха // 1991. МЖГ. №3. С. 144-150.
8. A.F. Kolesnikov, I.S. Pershin, S.A. Vasil'evskii. Predicting catalycity of Si-Based Coating and Stagnation Point heat Transfer in High-Enthalpy CO2 Subsonic Flows for the Mars entry Conditions // Proc. Int. Workshop " Planetary probe Atmospheric Entry and Descent Trajectory Analysis and Science". Lisbon, Portugal. 6-9 October 2003. 2004. ESA SP-544. P. 77-83.
9. Колесников А.Ф., Кубарев С.Н., Якушин М.И. Численное исследование неравновесного течения диссоциированного азота в дозвуковой струе индукционного плазмотрона // Числ. методы мех. сплошной среды. СО АН СССР. ВЦ. ИТПМ. Новосибирск. 1986. Т. 17. № 2. С. 106-113.
10. Афонина Н.Е., Васильевский С.А., Громов В.Г., Колесников А.Ф., Першин И.С., Сахаров В.И., Якушин М.И. Течение и теплообмен в недорасширенных струях воздуха, истекающих из звукового сопла плазмотрона // Изв. РАН. МЖГ. N 5. 2002.
11. V. I. Sakharov, V.G. Gromov, A. F. Kolesnikov, I. S. Pershin, S. A. Vasil’evskii and M. I. Yakushin. CFD Model and Code-to-Experiment Validation for An Under-Expanded Nonequilibrium Plasmatron Jet Over A Butt-End Probe. West East High Speed Flow Field 2002. CIMNE Barselona. Spain. 2003. Р.144-150.
12. Vladimir Sakharov, Valeriy Gromov, CFD Modeling of Thermally and Chemically Nonequilibrium Flows in Discharge Channel and in Under-Expanded Plasmatron Jets Over a Butt-End Probe, Proceeding of the “Fifth European Symposium on Aerothermodynamics for Spase Vihicles”. Cologne, Germany. SP 563. 2005. P.119-123.
13. Utyuzhnikov S.V., Konyukhov A.V., Rudenko D.V., Vasil'evskii S.A., Kolesnikov A.F., Pershin I.S., Chazot O. Numerical simulation of sub- & supersonic flows into inductive plasmatrons // 16-th AIAA Computational Fluid Dunamics Conference. Orlando. США. 2003.
14. Власов В.И. Теоретическое исследования течения высокотемпературного газа в разрядной и рабочей камерах ВЧ- плазмотрона // 2003, Космонавтика и Ракетостроение. 2001. № 23. ЦНИИ Машиностроение. С. 18-26.
15. Горшков А.Б. Численное моделирование обтекания моделей в струе высокочастотного плазмотрона // 2003, Космонавтика и Ракетостроение. 2004. № 3(36). ЦНИИ Машиностроение. С. 54-61.
16. Afonina N.E., Gromov V.G., Sakharov V. I. HIGHTEMP technique for High Temperature Gas Flows Simulations // Proceeding of the the “Fifth European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles”. Cologne. Germany. 2005. SP 563. P. 323-328.
17. Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., Kononov S.V. Comparative Characterization of the IPG-4 Inductive Plasmatron in Subsonic and Supersonic Regimes of Air Plasma Flows // Int. Conf. on Methods of Aerophysical Research (ICMAR 2004). Novosibirsk Russia. Proceedings. Part I. Novosibirsk. Publishing House "Nonparel". 2004. P. 106-111.
18. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в 4-х томах. Изд-во «Наука». Москва. 1979.
19. Ибрагимова Л.Б., Смехов Г.Д., Шаталов О.П. Константы скорости диссоциации двухатомных молекул в термически равновесных условиях. Изв. РАН, МЖГ. №1. С.181-186. 1999.
20. Лосев С.А., Макаров В.Н., Погосбекян М.Ю. Модель физико-химической кинетики за фронтом сильной ударной волны в воздухе. Изв. РАН, МЖГ. №2. С. 169-181. 1995
21. Park C., Howe J.T., Jaffe R.L. and Candler G.V.,Review of Chemical-Kinetic Problems of Future NASA Missons, II: Mars Entries // 1994. J.of Thermophysics and Heat Transfer. Vol.8. No.1.
22. Person J.C., and Ham D.O., Removal of SO2 and NOx from stack gases by electron beam irradiation. // 1988. Radiat. Phys. Chem. V.31. No.1-3. P. 1-8.
23. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах // 1965. Наука. М. 482 с.
24. Losev, S.A, Kozlov P.V., Kuznetsva, L.A., Makarov, V.N., Romanenko Yu.,V., Surzhikov S.T., and Zalogin G.N. Radiation of a Mixture CO2-N2-Ar in Shock Waves: Experiment and Modeling // Proceedings of the 3-d European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles. ESTEC. Noordwijk. 1998.
25. T.P.Roberts, Implementation into Tina modeling for electron/electronic energy equation // 1996. AIAA Paper.
26. Ferziger J.H., Kaper H.G. Mathematical theory of transport processes in gases. Nord-Holland Publishing Company, Amsterdam-London. 1972.
27. Fertig M., Dohr A., Fruhauf H.-H. Transport coefficient for high temperature nonequilibrium air flows // 1998. AIAA Paper 98-2937.
28. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., and Bird R.B. Molecular Theory of Gases and Liquids. John Wiley. New York. 1954.
29. Kolesnikov A.F. Steffan-Maxwell Relations for Multicomponent Ambipolar Diffusion and Thermal-Baro-Diffusion Effects in Two-Temperature Plasmas // 2000. AIAA 2000-2570.
30. Reid R.C., Prausnitz J.M., Sherwood T.K The Properties of Gases and Liquids, McGraw-Hill Book Company. New York. 1977
31. Afonina N.E.,Gromov V.G. Thermochemical Nonequilibrium Computations for a MARS EXPRESS Probe // Proceedings of the 3-d European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles. ESTEC. Noordwijk. 1998. P. 179-186.
32. Barbato M., Reggian S., Bruno C., Muylaert J. Model for Heterogeneous Catalysis on Metal Surfaces with Applications to Hypersonic Flows // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. 2000. v.14. No. 3. P. 412-420.
33. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Влияние каталитической активности поверхности на неравновесный теплообмен в дозвуковой струе диссоциированного азота // Изв. АН СССР. Мех. жидк. газа. 1985. № 3. С. 166-172.