Shock wave interaction with a near-wall layer of cooling plasma from a pulsed surface discharge
The flow resulting from the propagation of a plain shock wave along the surface of a pulsed distributed sliding discharge ("plasma sheet") 40÷500 μs after its initiation is considered. The interaction between a high speed flow and a non-equilibrium near-wall area of relaxing plasma is investigated numerically and experimentally by the shadow-graph technique. The cooling of the inhomogeneous thermal layer in the vicinity of the surface, which is formed by fast energy deposition in a medium, is analyzed.
The numerical investigation of the problem is performed in two models based on 2D equations of fluid dynamics: 1) the plane shock wave movement in the channel after specified time past an immediate homogeneous pulsed energy deposition and 2) the interaction of a shock wave with an inhomogeneous thermal layer - a near-wall area with the non-uniform spatial distribution of gasdynamical parameters (temperature and density). Varying the initial conditions in the numerical simulation and matching shadow images with calculated flow patterns helps to reconstruct the initial characteristics of the energy release from the "plasma sheet".
Рассматривается течение, образующееся при движении плоской ударной волны вдоль поверхности импульсного распределенного скользящего разряда типа «плазменный лист» через 40÷500 мкс после его инициирования. Взаимодействие высокоскоростного потока с неравновесной пристеночной областью релаксирующей плазмы исследуется экспериментально теневым методом, а также моделируется численно. Анализируется динамика остывания неоднородного теплого слоя вблизи поверхности, образованного быстрым введением энергии в среду.
Численное исследование задачи проводится в рамках двух моделей на основе уравнений газодинамики в двумерной постановке: 1) движение плоской ударной волны в канале через определенное время после мгновенного однородного импульсного энерговклада и 2) взаимодействие ударной волны с неоднородным теплым слоем - пристеночной областью с неравномерным пространственным распределением газодинамических параметров (температуры и плотности). Варьирование начальных условий при численном моделировании и сравнение полученных результатов с соответствующими теневыми изображениями позволяет восстановить параметры энерговложения от «плазменного листа» в начальный момент времени.
1. Adamovich I.V., Subramaniam V.V., Rich J.W., Macheret
S.O. Phenomenological analysis of shock-wave propagation
in weakly ionized plasmas. AIAA J. 1998. V. 36, P. 816.
2. Ionikh Y.Z., Chernysheva N.V., Meshchanov A.V., Yalin
A.P., Miles R.B. Direct evidence for thermal mechanism of
plasma influence on shock wave propagation // Physics Letters
A. 1999. V. 259. Pp. 387−392.
3. Ершов А.П., Войнович П.А., Пономарева С.Е., Шибков
В.М. Распространение слабых ударных волн в плазме
продольного тлеющего разряда // ТВТ. 1991. Т. 29. № 3.
С. 582−590.
4. Podder N.K., LoCascio A.C. Shock wave interaction with
pulsed glow discharge and afterglow plasmas // Physics Letters
A. 2009. V. 373. Pp. 1148−1154.
5. Бельков Е.П. Восстановление электрической прочности
искровых промежутков после протекания больших им-
пульсов тока // ЖТФ. 1974. Т. 44. № 9. С. 1946-1951.
6. Greig J. R., Pechacek R. E., Raleigh M. Channel cooling by
turbulent convective mixing // Phys. Fluids. 1985. V. 28,
Pp.2357−2364.
7. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Метод расчета
турбулентных сверхзвуковых течений // Мат. моделиро-
вание. 21:12. 2009. С. 103−121.
8. Артемьев В.И., Бергельсон В.И., Немчинов И.В., Орлова
Т.И., Рыбаков В.А. и др. Формирование новых структур
газодинамических течений при возмущении плотности в
тонких протяженных каналах перед фронтами ударных
волн. // Математическое моделирование. 1989. Т. 1. № 8.
С. 1−11.
9. Артемьев В.И., Бергельсон В.И., Калмыков А.А., Немчи-
нов И.В., Орлова Т.И. и др. Развитие предвестника при
взаимодействии ударной волны со слоем пониженной
плотности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. №2. С.158−163.
10. Иванов И.Э., Крюков И.А., Тимохин М.Ю. Численное
моделирование ударно-волновых течений с помощью мо-
ментных уравнений // Физико-химическая кинетика в га-
зовой динамике. 2011. T. 11.
http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2011-02-01-010.pdf
11. Суржиков С.Т. Перспективы многоуровневого подхода к
задачам компьютерной аэрофизики // Физико-химическая
кинетика в газовой динамике. 2008. T. 7.
http:/www.chemphys.edu.ru/pdf/2008-09-01-002.pdf
12. Суржиков С.Т. Расчет обтекания модели космического
аппарата MSRO с использованием кодов NERAT-2D и
NERAT-3D // Физико-химическая кинетика в газовой ди-
намике. 2010. T. 9. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-
12-003.pdf
13. Кузенов В.В. Использование регулярных адаптивных се-
ток для анализа импульсных сверхзвуковых струй плазмы
// Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2008.
T. 7. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2008-09-01-016.pdf
