The relative method of catalyticity evaluation at high themperatures in VAT-104 facility
The nitrogen flow in the high-temperature VAT-104 facility canal and flow over the circular cylinder were simulated using full non-stationary 2-d Navier − Stokes equations combined with dissociation-recombination and exchange reactions. The parametrical calculations in the wide range of stagnation temperature, pressure and catalyticity values were performed. The modified method of catalyticity evaluation was proposed. The catalyticity of C-SiC samples is defined using the developed methodology.
На основе нестационарных двумерных уравнений Навье − Стокса смоделировано течение азота в тракте высокотемпературной установки ВАТ-104 ЦАГИ и проведены расчеты в широком диапазоне изменения давления (1÷40 кПа) и температуры (5500÷8000 K) торможения. Для сверхзвуковой струи на выходе из сопла выполнены параметрические численные исследования неравновесного теплообмена при различных значениях каталитической активности поверхности. Для каждого режима определен наклон кривой α = dTw / dKw в зависимости температуры поверхности от значения константы скорости гетерогенной рекомбинации. Определены значения каталитической активности С-SiC материала при температурах поверхности Tw = 1500÷1950 K.
1. Колесников А.Ф., Якушин М.И. Об определении эффек- тивных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов по тепловым потокам к поверхности, обтекаемой диссо- циированным воздухом // Мат. Моделирование. 1989. Т.1. № 3. С. 44–60. 2. Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Оп- ределение эффективных вероятностей рекомбинации атомов в условиях влияния газофазных реакций на тепло- вой поток // ТВТ. 1993. № 3. С. 521–529. 3. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Влияние каталитической активности поверхности на неравновес- ный теплообмен в дозвуковой струе диссоциированного азота. // Известия АН СССР, МЖГ, 1985. №3. С. 166-172. 4. Жестков Б.Е., Книвель А.Я. Экспериментальное исследо- вание гетерогенной рекомбинации. // Труды ЦАГИ. 1981. Вып. 2111. С.215-227. 5. Zhestkov B.E. and Knivel A.Ya. Some aspects of nonequilibrium free molecular nitrogen flow—metal surface interaction. // Rarefied Gas Dynamics. N. Y. Plenum Press. – 1985. - V. 1. – Pp. 687−694. 6. Жестков Б.Е. Гетерогенная рекомбинация атомов азота и кислорода на кварце и металлах. // Труды VIII Всесоюз- ной конференции по динамике разреженного газа. М. изд. МАИ. 1987. C. 50-56. 7. Андронова Ю.И., Жестков Б.Е. Макаров И.Г., Литвин А.С. Определение каталитических свойств материалов из тепловых измерений. // Школа-семинар ЦАГИ “Аэротер- модинамика воздушно-космических систем”. Сборник докладов. изд. ЦАГИ. часть 1. C. 209−216, 1992. 8. Shvedchenko V.V., Zhestkov B.E., Fischer W.P.P., Ebeling W.D. Methodology and Results of Catalycity and Plasma Erosion Tests on FEI Components. // SAE Technical Paper 941586. 9. Zhestkov B.E., Ivanov D.V., Shvedchenko V.V., Jegorov I.V., Fischer W.P.P. andAntonenko J. Calculated and experimental flat and wavy surface temperature distributions. // AIAA paper 99-0733. 10. Ковалев В.Л., Колесников А.Ф. Экспериментальное и теоретическое моделирование гетерогенного катализа в аэротермохимии. (Обзор.) // Изв.РАН.МЖГ. 2005. № 5. С. 3-31. 11. Колесников А.Ф., Щелин В.С. Численный анализ точно- сти моделирования гиперзвукового теплообмена в дозву- ковых струях диссоциированного азота // Изв. АН СССР. МЖГ. 1990. № 2. С. 135–143. 12. Колесников А.Ф. Условия моделирования в дозвуковых течениях теплопередачи от высокоэнтальпийного потока к критической точке затупленного тела // Изв. РАН. МЖГ. 1993. № 1. С. 172–180. 13. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное модели- рование течений равновесной индукционной плазмы в цилиндрическом канале плазмотрона // Изв. РАН. МЖГ. 2000. № 5. С. 164–173. 14. Kolesnikov A.F. The concept of local simulation for stagnation point heat transfer in hypersonic flows: applications and validation. // AIAA 2000–2515, June 2000. 15. Афонина Н.Е., Васильевский С.А., Громов В.Г., Колес- ников А.Ф., Першин И.С., Сахаров В.И., Якушин М.И. Течение и теплообмен в недорасширенных струях возду- ха, истекающих из звукового сопла плазмотрона. // Изв. РАН. МЖГ. 2002. № 5. С. 156-168. 16. Сахаров В.И. Численное моделирование термически и химически неравновесных течений и теплообмена в не- дорасширенных струях индукционного плазмотрона // Изв. РАН. МЖГ. 2007. № 6. С. 157–168. 17. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Сахаров В.И. Течение и теплообмен в сверхзвуковых струях воздушной плазмы: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и математическое моде- лирование. // Всероссийская школа -семинар “Аэрофизи- ка и физическая механика классических и квантовых сис- тем”. АФМ-2007. Сб. Научных трудов. ИПМех РАН, М., 2007 г. С. 23–28. 18. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Новые режимы течения и теплообмена плазмы в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4. // Всероссийская школа-семинар “Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем”. АФМ-2007. Сб. Научных трудов. ИПМех РАН, Москва, 2007. С. 130–136. 19. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Экспериментальное мо- делирование теплообмена в ВЧ-плазмотроне с удлинен- ным секционированным разрядным каналом. // Изв. РАН. МЖГ. 2010. № 3. С. 181–191. 20. Afonina N.E., Gromov V.G., Sakharov V.I. HIGHTEMP technique of high temperature gas flows numerical simulations // Proc. 5th Europ. Symp. on Aerothermodyn. Spase Vehicles. Cologne, Germany. 2004. SP 563. Noordwijk: ESTEC. 2004. P. 323–328. 21. Власов В.И. Теоретические исследования течения в раз- рядной и рабочей камерах ВЧ-плазмотрона // Космонав- тика и ракетостроение. 2001. № 23. С. 18–26. 22. Горшков А.Б. Численное моделирование обтекания мо- делей в струе высокочастотного плазмотрона // Космо- навтика и ракетостроение. 2004. № 3(36). С. 54–61. 23. Егоров И.В., Жестков Б.Е., Иванов Д.В. Моделирование химически неравновесных течений в соплах. // Ученые записки ЦАГИ. 1998. т.29, №1-2, с.95-111. 24. Башкин В.А., Егоров И.В., Жестков Б.Е., Шведченко В.В. Численное исследование поля течения и теплообмена в тракте высокотемпературной аэродинамической установ- ки. // ТВТ. 2008. т.46. №5. C.771−783.
