Numerical and experimental ivestigation of the shock-wave structure formed by nanosecond helium discharge
Some results of experiment and numerical simulation of flow arising during the development of the channel system of the sliding surface of impulse discharge in helium are presented here. The numerical results have been obtained by regularized 13-moment Grad set of equations (R13) and by Navier-Stokes equations. It is shown that the experimental values of the velocity of the shock waves from the discharge initiation are consistent with the numerical results in the transformation of 20 ± 5 % of the discharge energy into thermal energy in less than 1 microsecond. Calculations and further comparison of the results of numerical simulations of occurring shock waves were made in the range of Knudsen number from Kn = 10E-3 to Kn = 10E-1.
sliding discharge, numerical simulation, Navier-Stokes equations Torque system R 13
Представлены результаты экспериментального исследования и численного расчета течения, возникающего при развитии системы каналов импульсного поверхностного скользящего разряда в гелии. Численные результаты получены на основе регуляризированной системы уравнений Грэда (R13) и уравнений Навье-Стокса. Показано, что экспериментальные значения скорости движения ударных волн из области инициирования разряда согласуются с результатами расчета при трансформации 20±5% энергии разряда в тепловую энергию за время менее 1 мкс. Проведены расчеты и дальнейшее сравнение результатов численного моделирования возникающих ударных волн в диапазоне чисел Кнудсена от Kn = 10E-3 до Kn = 10E-1.
скользящий разряд, численное моделирование, уравнений Навье-Стокса, моментная система R 13
1. Bletzinger P., Ganguly B.N., Van Wie D.M., Garscadden A. // Journal of Physics D: Applied Physics. 2005. Vol. 38. Nо. 4. Pp. R33-R57. 2. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Луцкий А.Е., Мурсенкова И.В., Сысоев Н.Н. //ЖТФ. 2007. Т.77. Вып.5. С.10-18. 3. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Луцкий А.Е., Мурсенкова И.В. // Письма в ЖТФ. 2010. Т. 36. В. 17. С.35-41. 4. Unfer T., Boeuf J. P. Modelling of a nanosecond surface discharge actuator // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. 194017. 5. Nagaraja S., Yang V., Adamovich I. Multi-scale modelling of pulsed nanosecond dielectric barrier plasma discharges in plane-to-plane geometry // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. 155205. 6. Struchtrup H., Torrilhon M. Regularization of Grad’s 13-moment equations: Derivation and linear analysis // Phys. Fluids. 2003. V.15. Pp. 2668–2680. 7. Struchtrup H., Torrilhon M. Boundary Conditions for Regularized 13-moment-equations for Micro-channel-flows // J. Comput. Phys. 2008. V. 227. Pp. 1982–2011. 8. Иванов И.Э., Крюков И.А., Тимохин М.Ю. Применение системы моментных уравнений для математического моделирования газовых микротечений // ЖВМ. 2013. Т. 53. № 10. С. 1721–1738. 9. Grad H. On the Kinetic Theory of Rarefied Gases // Comm. Pure Appl. Math. 1949. V. 2. Pp. 331–407. 10. Коган М.Н. Динамика разреженного газа. М.: Наука, 1967. 11. Struchtrup H., Macroscopic Transport Equations for Rare-fied Gas Flows. New York: Springer, 2005. 12. Ivanov I.E., Kryukov I.A., Timokhin M.Yu., Bondar Ye.A., Kokhanchik A.A., Ivanov M.S. Study of Shock Wave Structure by Regularized Grad’s Set of Equations // Proc. of 28th Int. Symp. on RGD. New York: AIP. 2012. Pp. 215-222. 13. Harten A., Lax P.D., B. van Leer On Upstream Differencing and Godunov-type Schemes for Hyperbolic Conservation Laws // SIAM Rev. 1983. V. 25. Pp. 35–45. 14. Timokhin M.Yu., Ivanov I.E., Kryukov I.A. 2D Numerical Simulation of Gas Flow Interaction with Solid Wall by Regularized Grad’s Set of Equations // Proc. of 28th Int. Symp. on RGD. New York: AIP. 2012. Pp. 843–848. 15. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Метод расчета турбулентных сверхзвуковых течений // Математическое моделирование. 2009. Т. 21. № 12. С. 103–121.
