Experimental study of heat transfer to metals and quartz surfaces in underexpanded dissiciated nitrogen jets in RF-plasmatron


View article
PDF, 703.4 KB


Stagnation pressures in underexpanded high-enthalpy nitrogen jets, produced by the RF-plasmatron IPG-4 at gas mass flow rates 2.4 and 3.6 g/s, RF-generator powers 45 and 64 kW, and ground pressure 10.4 hPa are measured. At the same test conditions stagnation point heat fluxes to water-cooled copper, stainless steel and quartz are measured using a 20-mm diameter cylindrical model with a flat nose. Catalytic heating effect with respect to N atoms recombina-tion is demonstrated, and qualitative catalytic scale for above materials is established. Com-plex shock wave structures in flow field around cylindrical model with a flat nose are registered.

RF-plasmatron, dissociated nitrogen, underexpanded jet, heat transfer, catalytic recombination.


Volume 16, issue 2, 2015 year


Экспериментальное исследование теплообмена поверхностей металлов и кварца с недорасширенными струями диссоциированного азота в ВЧ-плазмотроне

На индукционном плазмотроне ВГУ-4 при расходах газа 2.4, 3.6 г/с и мощностях ВЧ-генератора 45, 64 кВт измерены давления торможения в недорасширенных сверхзвуко-вых струях высокоэнтальпийного азота при давлении в барокамере 10.4 гПа. В этих же режимах измерены тепловые потоки к поверхности меди, нержавеющей стали и кварца в критической точке водоохлаждаемой цилиндрической модели с плоским торцом диа-метром 20 мм. Продемонстрирован эффект влияния каталитичности поверхности по от-ношению к рекомбинации атомов азота на тепловой поток, установлена качественная шкала каталитичности исследованных материалов. Зарегистрированы сложные ударно-волновые структуры, возникающие при обтекании недорасширенной сверхзвуковой струёй высокоэнтальпийного азота водоохлажадемой цилиндрической модели с пло-ским торцом.

ВЧ-плазмотрон, диссоциированный азот, недорасширенная струя, теплообмен, каталитическая рекомбинация


Volume 16, issue 2, 2015 year



1. Kolesnikov A.F. The Aerothermodynamic Simulation in Sub- and Supersonic High-Enthalpy Jets: Experiment and Theory. // Proc. 2nd European Symposium on Aerothermodynamics for Space Ve-hicles. ESA Publication Division, European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands. ESA SP-367, 1995. pp. 583-590.
2. 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.
3. Kolesnikov A.F. The Concept of Local Simulation for Stagnation Point Heat Transfer in Hyper-sonic Flows: Application and Validation. AIAA Paper 2000-2515, 2000.
4. Колесников А.Ф. Условия локального подобия термохимического взаимодействия высокоэнтальпийных потоков газов с неразрушаемой поверхностью // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52. № 1. С. 118-125.
5. Park C., Nonequilibrium Hypersonic Aerothermodynamics, Wiley, New York, 1990.
6. Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Определение эффективных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов в условиях влияния на тепловой поток газофазных реакций // Теплофизика высоких температур. 1991. Т. 29. № 3. С. 521-529.
7. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Сахаров В.И. Течение и теплообмен в сверхзвуковых струях воздушной плазмы: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование. Всероссийская школа-семинар «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем». АФМ-2007. Сборник научных трудов. Москва, ИПМех РАН, 2007. С. 23-28.
8. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Течение и теплообмен в недорасширенных струях индукционного плазмотрона // Известия РАН, Механика жидкости и газа. 2011, № 4. Изд-во «Наука». Москва. С. 130 – 142.
9. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Сахаров В.И. Теплообмен в недорасширенных неравновесных струях углекислого газа: эксперимент на индукционном плазмотроне численное моделирование и экстраполяция на условия входа в атмосферу Марса. Электронный журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике». http://www.chemphys.edu.ru, 2014. Т. 15. Вып. 4. ISSN 1991-6396. www.chemphys.edu.ru/pdf/2014-11-28-005.pdf.
10. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Течение и теплообмен в недорасширенных неравновесных струях углекислого газа: эксперимент и численное моделирование // Теплофизика высоких температур. 2015, т. 53, № 2, с. 284-290.
11. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Индукционные плазмотроны серии ВГУ. В сб.: Актуальные проблемы механики. Физико-химическая механика жидкостей и газов. М., Наука, 2010. с.151-177.