Экстраполяция параметров теплообмена модели в недорасширенных струях диссоциированного воздуха в ВЧ-плазмотроне на условия обтекания сферы высокоскоростным потоком в земной атмосфере


Просмотр статьи
PDF, 447,6 КБ

Extrapolation of Heat Transfer Parameters in Underexpanded Air Jets in RF-Plasmatron to High-Speed Flows past a Sphere in the Earth Atmosphere

On the base of the Concept of Local Heat Transfer Simulation parameters of the underexpanded dissociated air jets around a cylindrical model with a flat face in the wide range of the RF-plasmatron IPG-4 working regimes are recalculated to a sphere re-entry conditions in the Earth atmosphere.

Keywords: induction plasmatron, underexpanded jets, numerical modeling, chemical nonequilibrium, air plasma, heat transfer modeling.


Том 16, выпуск 2, 2015 год




На основе концепции локального моделирования теплообмена параметры сверхзвукового обтекания цилиндрической модели с плоским торцом в недорасширенных струях диссоциированного воздуха в широком диапазоне рабочих параметрах ВЧ-плазмотрона ВГУ-4 пересчитаны на условия входа сферы в атмосферу Земли с гиперзвуковой скоростью.
Установлено, что нормированные зависимости тепловых потоков в точках торможения на модели и сфере от эффективного коэффициента каталитической рекомбинации атомов O и N для условий эксперимента на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и входа в атмосферу Земли, связанных условиями локального моделирования теплообмена, подобны, что ведет к формуле для экстраполяции рассчитанного теплового потока к модели в плазмотроне на условия гиперзвукового обтекания сферы.
Данная работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 14-01-00738.

Ключевые слова: индукционный плазмотрон, недорасширенная струя, теплообмен, численное моделирование, уравнения Навье-Стокса, химическая неравновесность, воздушная плазма, моделирование теплообмена.


Том 16, выпуск 2, 2015 год



1. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Высокочастотные индукционные плазмотроны серии ВГУ. Сб. Актуальные проблемы механики: Физико-химическая механика жидкостей и газов. М.: Наука, 2010. С. 151-177.
2. Колесников А.Ф., Якушин М.И. Об определении эффективных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов по тепловым потокам к поверхности, обтекаемой диссоциированным воздухом // Математическое моделирование. 1989. Т. 1. № 3. С. 44-60.
3. 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. научн. трудов. М.: 2007 г. С. 130-136.
4. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Экспериментальное моделирование теплообмена в ВЧ-плазмотроне с удлиненным секционированным разрядным каналом // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2010. № 3. С. 181-191.
5. Колесников А.Ф. Условия моделирования в дозвуковых течениях теплопередачи от высокоэнтальпийного потока к критической точке затупленного тела // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1993. № 1. С. 172-180.
6. Колесников А.Ф. Условия локального подобия термохимического взаимодействия высокоэнтальпийных потоков газов с неразрушаемой поверхностью // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52. № 1. С. 118-125.
7. Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Корреляция условий теплообмена модели в недорасширенных струях диссоциированного углекислого газа и при гиперзвуковом обтекании сферы в марсианской атмосфере// Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2015. № 4. С. 131-138.
8. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Течение и теплообмен в недорасширенных струях неравновесных струях углекислого газа: эксперимент и численное моделирование // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 2. С. 284-290.
9. 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 С. 130-142.
10. 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.
11. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное моделирование течений равновесной индукционной плазмы в цилиндрическом канале плазмотрона // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2000. № 5. С. 164-173.
12. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание. М.: Наука, 1978. Т.1. Кн. 1. 495с; Т.1. Кн. 2. 327 с.
13. Ибрагимова Л.Б., Смехов Г.Д., Шаталов О.П. Константы скорости диссоциации двухатомных молекул в термически равновесных условиях // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1999. №1. С. 181-186.
14. Лосев С.А., Макаров В.Н., Погосбекян М.Ю. Модель физико-химической кинетики за фронтом очень сильной ударной волны в воздухе // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1995. №2. С. 169-182.
15. Park C., Howe J.T. and Jaffe R.L. Review of chemical-kinetic problems of future NASA missions, II: Eearth Entries // J. Thermophys and Heat Transfer. 1993. V.7. No.3. P. 385-398.
16. Losev S.A., Makarov V.N., Pogosbekyan M.Ju., Shatalov O.P., Nikol’sky V.S. Thermochemical nonequilibrium kinetic models in strong shock waves on air // AIAA Paper. 1990. № 1994. 13p.
17. Гиршфелдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 929 с.
18. Reid R.C., Prausnitz J.M., Sherwood T.K. The Properties of Gases and Liquids, McGraw-Hill, N. Y.: 1977. 688 p.
19. Сахаров В.И. Численное моделирование термически и химически неравновесных течений и теплообмена в недорасширенных струях индукционного плазмоторона // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2007. № 6. С. 157-168.
20. Afonina N.E.,Gromov V.G. Thermochemical nonequilibrium computations for a MARS express probe // Proc. 3rd Europ. Symp. Aerothermodynam. Space Vehicles, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands. 1998. P. 179-186.
21. Гордеев О.А., Калинин А.П., Комов А.Л., Люстерник В.Е., Самуйлов Е.В. Обзоры по теплофизическим свойствам веществ. ТФЦ-М: ИВТАН, 1985. №5 (55). 100 с.
22. Лунев В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М.: Машиностроение, 1975. 328 с.
23. Колесников А.Ф., Щелин В.С. Численный анализ точности моделирования гиперзвукового теплообмена в дозвуковых струях диссоциированного азота // Изввестия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1990. №2. С. 135-143.
24. Kolesnikov A.F. The Concept of Local Simulation for Stagnation Point Heat Transfer in Hypersonic Flows: Applications and Validation. AIAA 2000-2515, 2000.
25. Колесников А.Ф., Якушин М.И. Условия моделирования конвективного теплообмена тел с гиперзвуковыми потоками на индукционных плазмотронах // Теплофизика высоких температур. 1988. Т. 26. № 44. С. 742-750.
26. Сахаров В. И. Численное моделирование течений в индукционном плазмотроне и теплообмена в недорасширенных струях воздуха для условий экспериментов на установке ВГУ-4 (ИПМех РАН) // Физико-химическая кинетика в газовой динамике.2007. Т.5. 23 c. http://chemphys.edu.ru/issues/2007-5/articles/38/