Validation studies on the heat fluxes on water-cooled catalytic surfaces in subsonic flows of high-temperature dissociated nitrogen are presented. Simulations are performed for the conditions of experiments performed in the IGP-4 plasmatron available in IPMech RAS for four operating powers and three test materials with known catalytic recombination coefficients. The computational model describes two-dimensional flow of chemically non-equilibrium nitrogen plasma. Stefan-Maxwell equations are applied to model multicomponent diffusion in the flow and on the catalytic surface. Reasonable agreement between the calculated and measured heat fluxes is demonstrated. It is shown that deviation of the results of the computational model from the experimentally determined heat fluxes is generally within 15% (the highest deviation is 29%). Possible reasons for the deviation are discussed, and the dependence of heat fluxes on the kinetic scheme is demonstrated.
Теплообмен на каталитической поверхности в дозвуковой струе плазмы азота
В работе представлены результаты валидационных расчетов по определению тепловых потоков на водоохлаждаемой каталитической поверхности в дозвуковом потоке высокотемпературного диссоциированного азота. Моделировался эксперимент на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 для четырёх режимов мощности и трёх испытываемых материалов с известным эффективным коэффициентом рекомбинации. Вычислительная модель описывает двумерное течение химически неравновесной однократно ионизованной плазмы азота. Диффузия в потоке и на поверхности описывается соотношениями Стефана-Максвелла. Показано удовлетворительное совпадение расчётов с экспериментом по тепловым потокам. Продемонстрировано, что погрешность представленной вычислительной модели не превышает в среднем15% (максимальное отклонение – 29%). Обсуждаются возможные причины отклонений расчетов от эксперимента, продемонстрирована зависимость тепловых потоков на поверхности от используемой кинетической схемы.
