Исследование теплообмена в дозвуковых струях диссоциированного воздуха ВЧ-плазмотрона ВГУ-4


Просмотр статьи
PDF, 2,2 МБ

Study of heat transfer in subsonic jets of dissociated air in HF plasmatron VGU-4

This paper presents the results of measurements of heat flux to a cold copper (high catalytic) surface and dynamic pressures in subsonic jets of dissociated air in a wide range of parameters. The experiments were carried out on a 100-kilowatt VGU-4 high-frequency plasmatron. Using the measured values of heat flux to a cold copper calorimeter and dynamic pressures as input data, the enthalpy values at the outer edge of the boundary layer he and the characteristic flow velocity Vc were determined on the jet axis using the Alpha, Beta and Gamma computer programs. The results obtained can be used to solve problems related to direct local modeling of the aerodynamic heating of re-entry vehicles.

induction HF plasmatron, heat flux, probe measurements, subsonic jet, dissociated air, numerical modeling

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1167

Сергей Александрович Васильевский, Семен Сергеевич Галкин, Анатолий Федорович Колесников, Илья Васильевич Лукомский, Елена Сергеевна Тептеева, Алексей Владимирович Чаплыгин

Том 25, выпуск 7, 2024 год



Приведены результаты измерений тепловых потоков к холодной медной (высококаталитической) поверхности и скоростных напоров в дозвуковых струях диссоциированного воздуха в широком диапазоне параметров. Эксперименты проведены на 100-киловаттном ВЧ-плазмотроне ВГУ-4. С использованием измеренных значений тепловых потоков к холодному медному калориметру и динамических давлений как входных данных, с помощью компьютерных программ Alpha, Beta и Gamma на оси струи определены значения энтальпии на внешней границе пограничного слоя he и характерной скорости потока Vc. Полученные результаты могут использоваться для решения задач, связанных с прямым локальным моделированием аэродинамического нагрева поверхности возвращаемого аппарата.

индукционный ВЧ-плазмотрон, тепловой поток, зондовые измерения, дозвуковая струя, диссоциированный воздух, численное моделирование.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1167

Сергей Александрович Васильевский, Семен Сергеевич Галкин, Анатолий Федорович Колесников, Илья Васильевич Лукомский, Елена Сергеевна Тептеева, Алексей Владимирович Чаплыгин

Том 25, выпуск 7, 2024 год



1. Kolesnikov A.F., Shchelokov S.L. Analysis of the simulation conditions of the aerodynamic heating in subsonic high-enthalpy air jets from the VGU-4 HF plasmatron // Fluid Dynamics. 2021. Vol.56, №2. pp. 236–241.
2. Anderson L.A., Sheldahl R.E. Experiments with two flow-swallowing enthalpy probes in high-energy supersonic streams // AIAA Journal. 1971. Vol. 9. No. 9. pp. 1804-1810.
3. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Васильевский С.А., Тептеева Е.С. Влияние геометрии разрядного канала ВЧ-плазмотрона на теплообмен в высокоэнтальпийных дозвуковых струях воздуха // Теплофизика высоких температур. 2019. Т. 57. № 4. С. 509–517.
4. Schouler M., Prévereaud Y., Mieussens L. IXV post-flight reconstruction and analysis of the aerothermodynamic measurements along the rarefied portion of the reentry trajectory // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021. Vol. 178. No. 121582.
5. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Новые режимы течения и теплообмена плазмы в индукционном плазмотроне ВГУ-4 // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2008. Т. 7.
6. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Высокочастотные индукционные плазмотроны серии ВГУ // Актуальные проблемы механики: Физико-химическая механика жидкостей и газов. М.: Наука. 2010. С. 151-177.
7. ASTM E422-05(2016). Standard Test Method for Measuring Heat Flux Using a Water-Cooled Calorimeter // ASTM International, West Conshohocken, PA. 2016.
8. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Под ред. А. В. Лыкова. М., «Энергия». 1976. 392 с.
9. Физика и техника низкотемпературной плазмы / С.В. Дресвин, А.В. Донской, В.М. Гольдфарб, В.С. Клубникин, под общ. ред. С.В. Дресвина. – Москва: Атомиздат. 1972.
10. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное исследование течений и теплообмена в индукционной плазме высокочастотного плазмотрона // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Том VII-1. Часть 2. М.: Янус-К. 2008. С. 220–234.
11. 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.
12. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Влияние закрутки потока на дозвуковую струю воздуха в ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 // Изв. РАН. МЖГ. 2024. № 5. С. 119–127.