ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЕРХЗВУКОВОГО ПОТОКА С ОБЛАСТЬЮ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫМ РАЗРЯДОМ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведено численное моделирование сверхзвукового стационарного воздушного потока внутри расширяющегося аэродинамического канала с прямоугольным сечением – лабораторной модели прямоточного воздушно-реактивного двигателя. С помощью экспериментальных данных была проведена валидация аэродинамической модели в случае отсутствия зоны объемного тепловыделения. После валидации модели было проведено численное моделирование сверхзвукового потока с включенной зоной объемного тепловыделения. Получены трехмерные распределения скорости, температуры и давления в сверхзвуковом стационарном воздушном потоке. Показано, что при объемной плотности тепловой мощности источника эквивалентной средней общей мощности разряда W = 10 кВт разряд нагревает газ до температуры T = 1700–4200 К, что приводит к ускорению потока без его теплового запирания. При плотности тепловой мощности источника эквивалентной средней общей мощности разряда W = 20 кВт газ нагревается сильнее до 6700 К, но начинается локальное тепловое запирание потока.

Об авторах

К. Н. Корнев

МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет

Email: singuliarnost@yandex.ru
Россия, Москва

А. А. Логунов

МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет

Email: logunov_aa@physics.msu.ru
Россия, Москва

В. М. Шибков

МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет

Автор, ответственный за переписку.
Email: valshibmsu@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Leonov S.B. Electrically Driven Supersonic Combustion // Energies 2018, 11, 1733. https://doi.org/10.3390/en11071733
  2. Chernyi G.G. Some recent results in aerodynamic applications of flows with localized energy addition // 9 International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference and 3 Weakly Ionized Gases Workshop, 1–5 November 1999, Norfolk, VA, USA, AIAA-99-4819. https://doi.org/10.2514/6.1999-4819
  3. Lin Bing-xuan, Wu Yun, Zhang Zhi-bo, Chen Zheng Multi-channel nanosecond discharge plasma ignition of premixed propane/air under normal and sub-atmospheric pressures // COMBUSTION AND FLAME. 2017. V. 182. P. 102–113. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2017.04.022
  4. Enloe C.L., McLaughlin T.E., VanDyken R.D., Kachner K.D., Jumper E.J., Corke T.C. Mechanisms and Responses of a Single Dielectric Barrier Plasma Actuator: Plasma Morphology // AIAA JOURNAL. 2004. V. 42. № 3. P. 589–594. https://doi.org/10.2514/1.2305
  5. Знаменская И.А., Луцкий А.Е., Мурсенкова И.В. Исследование поверхностного энерговклада в газ при инициировании импульсного разряда типа „плазменный лист“ // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 24. С. 38–42. http://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/ioffe/pztf/2004/24/pztf_t30v24_07.pdf
  6. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Луцкий А.Е., Мурсенкова И.В., Сысоев Н.Н. Развитие газодинамических возмущений из зоны распределенного поверхностного скользящего разряда // ЖТФ. 2007. Т. 77. № 5. С. 10–18. http://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/ioffe/ztf/2007/05/ztf7705_02.pdf
  7. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Влияние скорости воздушного потока на основные характеристики нестационарного пульсирующего разряда, создаваемого с помощью стационарного источника питания // Физика плазмы. 2018. Т. 44. № 8. С. 661–674. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35642593
  8. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Параметры плазмы пульсирующего в сверхзвуковом потоке воздуха разряда постоянного тока // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 3. С. 314–322. https://doi.org/10.7868/S0367292117030118
  9. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Степень ионизации воздуха в плазме нестационарного пульсирующего разряда в дозвуковых и сверхзвуковых потоках // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2018. № 5. С. 44–49. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36992595
  10. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Температура электронов в плазме разряда постоянного тока, создаваемого в сверхзвуковом воздушном потоке // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2017. № 3. С. 76–82. http://vmu.phys.msu.ru/file/2017/3/17-3-075.pdf
  11. Копыл П.В., Сурконт О.С., Шибков В.М., Шибкова Л.В. Стабилизация горения жидкого углеводородного топлива с помощью программированного СВЧ-разряда в дозвуковом воздушном потоке // Физика плазмы. 2012. Т. 38. № 6. С. 551. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17726891
  12. Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. Свободно локализованный СВЧ-разряд в воздухе. М.: Нефть и газ., 1996.
  13. Шибков В.М., Александров А.Ф., Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Шибкова Л.В. Свободнолокализованный сверхвысокочастотный разряд в сверхзвуковом потоке газа // Физика плазмы. 2005. Т. 31. № 9. С. 857. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=9175972
  14. Shibkov V.M., Aleksandrov A.F., Chernikov V.A., Ershov A.P., Shibkova L.V. Microwave and Direct-Current Discharges in High-Speed Flow: Fundamentals and Application to Ignition // Journal of Propulsion and Power. 2009. V. 25. № 1. P. 123. https://doi.org/10.2514/1.24803
  15. Шибков В.М., Двинин С.А., Ершов А.П., Константиновский Р.С., Сурконт О.С., Черников В.А., Шибкова Л.В. Поверхностный СВЧ разряд в воздухе // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 1. С. 77–85. https://elibrary.ru/item.asp?id=9444599
  16. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Громов В.Г., Карачев А.А., Константиновский Р.С. Влияние поверхностного СВЧ-разряда на воспламенение высокоскоростных пропан-воздушных потоков // Теплофизика высоких температур. 2011. 49. № 2. С. 163. https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=tvt&paperid=277&option_lang=rus
  17. Шибков В.М., Ершов А.П., Черников В.А., Шибкова Л.В. Сверхвысокочастотный разряд на поверхности диэлектрической антенны // ЖТФ. 2005. Т. 75. № 4. С. 67–73. https://journals.ioffe.ru/articles/8529
  18. Шибков В.М., Двинин С.А., Ершов А.П., Шибкова Л.В. Механизмы распространения поверхностного сверхвысокочастотного разряда // ЖТФ. 2005. Т. 75. № 4. С. 74–79. https://journals.ioffe.ru/articles/8530
  19. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Карачев А.А. Поверхностный сверхвысокочастотный разряд при повышенных давлениях воздуха // Теплофизика высоких температур. 2009. Т. 47. № 5. С. 650–658. https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=tvt&paperid=902&option_lang=rus
  20. Logunov A.A., Kornev K.N., Shibkova L.V., Shibkov V.M. Influence of the Interelectrode Gap on the Main Characteristics of a Pulsating Transverse-Longitudinal Discharge in High-Velocity Multicomponent Gas Flows // High Temperature. 2021. V. 59. № 1. P. 19–26. https://link.springer.com/article/10.1134/S0018151X21010119
  21. Шибкова Л.В., Шибков В.М., Логунов А.А., Долбня Д.С., Корнев К.Н. Параметры плазмы пульсирующего разряда, создаваемого в высокоскоростных потоках газа // Теплофизика высоких температур. 2020. Т. 58. № 6. С. 1–8. https://doi.org/10.31857/S0040364420060198
  22. Двинин С.А., Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Шибков В.М. Моделирование разряда постоянного тока в поперечном сверхзвуковом потоке газа // Теплофизика высоких температур. 2004. Т. 42. № 2. С. 181–191. https://doi.org/10.1023/B:HITE.0000026147.82949.36
  23. Toktaliev P.D., Semenev P.A., Moralev I.A., Kazanskii P.N., Bityrin V.A. and Bocharov A.N Numerical modeling of electric arc motion in external constant magnetic field // Journal of Physics: Conference Series 2020 1683 032009. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/3/032009
  24. Moralev I., Kazanskii P., Bityurin V., Bocharov A., Firsov A., Dolgov E. and Leonov S. Gas dynamics of the pulsed electric arc in the transversal magnetic field // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. № 42. 425203. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab9d5a
  25. Rakhimov R.G., Moralev I.A., Firsov A.A., Bityurin V.A. and Bocharov A.N. On the gasdynamics of the electric discharge in external magnetic field // Journal of Physics: Conf. Ser. 2019. V. 1147. 012128. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1147/1/012128
  26. Boulos M.I., Fauchais P., and Pfender E., Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications. Plenum Press- Springer, 1994.
  27. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976.

Дополнительные файлы


© К.Н. Корнев, А.А. Логунов, В.М. Шибков, 2023