1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика плазмы
  4. T. 49, № 5, 2023

Физика плазмы, 2023, T. 49, № 5, стр. 425-437

Перепробой продольно-поперечного разряда в сверхзвуковом потоке воздуха

В. А. Битюрин a, *, А. Н. Бочаров a, А. С. Добровольская a, Н. А. Попов b, А. А. Фирсов a

a Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)
Москва, Россия

b МГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына
Москва, Россия

* E-mail: valentin.bityurin@gmail.com

Поступила в редакцию 01.10.2022
После доработки 07.02.2023
Принята к публикации 20.02.2023

Аннотация

Представлена физическая и численная модель продольно-поперечного разряда в сверхзвуковом потоке воздуха. Рассматриваемая модель учитывает не только традиционные механизмы взаимодействия разряда и потока (конвекция, диффузия, тепловыделение, термохимическая неравновесность), но и процессы диссоциации и ионизации в сильных приведенных электрических полях. Показано, что в рамках двумерной модели разряда постоянного тока токовая петля уносится потоком до тех пор, пока скорость ионизации за счет сильного приведенного электрического поля в непосредственной близости от электродов не обеспечит достаточную ионизацию для формирования альтернативного канала тока: начинает формироваться новая петля тока, а старая затухает. Этот рассматриваемый процесс перепробоя разряда имеет периодический характер, при этом частота перепробоев в токовой петле пропорциональна амплитуде тока.

Ключевые слова: сверхзвуковой воздушный поток, разряд постоянного тока в потоке, нетермическая ионизация, токовая петля, перепробой разряда

Список литературы

  1. Ershov A.P., Surkont O.S., Timofeev I.B., Shibkov V.M., Chernikov V.A. // High Temperature. 2004. V. 42. № 5. P. 667–674. https://doi.org/10.1023/B:HITE.0000046519.53287.47

  2. Firsov A., Savelkin K.V., Yarantsev D.A., Leonov S.B. // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2015. V. 373. № 2048. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0337

  3. Alferov V.I., Bushmin A.S. // Sov. Phys. JETP. 1963. V. 17. № 6. P. 1190.

  4. Ershov A.P., Kalinin A.V., Surkont O.S., Timofeev I.B., Shibkov V.M., Chernikov V.A. // High Temperature. 2004. V. 42. № 6. P. 865. https://doi.org/10.1007/S10740-005-0029-0

  5. Leonov S.B., Yarantsev D.A. // Fluid Dynamics. 2008. V. 43. № 6. P. 945. https://doi.org/10.1134/S001546280806015X

  6. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 3. С. 314. = Shibkov V.M., Shibkova L.V., Logunov A.A. // Plasma Physics Reports. 2017. V. 43. № 3. P. 373. https://doi.org/10.1134/S1063780X17030114

  7. Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. // Физика плазмы. 2018. Т. 44. № 8. С. 661. = Shibkov V.M., Shibkova L.V., Logunov A.A. // Plasma Physics Reports. 2018. V. 44. № 8. P. 754. https://doi.org/10.1134/S1063780X18080056

  8. Leonov S.B., Savelkin K.V., Firsov A.A., Yarantsev D.A. // High Temperature. 2010. V. 48. № 6. P. 896–902. https://doi.org/10.1134/S0018151X10060179

  9. Firsov A.A., Kolosov N.S. // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2100. № 1. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2100/1/012017

  10. Leonov S.B., Elliott S., Carter C., Houpt A., Lax P., Ombrello T. // Experimental Thermal and Fluid Science. 2021. V. 124. P. 110355. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2021.110355

  11. Firsov A.A., Efimov A.V., Kolosov N.S., Moralev I.A., Leonov S.B. // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2100. № 1. P. 012007. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2100/1/012007

  12. Andrews P., Lax P., Leonov S. // Energies. 2022. V. 15. № 19. P. 7104. https://doi.org/10.3390/EN15197104

  13. Falempin F., Firsov A.A., Yarantsev D.A., Goldfeld M.A., Timofeev K., Leonov S.B. // Experiments in Fluids 2015 56:3. 2015. V. 56. № 3. P. 54. https://doi.org/10.1007/S00348-015-1928-4

  14. Ershov A.P., Kamenshchikov S.A., Kolesnikov E.B., Logunov A.A., Firsov A.A., Chernikov V.A. // Fluid Dynamics. 2008. V. 43. № 4. P. 605–612. https://doi.org/10.1134/S0015462808040133

  15. Dvinin S.A., Ershov A.P., Timofeev I.B., Chernikov V.A., Shibkov V.M. // High Temperature. 2004. V. 42. № 2. P. 171–182. https://doi.org/10.1023/B:HITE.0000026147.82949.36

  16. Moralev I., Kazanskii P., Bityurin V., Bocharov A., Fir-sov A., Dolgov E., Leonov S. // Journal of Physics D: A-pplied Physics. 2020. V. 53. № 42. P. 425203. https://doi.org/10.1088/1361-6463/AB9D5A

  17. Bityurin V.A., Bocharov A.N., Kuznetsova T.N. // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1698. № 1. P. 012027. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1698/1/012027

  18. Bityurin V., Bocharov A., Popov N. // 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Reston, Virigina: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2008. P. 2008. https://doi.org/10.2514/6.2008-1385.

  19. Gray M.D., Sirohi J., Raja L.L. // AIAA Aerospace Sciences Meeting. 2018. P. 2018. https://doi.org/10.2514/6.2018-0935

  20. Breden D., Karpatne A., Suzuki K., Raja L. // WCX SAE World Congress Experience. SAE International, 2019. V. 2019-April. № April. https://doi.org/10.4271/2019-01-0215.

  21. Tarasov D.A., Firsov A.A. // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 2100. № 1. P. 012015. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2100/1/012015

  22. Bourlet A., Labaune J., Tholin F., Pechereau F., Vincent-Randonnier A., Laux C.O. // AIAA Science and Technology Forum and Exposition, AIAA SciTech Forum 2022. 2022. P. 2022-0831. https://doi.org/10.2514/6.2022-0831

  23. Bityurin V.A., Bocharov A.N. // J. Phys. D Appl. Phys. 2018. V. 51. № 26. P. 264001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aac566

  24. Bocharov A.N., Bityurin V.A. LAP Lambert Academic Publishing, 2017. P. 28.

  25. Перевощиков Е.Е., Фирсов А.А. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. № 5. = Perevoshchikov E.E., Firsov A.A. // Plasma Physics Reports. 2023. V. 49. № 5. https://doi.org/10.31857/S0367292123600218

  26. Bityurin V.A., Bocharov A.N., Popov N.A. // Fluid Dynamics. 2008 43:4. 2008. V. 43. № 4. P. 642. https://doi.org/10.1134/S0015462808040170

  27. Bityurin V.A., Bocharov A.N. // Fluid Dynamics 2006 41:5. 2006. V. 41. № 5. P. 843. https://doi.org/10.1007/S10697-006-0100-5

  28. Firsov A., Bityurin V., Tarasov D., Dobrovolskaya A., Troshkin R., Bocharov A. // Energies. 2022. V. 15. № 19. P. 7015. https://doi.org/10.3390/en15197015

  29. Park C. // J. Thermophys. Heat Trans. 2012. V. 7. № 3. P. 385–398. https://doi.org/10.2514/3.431.

  30. Benilov M.S., Naidis G.V. // J Phys D Appl Phys. 2003. V. 36. № 15. P. 1834. https://doi.org/10.1088/0022-3727/36/15/314

  31. Hagelaar G.J.M., Pitchford L.C. // Plasma Sources Sci Technol. 2005. V. 14. № 4. P. 722. https://doi.org/10.1088/0963-0252/14/4/011

  32. Phelps A.V., Pitchford L.C. // Phys Rev A. 1985. V. 31. № 5. P. 2932. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.31.2932

  33. Braginskiy O.V., Vasilieva A.N., Klopovskiy K.S., Kova-lev A.S., Lopaev D.V., Proshina O.V., Rakhimova T.V., Rakhimov A.T. // J. Phys. D Appl. Phys. 2005. V. 38. № 19. P. 3609. https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/19/010

  34. Kovalev A.S., Lopaev D.V., Mankelevich Y.A., Popov N.A., Rakhimova T.V., Poroykov A.Y., Carroll D.L. // J. Phys. D Appl. Phys. 2005. V. 38. № 14. P. 2360. https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/14/010

  35. Popov N.A., Starikovskaia S.M. // Prog Energy Combust Sci. 2022. V. 91. P. 100928. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2021.100928

  36. Bityurin V.A., Bocharov A.N., Dobrovolskaya A.S., Kuznetsova T.N., Popov N.A., Filimonova E.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2100. P. 012032. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2100/1/012032

  37. Deminsky M., Kochetov I., Napartovich A., Leonov S. // International Journal of Hypersonics. 2010. V. 1. № 4. P. 209–224. https://doi.org/10.1260/1759-3107.1.4.209

  38. Трошкин Р.С., Фирсов А.А. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. № 5. = Troshkin R.S., Firsov A.A. // Plasma Physics Reports. 2023. V. 49. № 5. https://doi.org/10.31857/S036729212360022X

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика плазмы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал