1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика жидкости и газа
  4. № 4, 2023

Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2023, № 4, стр. 137-145

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЕРХЗВУКОВОГО ПОТОКА С ОБЛАСТЬЮ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫМ РАЗРЯДОМ

К. Н. Корнев a, *, А. А. Логунов a, **, В. М. Шибков a, ***

a МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет
Москва, Россия

* E-mail: singuliarnost@yandex.ru
** E-mail: logunov_aa@physics.msu.ru
*** E-mail: valshibmsu@gmail.com

Поступила в редакцию 28.12.2022
После доработки 08.02.2023
Принята к публикации 28.02.2023

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.

Ключевые слова: CFD-моделирование, сверхзвуковой воздушный поток, тепловыделение в газе, поперечно-продольный разряд

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 материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика жидкости и газа

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал