Исследование взаимодействия ударной волны с импульсным объемным разрядом теневыми методами, страница 2

Описан методобработки результатов эксперимента.В параграфе 2.1 изложены схемы трех основных типов эксперимента:1. Исследование импульсного объемного разряда с предыонизацией внеподвижном газе;2. Исследование взаимодействия ударной волны с релаксирующейплазмой объемного разряда в канале;3. Исследование ударно-волновых полей в канале при распаде разрывана границе газ-плазма на фронте ударной волны.Описаны объекты эксперимента: 1 объемный разряд. 2 ударные волны отплазменных листов. 3 плоская ударная волна и ее взаимодействие собъемным разрядом. 4 явление распада разрыва на границе газ-плазма.Изложены цели эксперимента: 1.

определить скорость различныхразрывов; 2. наблюдать влияние объемного разряда на плоскую ударнуюволну; 3. получить количественную информацию о плотности в поле8течения; 4. сравнить результаты ТФМ с теневым методом и теоретическиммоделированием;5.оценитьвозможностиТФМвисследованиисверхзвукового течения с сильными градиентами плотности (ударная волна иконтактнаяповерхность),6)Исследоватьпространственно-временныехарактеристики разряда.Описываются методы наблюдения: 1.

теневой метод; 2. ТФМ метод; 3.интегральная фотография свечения; 4. высокоскоростная фотографиясвечения (наносекундная экспозиция).В параграфе 2.2 дано описание установки – ударной трубы с разряднойкамерой. Плоская ударная волна (число Маха 1,5-3) распространялась вканале ударной трубы к разрядной камере (положительное направление осиx, Рис. 1.). Начальное давление в трубе 30-75 Торр.

Рабочий газ – воздух.Исходная плоскаяударная волна УВ0zxРис. 1. Схема синхронизации: 1 – высоковольтный блок, 2 – генераторимпульсов, 3 – регистрирующая камера, 4 – пьезодатчик в каналеударной трубы, 5 – разрядная камера, 6 – система откачки, 7 – лазер, 8 –цифровой осциллограф.В параграфе 2.3 описана разрядная система – разрядная камера. Вкамеререализуетсянаносекундный9объёмныйгазовыйразрядспредыонизациейультрафиолетовымсвечениемотдвухплазменныхэлектродов. Внутренняя область разрядной камеры является продолжениемкамеры низкого давления ударной трубы сечением y×z=24×48 мм2. Научастке длиной 17 см противоположные стенки рабочей секции замененыплоскопараллельными кварцевыми стёклами без изменения поперечногосеченияканала.Дваплазменныхлистаплощадьюx×z=100×30 мм2инициировались на двух противоположных стенках рабочей секции нарасстоянии 24 мм друг от друга (Рис.

2.). Время протекания тока объемногоразряда менее 200 нс и энерговклад менее 1,5 Дж.КС48 ммКСy24 ммzЭ1ДxЭ230 ммРис. 2. Разрядная камера (сечение) и система координат. КС –кварцевые стекла, Э – электроды, Д – диэлектрик.В параграфе 2.4 описывается оптическая схема использовавшаяся вэкспериментах. Была собрана оптическая схема, включающая одновременнодве системы (два метода наблюдения) – ТФМ и теневой метод.

(Рис. 3.).Одна вспышка лазера позволяла одновременно регистрировать ТФМизображение (фотоаппарат №6) и теневое (фотоаппарат №5) изображения.Направления наблюдения лучей ТФМ и теневого метода составляли малыйугол δ (около 12 градусов). Это позволяло получать информацию омгновенной структуре потока двумя методами одновременно под близкимиуглами наблюдения.10153yz4δ1061381214Область объемного разряда2159Кварцевые стекла711Рис. 3. Схема визуализации течения.

1 – разрядная камера (поперечноесечение), 2 – лазер, 3 – экран теневой схемы, 4 – экран (фон) ТФМ, 5, 6– цифровые фотокамеры, 7, 8 – поворотные призмы, 9, 10 - линзы, 11–делительная пластина, 12-13 – фильтры; 14 (сплошные линии) – ходлучей теневой схемы, 15 (пунктирные линии) – ход лучей ТФМ.В параграфе 2.5 представлены результаты регистрации свеченияобъемного разряда высокоскоростной камерой в девятикадровом режиме. НаРис. 4. показаны примеры съемки процесса высокоскоростной камерой“BIFO”К-011.Вэкспериментахиспользовалсяследующийрежим:длительность кадра – 100 нс, длительность паузы – 100 нс. Анализрезультатов показал, что время свечения объемного разряда не больше 250 нса плазменных электродов – до 350 мкс.

Отдельные каналы продолжаютсвечение до 2 мкс.1231234564569789y78xРис. 4. Покадровая регистрация свечения объемного разряда.11Глава3 посвящена исследованию ударно-волновых полей приинициировании плазменных листов. Во время импульсного скользящегоповерхностного разряда большая часть энергии вкладывается на поверхностидиэлектрика.Вследствиечего,ударныеволныинициироваласьотплазменных листов.

Объект эксперимента – положение ударных волн отплазменных листов и их форма. При инициировании только поверхностныхразрядов ударные волны распространяются в невозмущенном газе. Послеинициирования поверхностного разряда с объемным разрядом в камереударные волны распространяются в релаксирующей плазме.В параграфе 3.1 описывается исследование первого случая – ударныеволны от плазменных листов распространяются в невозмущенном газе. Принапряжении между электродами 18 – 25 кВ, поверхностный разрядазапускали на поверхности диэлектриков – на верхней и нижней стенкахразрядной камеры; площадь области одного разряда x×z=100×30 мм2.Отклонение от однородности поверхностного энерговклада проявлялосьв том, что на поверхности электродов появлялись более яркие каналы.Соответственно в этом месте инициировались полуцилиндрические ударныеволны, в других областях инициировались почти плоские ударные волны(Рис.

5. цветовые изображения на стр. 15-18). Фронты ударных волн (УВПЛ)двигались от плазменных листов с начальной скоростью до 800 м/с затемскоростьударнойволныпадала.Через20-25 мксдвафронтавзаимодействовали. Через 40-50 мкс после разряда они доходили допротивоположной стороны разрядной камеры и отражались.На Рис. 5. показаны теневое и ТФМ изображения поля течения через11 мкс после поверхностного разряда. ТФМ и теневое изображения полученыодновременно. Можно видеть большой градиент плотности за фронтомударной волны на ТФМ изображении; вблизи поверхности регистрируетсяобласть с низкой плотностью. ТФМ результат дает значение плотности в70%-85% от плотности в невозмущенной области.12В параграфе 3.2 изложено исследование динамики ударных волн отплазменных листов в объемном разряде. В этом случае среда, по которой шлаударная волна, была релаксирующей плазмой после объемного разряда.На Рис.

6. (а) показано интегральное излучение от объемного разряда,включая плазменные электроды.На Рис. 6. (в-г) показаны теневое и ТФМ изображения поля течениячерез 13 мкс после объемного разряда с предыонизацией. ТФМ и теневоеизображение снимали одновременно. Как и в случае поверхностного разряда,можно видеть градиент плотности за фронтом ударной волны в ТФМизображении; у поверхности визуализируется область низкой плотности.Развитие структуры ударно-волнового течения в релаксирующей плазмеобъёмного разряда показано на Рис. 7.: три последовательных ТФМизображения показывают процесс встречного взаимодействия ударных волн.Увеличение плотности на фронте небольшое, как и в случае поверхностногоразряда. До пересечения средняя скорость участка квазиплоской ударнойволны v=440±50 м/с. После пересечения ударные волны ускоряются поскоростям на 10-15%.В параграфе 3.3 обсуждаются различия ударных волн при двух типахразрядов.

Конфигурации ударных волн от плазменных листов для двух типовразрядов похожи. В случае комбинированного (объемного разряда спредыонизацией от плазменных электродов) и в случае поверхностныхразрядов зарегистрированы плоские и полуцилиндрические волны отповерхностных разрядов с разной интенсивностью и скоростью.– Распределение плотности после двух типов разряда аналогично. Зафронтами ударной волны всегда наблюдается большой градиент плотности.Вблизи поверхности всегда визуализируются области низкой плотности.– После объёмного разряда скорость ударной волны выше на 15-20%. Этоможно объяснить тепловым нагревом среды.В параграфе 3.4 сравниваются возможности теневого и ТФМ дляисследования рассмотренных квазидвумерных течений с разрывами.13–Теневым методом получены хорошие изображения, в которых яснопоказана структура течения; с высокой точностью определяются координатыразрывов.–ТФМ изображения полей плотности дают заниженные значения скачкаплотности на фронте ударных волн.

При наблюдении ударных волн малойинтенсивности ТФМ несколько лучше разрешает структуру течения, чем дляболее сильных волн. Чувствительность ТФМ в отношении измененияпоказателя преломления n по линии наблюдения в экспериментах δn/n0=0,01.– Теневой и ТФМ метод дополняют друг друга и при применении двухметодов одновременно можно получить достаточно полную информацию отечении.Глава 4 посвящена экспериментальному исследованию воздействияобъемного разряда наносекундной длительности на плоскую ударную волнуM=2-3 в канале. Выделено два качественно различающихся режимавоздействия разряда на ударную волну.

Первый режим: при положенииударной волны в момент разряда вне его зоны (ударная волна движется кразрядной области). Второй режим: при положении волны в разрядномпромежутке в момент разряда.УВ0yПлазменныелистыОбласть объемного разрядаxx0010смРис. 8. Начальные условия (t=0) и система координат; x0 – положениеплоской ударной волны во время инициирования разряда.14yУВПЛxРис.