Взаимодействие наносекундного объемного разряда с газодинамическими разрывами (1102469), страница 3
Текст из файла (страница 3)
5. Схематическое представление реализации распада разрыва. а – теневая фотографияисходной (невозмущенной) ударной волны, б – свечение разряда перед ударной волной, в –теневая фотография структуры разрывов после разрядного воздействия.При длине области локализации энерговклада Λ, меньшей 1 см (привеличине плотности энерговклада превышающей 0.08 мДж/мм3), такженаблюдается второй распад разрыва на конце разрядного промежутка, гдеформируются ударная волна У3, контактная поверхность К2 и веер волнразряжения (рис.
6). Вертикальные разрывы искривлены из-за наличияпоперечных возмущений УП, отходящих от плазменных электродов.Анализ теневых изображений относительно поздних стадий течения(более 25 мкс после разрядного воздействия) при Λ < 1 см показал присутствиев потоке неустойчивости типа Рихтмайера-Мешкова. Она формируется придогонном взаимодействии ударной волны У1 с искривленной контактнойповерхностью К2.
На рис. 7б неустойчивая контактная поверхность обозначенакак КРМ.В параграфе 4.2 описывается методика определения доли разряднойэнергии KT, идущей на нагрев газа за время разряда. Теневые изображения15течениявпервыеаналитическиммикросекундырешениемзадачипослеоразрядараспадесопоставляютсяпроизвольногосразрыва.Вычисленное таким образом значение КТ находится в диапазоне (25±5)% приначальных давлениях 25÷80 торр.
При Λ = 1 см и начальном давлении 25 торризменение поступательной температуры за время разряда достигает 900 К.Адекватность модели мгновенного энерговложения в область перед ударнойволной и правильность оценок величины КТ подтверждается при сравненииэкспериментальных теневых изображений с результатами расчета параметровтечения в условиях эксперимента (рис.
7). Расчёт проводился ведущимнаучнымсотрудникомИМПимМ.В.Келдыша,докторомфизико-математических наук А.Е. Луцким. Использовалась математическая модельнестационарных уравнений Эйлера. Численное интегрирование уравненийпроводилось при помощи обобщенной разностной схемы С.К. Годунова сучётом влияния плазменных электродов на картину течения.Рис.
6. Распад разрыва при различных размерах области локализации энерговклада. а –L_=_33 мм, б – L_=_8 мм.В параграфе 4.3 рассматриваются характеристики проходящей ударнойволны У1 с точки зрения её механического воздействия на объекты,потенциально расположенные в области энерговклада.Отмечается, что вусловиях эксперимента реализуем случай, когда скорость проходящей ударнойволны в 1.5 раза превышает скорость исходной, а перепад давлений напроходящей волне может быть уменьшен в два раза по сравнению с перепадом16на исходной волне. В параграфе также приводятся аналитические зависимостискорости проходящей ударной волны и перепада давлений на её фронте отвеличин Λ и q для нескольких характерных случаев с начальными играничными условиями, соответствующими экспериментальным.Рис. 7.
Сопоставление теневых фотоизображений поля течения (сверху) и двумерногорасчёта в условиях эксперимента (снизу) на стадии распада разрыва (а) и неустойчивостиРихтмайера-Мешкова (б).В заключении сформулированы основные выводы по результатам работы:1. Выполненокомплексноевзаимодействиявысокооднороднойисследованиеразрывногонеравновеснойнестационарногогазодинамическогообластьюобъёмнойпроцессатечениясионизации,созданной импульсным разрядом с предыонизацией ультрафиолетовымсвечением от плазменных электродов.
Проведены эксперименты поизучению влияния ударных волн с числами Маха 1.7÷4.5 и областейконтактного перехода на параметры объёмного разряда субмикросекундной17длительности. Экспериментально исследовались особенности течения послеимпульсной ионизации области плоской ударной волны.2. Исследования пространственно-временных и спектральных характеристикплазмы наносекундного объёмного разряда, инициированного в областипотока газа с плоским скачком уплотнения, показали возможностьуправления параметрами разрядного энерговклада при помощи эффектасамолокализации разряда в потоке с разрывами. Установлено, что величинаудельного разрядного энерговклада может быть охарактеризована среднейлокальнойинтенсивностьюсвеченияплазмыданногоразряда,интенсивностью одной из характерных полос спектра или интегральной поспектру интенсивностью свечения.
Показано, что используемый тип разрядаможет применяться для визуализации структуры течения в ударной трубе.3. С применением теневой методики установлено, что после воздействияимпульсного объемного разряда на область потока с плоской ударнойволной (M = 1.7÷3.2) в канале реализуется явление распада разрыва награнице газ-короткоживущая плазма. Возникает двумерное нестационарноеразрывное течение с образованием контактной поверхности и двух ударныхволн, одна из которых распространяется по области неравновесного газа.4. Разработана методика определения доли разрядной энергии, идущей нанагрев газа непосредственно за время разряда.
В условиях эксперимента этадоля составляет (25±5)% при начальных давлениях 25÷80 торр. Сравнениеэкспериментальных теневых изображений структуры течения (2÷100 мкспосле разряда) с результатами двумерных численных расчётов для условийэкспериментапоказалоточностьдвумерноймоделимгновенногоэнерговложения в область перед фронтом ударной волны. Установлено, чтоприлокализацииобластиэнерговкладаударнойволнойвеличинаповышения температуры после разрядного воздействия может достигать900_К, что соответствует скорости нарастания температуры 5 К/нс.5.
Проанализированаразрядовдлявозможностьуправленияпримененияпараметрамиимпульсныхразрывногообъёмныхтечениягаза.18Установлено, что при разрядном воздействии в условиях экспериментаможно добиться двукратного уменьшения интенсивности проходящейударнойволнынанекоторомучасткеканалапосравнениюсинтенсивностью падающей.6. Визуализирована область контактного перехода (воздух-гелий) импульснымобъемным разрядом.Содержание диссертации отражено в следующих работах:1. Знаменская И.А., Коротеев Д.А., Попов Н.А. Наносекундный сильноточныйразряд в сверхзвуковом потоке газа // Теплофизика высоких температур.2005.
Том 43. №6. С. 820-827.2. Знаменская И.А., Коротеев Д.А. Наносекундный объёмный газовый разряд впотокесгазодинамическимиразрывами//ВестникМосковскогоуниверситета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2008. №1. С. 81-83.3. ЗнаменскаяИ.А.,КоротеевД.А.,ЛуцкийА.Е.Экспериментальнаяреализация двумерной задачи о распаде разрыва при импульсной ионизациипотока с ударной волной // Доклады академии наук. 2008. Том 420.
№5. С.619-622.4. Znamenskaya I.A., Koroteev D.A., Lutsky A. E. Discontinuity breakdown onshock wave interaction with nanosecond discharge // Physics of Fluids. 2008. Vol.20. P. 056101.5. Коротеев Д.А. О воздействии плазменных образований на ударные волны //Полет. 2008. №2. С. 36-42.6. Znamenskaya I.A., Koroteev D.А., and Popov N.A. Experimental study of shockwave interacting with plane gas-plasma boundary.
// Proc. The XVI InternationalSymposium on Transport Phenomena. Prague 2005 (CD).7. Znamenskaya I.A., Koroteev D.A., Lutsky A.E., and Mursenkova I.V.Nanosecond ionization of flow with a flat shock wave. // Proc. XV International19Conference on MHD Energy Conversion and VI Workshop on MagnetoplasmaAerodynamics for Aerospace Applications. Moscow 2005. Volume 2. P. 537-543.8.
Znamenskaya I.A., Koroteev D.A., and Lutsky A.E. Experimental realization andnumerical study of processes arising in channel after instant energy input in thearea in front of shock wave. // Proc. XIII International Conference on Methods ofAerophysical Research.
Novosibirsk 2007. Volume 5. P. 239-243.9. Znamenskaya I.A., Koroteev D.A., Orlov D.M., Lutsky A.E., and Ivanov I.E.Nanosecond transversal discharges in shock tube channel // Рroc. XXVIInternational Symposium on Shock Waves. Gettingen 2007 (CD).10. Знаменская И.А., Коротеев Д.А. Свечение плазмы импульсного объемногоразряда с предыонизацией в потоке с плоской ударной волной и контактнойповерхностью//ТрудыIXМеждународнойнаучно-техническойконференции «Оптические методы исследования потоков». Москва 2007. С.208-211.11. Znamenskaya I.A., Koroteev D.A., Glow of nanosecond spatial discharge in shocktube flow with shock wave and contact zone // Proc.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
