Взаимодействие ударной волны с зоной импульсного поверхностного энерговклада (1102478)
Текст из файла
На правах рукописиКОРОТЕЕВА Екатерина ЮрьевнаВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ С ЗОНОЙИМПУЛЬСНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ЭНЕРГОВКЛАДАСпециальность 01.04.17 – химическая физика,горение и взрыв, физика экстремальных состояний веществаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре молекулярной физики физическогофакультетаМосковскогоГосударственногоУниверситетаимениМ.В. Ломоносова.Научный руководительдоктор физико-математических наук,профессорЗнаменская Ирина АлександровнаОфициальные оппонентыдоктор физико-математических наук,Битюрин Валентин Анатольевичкандидат физико-математических наук,Георгиевский Павел ЮрьевичВедущая организацияИнститут проблем механики им.А.Ю. Ишлинского РАН, г.
МоскваЗащита состоится 12 декабря 2012 года в ____ на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 в Московском государственномуниверситете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1,Ленинские горы, д. 1, стр. 35, Центр коллективного пользования МГУ,конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В. Ломоносова (Ломоносовский просп., д. 27).Автореферат разосланноября 2012 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01,кандидат физико-математических наук2Т.В. ЛаптинскаяОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьЗа последние годы появилось большое количество работ, посвященныхчисленным, экспериментальным и теоретическим исследованиям взаимодействиясверхзвуковых течений с областями локального подвода энергии.
Прежде всего,это связано с развитием нового направления — плазменной аэродинамики, иинтенсивным изучением методов активного управления высокоскоростнымипотоками с помощью внешнего энергетического воздействия [1]. В качествеисточников энергии рассматриваются, в основном, различные типы газовыхразрядов (т.н. «плазменные актуаторы»), а также сфокусированное лазерноеизлучение. Пробой газа приводит к образованию плазмы, область локализации итермодинамические параметры которой определяются параметрами разряда.В зависимости от отношения времени воздействия источника энергии (td) кхарактерному времени протекания газодинамических процессов (tgas) различаютстационарный (td/tgas ≥ 1) и импульсный (td/tgas << 1) режимы подвода энергии всреду.
С точки зрения возможных практических приложений большой интереспредставляет взаимодействие областей поверхностного импульсного и импульснопериодического энерговложения с высокоскоростными течениями с разрывами.Согласно многочисленным обзорам по данной тематике, при всех известныхспособах энергоподвода основным механизмом воздействия на ударно-волновыеструктуры является тепловой, связанный с локальным повышением энтальпии врезультате поглощения энергии средой [2-4].
В то же время исследованиефизических особенностей каждого конкретного типа энергоподвода являетсясложной задачей, требующей отдельного рассмотрения.В представленной диссертационной работе выполняется анализ и численноемоделирование взаимодействия плоской ударной волны с зоной поверхностногоэнерговклада,реализованногонаосновераспределенногоскользящегосильноточного разряда наносекундной длительности типа «плазменный лист».Принципиальным отличием данного типа разряда от ранее изучавшихся способовэнерговложениязначительнойявляетсяэнергиизавозможностьсчетосуществлятьсозданияплазменного слоя вблизи поверхности.3импульсныйпротяженногоподводквазидвумерногоНесмотря на повышенный интерес к проблеме активного управления течением,на настоящий момент известно не так много работ, посвященных анализу влиянияразрядов на нестационарный поток с ударной волной. В работах, в которыхподобные исследования проводятся, геометрия задачи ограничена, как правило,точечными либо протяженными, но линейными источниками энерговыделения.Для более сложных конфигураций основной проблемой является контрольпространственно-временногораспределенияплазмыразрядаиборьбасплазменными неустойчивостями.Помимо возможных аэродинамических приложений задача моделированиявзаимодействия ударной волны с результатом импульсного поверхностногоэнерговложенияпредставляетсобойодинизвариантовболееобщей,фундаментальной задачи о распространении ударных волн в средах с локальныминеоднородностями различной природы.
К таким задачам относятся, в частности,дифракция ударных волн на цилиндрических или сферических «газовых пузырях»,на областях повышенной или пониженной плотности, движение ударных волн внеоднородных и турбулентных средах, и т.д.В диссертации численно исследуется распространение плоской ударной волныпо нестационарной релаксирующей области газа, образованной в результатеинициированияразряда,–моделируетсяреальныйфизическийпроцесс.Сравнительный анализ экспериментальных и численных данных позволяет решитьобратную задачу – восстановить начальные пространственно-энергетическиехарактеристики разряда и динамику возникающего течения.Постановка задачиС точки зрения всестороннего исследования возможного взаимного воздействия двух объектов – газодинамического разрыва (ударной волны) и импульсногоразряда, интерес представляют три качественно различающихся режима:⎯инициирование разряда в потоке за ударной волной;⎯инициирование разряда в момент, когда набегающая ударная волнанаходится внутри разрядной межэлектродной области;⎯инициирование разряда за определенное время до вхождения ударнойволны в зону разряда.4Первые два режима взаимодействия ударной волны с «плазменным листом»исследовались ранее на кафедре молекулярной физики Физического ФакультетаМГУ им.
М.В. Ломоносова [5,6]. В данной работе рассматривается третий вариантпостановки задачи: разряд инициируется в неподвижном воздухе на стенке каналарабочей камеры ударной трубы, а плоская ударная волна оказывается в разряднойобласти через заданный промежуток времени после его завершения.Цели диссертационной работы1. Решить обратную задачу – рассчитать величину и пространственноераспределение энерговложения от импульсного разряда («плазменного листа») вмомент его инициирования путем сравнения теневых изображений и результатовчисленного моделирования с различными начальными условиями.2. Провести численный анализ воздействия области энергоподвода отимпульсного распределенного скользящего разряда на набегающую ударную волнус числом Маха М=1.5-3.0 и поток за ней после прекращения тока разряда.3.
Исследоватьдинамикуимеханизмостываниянеравновесногоприповерхностного газового слоя, созданного «плазменным листом», путеманализа течения, возникающего в результате взаимодействия слоя с плоскойударной волной.Научная новизнаВ данной работе впервые:• Предложена методика анализа параметров возмущенного разрядом газа,основанная на взаимодействии плоской ударной волны с областью разряда.• Решена обратная задача – рассчитанывеличина и пространственноераспределение энерговложения от импульсного разряда на основе сравнительногоанализа теневых изображений и результатов численного моделирования движенияударной волны по зоне разряда с различными начальными и граничнымиусловиями.• При наличии начальной неоднородности в энерговложении, выявленовлияние областей турбулентного конвективного перемешивания на динамикуостывания газа вблизи поверхности разряда.• Выявлены и идентифицированы пространственные эффекты в структуретеченияприраспространенииударной5волныпообластиимпульсногоповерхностного разряда на основе трехмерного численного моделирования задачи.Достоверность полученных результатовРезультаты численного моделирования, представленные в работе, былиполучены с использованием широко применимых и апробированных численныхалгоритмов.
Проводилась верификация программ реализации использованныхалгоритмов на известных одно- и двумерных газодинамических задачах.Достоверность представленных результатов также подтверждается прямымсравнением с экспериментальными данными.Научная и практическая ценность работыНаучнаяценностьработысостоитвдетальноманализевоздействиянеоднородной нестационарной приповерхностной области, образованной за счетреализации импульсного поверхностного энерговклада, на движение плоскойударной волны на основе сопоставления численного расчета с результатамиэкспериментов.Важнымрезультатомдиссертацииявляетсяразработкаиверификация численной модели и алгоритма расчета, применимой к численномуанализу течений с импульсным локализованным энергоподводом различнойгеометрии.Результаты работы могут быть применены в качестве рекомендаций припроектировании устройств активного управления высокоскоростными течениями, вт.ч.
при обтекании поверхностей, а также при разработке методик интенсификациипроцессов перемешивания, зажигания и горения предварительно несмешанныхгорючих смесей.Основные положения, выносимые автором на защиту:1. Методиканахожденияпространственногораспределенияэнергииимпульсного сильноточного разряда на основе варьирования начальных условийчисленного моделирования до совпадения с экспериментальными картинамивзаимодействия области разряда с плоской ударной волной (решение обратнойзадачи).2. Результатыдвумерногочисленногомоделированияраспространенияударной волны по нестационарному газовому слою, образованному разрядомвблизи поверхности (для случаев однородного и неоднородного энерговклада).3. Механизм быстрого остывания области возбужденного разрядом газа вблизи6поверхности.4. Результаты трехмерного численного моделирования задачи с учетомпространственной геометрии разряда в канале.5.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
