Взаимодействие ударной волны с зоной импульсного поверхностного энерговклада (1102478), страница 4
Текст из файла (страница 4)
6). По аналогии с взаимодействием ударных волн с «газовыми пузырями» [9],при определенном соотношении числа Рейнольдса и степени неоднородности современем может развиться вторичная завихренность и начаться турбулизациясреды, что и наблюдается в спутном потоке за ударной волной.Рис. 7. Сравнениеэкспериментальных(вверху) и расчетных(внизу)теневыхизображений через320 и 302 мкс послеразряда.Ударнаяволна движется слеванаправо; р0=75 Торр,М=2.5.1 – неоднородностьпередфронтом(«термик»);2 – когерентныевихревые структурыза фронтом.В то же время развитие турбулентности в газовом слое вблизи поверхностиразряда, очевидно, происходит еще до начала взаимодействия с ударной волной.
Изработ по механизмам остывания «горячих каналов», образованных за счетбыстрого энерговложения в газ, следует, что в местах начальной неоднородностиплазмы разряда возможно возникновение вихревых течений и формирование современем областей турбулентного конвективного перемешивания [10, 11].О наличии областей турбулентного конвективного перемешивания в случаеэнергоподвода от импульсного скользящего разряда свидетельствуют теневыеснимки и результаты расчета на временах, превышающих 250-300 мкс послеразряда (рис. 7).
На них уже отсутствует конфигурация с предвестником, чтоозначает, что температура вблизи поверхности, в среднем, приближается ккомнатной. В то же время неоднородность перед фронтом остается, что приводит кобразованию за фронтом крупномасштабных когерентных вихревых структур.17Турбулизация среды является основной причиной более быстрых темповостывания нагретого разрядом пристеночного слоя, чем в случае, когда остываниеопределялось бы лишь молекулярной теплопроводностью воздуха. Это объясняетрасхождение экспериментальных оценок с результатами газодинамическогорасчета в рамках модели однородного энерговклада на временах t > 180-200 мкспосле разряда.Пятая глава содержит результаты трехмерного численногомоделированиядвиженияударной волны по разряднойкамерепослеинициирования«плазменного листа». В расчетнойобластиразмерами144х24х48 мм3 зона энерговклада занимала пространство 24 < x< 124 мм, 9 < z < 39 мм, 0 < y <h(x) мм.
В расчетах учитывалосьналичие в течении плоскостисимметрии z = 24 мм (рис. 8а).3D моделирование позволило восстановить пространственную структуру фронта ударнойРис. 8. (а) Изоповерхности градиента плотности наразличных временных стадиях после однородногоэнерговклада, параметры расчета: р0=25 Торр,М=2.5, h(x)=0.5 мм, К=15%.(б-в) Сравнение теневых снимков (слева) и численного моделирования (справа, визуализация продольных сечений плоскостями z=0 мм и z=24 мм)для двух экспериментов при p0=25 Торр, М=2.4.Параметры расчета: неоднородный энерговклад,К=17% (б) и К=13% (в).волны в зоне энерговыделения,не доступную для визуализацииэкспериментальными теневымиметодами.Расчет динамики трехмернойударно-волновой конфигурациипоказал,чтоприданнойпостановке задачи отклонение от двумерности течения существенно лишь внебольших областях вблизи боковых стенок разрядной камеры, где плоский фронтударной волны практически не искажается (рис.
8а). Наличие неискаженной части18фронта ударной волны объясняет появление на многих теневых снимках, помимохарактерноготеченияпрямолинейногорезультатовсвзаимодействияволнысзонойразряда,скачка уплотнения. Максимальное совпадениеэкспериментальнымибылодостигнутопритакжечисленныходновременнойвизуализации продольных срезов расчетных полей течения плоскостями z = 0 мм иz = 24 мм (рис. 8, б-в).Взаключениисформулированыосновныерезультатыивыводыдиссертационной работы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Решена обратная задача определения величины и пространственногораспределения импульсного энерговклада от распределенного поверхностногоразряда («плазменного листа») путем моделирования взаимодействия областиэнерговклада с набегающей плоской ударной волной (М=1.5-3.0) и последующегоанализа теневых изображений и результатов численного моделирования.2.
Определены характерные времена основных механизмов воздействияимпульсногораспределенногоповерхностногоразряданасверхзвуковоенестационарное течение с ударной волной в послеразрядной стадии:⎯ «ударно-волновой» эффект ослабевает к 40 мкс и практически исчезает навременах до 120-140 мкс за счет постепенного затухания взрывных ударных волнот импульсного энерговклада.⎯ «тепловой» эффект снижается по мере остывания приповерхностногогазового слоя и перестает существенно влиять на структуру течения с ударнойволной в разрядной камере в среднем через 300-350 мкс после разряда (приоднородном энерговкладе – через 450-500 мкс).⎯ «турбулентный» эффект возникает через 150-200 мкс и сохраняется навременах порядка 500 мкс после инициирования «плазменного листа».3.
Выявлено два основных газодинамическихаспекта взаимодействияплоской ударной волны с зоной поверхностного импульсного разряда на временах40-500 мкс после вложения энергии:⎯возникновение ударно-волновой конфигурации с предвестником (вплоть до250-300 мкс после разряда);19⎯образованиекрупномасштабныхкогерентныхвихревыхструктуритурбулизация среды вблизи поверхности в спутном потоке (на временныхинтервалах,превышающих150-200мкспослеразряда,приналичиинеоднородностей в энерговкладе).4.
Показано, что в модели изотермической стенки за 450-500 мкс происходитохлаждение приповерхностного теплого слоя с 900-1100 К до 300-350 К, чтосогласуется с экспериментальными данными для однородного энерговклада.Расхождение между экспериментом и расчетом в темпах остывания принеоднородном энерговкладе объясняется формированием в слое областейтурбулентного конвективного перемешивания, за счет которых осуществляетсяболее интенсивный, по сравнению с молекулярной теплопроводностью, переностепла.5. Впервые проведено численное 3D моделирование взаимодействия ударнойволны с плоской зоной импульсного скользящего разряда.
Показано, что влияниекраевых эффектов на квазидвумерную структуру течения в разрядной камеревыражается в появлении неискаженной части фронта ударной волны у стенки,визуализируемой на теневых снимках.20СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1. Коротеева Е.Ю., Иванов И.Э., Знаменская И.А. Развитие турбулентности за фронтомударной волны при ее движении по неоднородной области // Письма в ЖТФ. 2012. Т.
38.Вып. 11. С. 46-52.2. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Коротеева Е.Ю., Орлов Д.М. Газодинамическиеявления при движении ударной волны по области импульсного поверхностного разряда //Доклады Академии Наук. 2011. Т. 439. № 5. С. 609-612.3.
Знаменская И.А., Иванов И.Э., Коротеева Е.Ю., Орлов Д.М. Исследованиевзаимодействия ударной волны с областью поверхностного импульсного разряда впрямоугольном канале // Вестник МГУ. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2012. №.6.4. Koroteeva E.Yu, Ivanov I.E, Orlov D.M., Znamenskaya I.A. 2D phenomena of shock wavepropagation along a non-equilibrium thermal zone formed by surface discharge // Proceedings ofthe 28th International Symposium on Shock Waves ISSW28 (Manchester, UK, 2012). 2012.Vol. 2.
Part 12. P. 1021-1026.5. I.A. Znamenskaya, E.Yu. Koroteeva, I.E. Ivanov, D.M. Orlov. Analysis of shockwave/surface discharge interaction via shadowgraph and CFD visualization // 8th PacificSymposium on Flow Visualization and Image Processing PSFVIP8 (Moscow, 2011). CDProceedings. Paper ID: 086.6. Znamenskaya I.A., Ivanov I.E, Koroteeva E.Yu., Mursenkova I.V., Orlov D.M. Energycharacteristics and relaxation of a “plasma sheet” // Proceedings the 10th International Workshopon Magneto-Plasma Aerodynamics (Moscow, 2011).
P. 75.7. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Коротеева Е.Ю., Орлов Д.М., Крюков И.А.Взаимодействие ударной волны с пристеночным слоем остывающей плазмы импульсногоповерхностного разряда // Сборник трудов 4-й Всероссийской школы-семинара«Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем». Москва, 2010. C.46-50.8.
Znamenskaya I.A., Ivanov I.E, Orlov D.M., Koroteeva E.Yu. Shock wave movement alongnearwall layer of nonequilibrum gas // 14th International Symposium of Flow VisualizationISFV-14 (Daegu, Korea, 2010). 2C5069.9. Znamenskaya I.A., Orlov D.M., Ivanov I.E., Kryukov I.A. and Koroteeva E.Yu. Surfacenon-equilibrium thermal layer analysis using shock wave // International Symposium onTransport Phenomena ISTP-21 (Kaohsiung, Taiwan, 2010).
Paper ID: IS10-03. P. 1441-1445.10. Коротеева Е.Ю., Орлов Д.М. Исследование тепловых процессов, сопровождающихвзаимодействие ударной волны с разрядной областью, оптическими методами // Сборниктезисов X Международной конференции молодых ученых «Актуальные вопросытеплофизики и физической гидрогазодинамики» (Новосибирск, 2012). С. 68.11.
Коротеева Е.Ю., Знаменская И.А., Иванов И.Э. Термодинамика взаимодействияплоской ударной волны с пристеночным слоем, нагретым поверхностным разрядом //Сборник тезисов докладов научной конференции «Ломоносовские чтения — 2011».Секция физики (Москва, 2011). С. 230-233.12. Знаменская И.А., Орлов Д.М., Иванов И.Э., Коротеева Е.Ю. Исследованиевзаимодействия ударной волны с областью релаксации плазмы наносекундногоповерхностного разряда // Сборник тезисов докладов научной конференции«Ломоносовские чтения — 2010». Секция физики (Москва, 2010). С.
212-214.13. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Коротеева Е.Ю., Орлов Д.М., Крюков И.А.Взаимодействие неравновесной плазмы импульсного поверхностного разряда с ударнойволной // Материалы VII Международной конференции по неравновесным процессам всоплах и струях NPNJ’2010 (Алушта, Украина, 2010).
С. 251-254.2114. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Коротеева Е.Ю., Орлов Д.М., Сысоев Н.Н.Воздействие неравновесной приповерхностной области на течение за ударной волной //Материалы Десятой Международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики»(Евпатория, Украина, 2010). С. 70-71.15. Знаменская И.А., Орлов Д.М., Иванов И.Э., Коротеева Е.Ю. Турбулизацияпограничного слоя за ударной волной, движущейся по области импульсногоповерхностного разряда // Тезисы докладов Международной конференции «Нелинейныезадачи теории гидродинамической устойчивости и турбулентность» (Звенигород, 2010).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
