Автореферат (1103110), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Рис. 9 а и б). Это отчасти подтверждает гипотезу о том, что простыемодели сопротивления являются неприменимыми в описании взаимодействия потокаи частицы в областях высоких градиентов скорости.Полученная оценка диаметра частиц d p примерно соответствует временирелаксации p 1,6 мкс на скоростном градиенте u 400 м/с , и p 3,2 мкс приu 200 м/с . Это – величины, близкие к полученным в других работах оценкамвремени релаксации масляных аэрозолей со схожим размером частиц.Параграф 3.8 описывает результаты исследования долговременной динамикипотока за плоской ударной волной в ударной трубе с открытой секцией низкогодавления.
С помощью ЦТА было получено распределение скорости газа в рабочейсекции.На ранних стадиях (до 300 мкс) поток практически однороден, и скорость газа неменяется в сечении канала. В более поздние моменты (500–600 мкс и далее)становится заметным замедление потока около стен канала, связанное с развитиемпограничного слоя. В течение 10–15 мс после прохождения плоской УВ поток вобласти наблюдения остаётся засеянным, и не демонстрирует развитиякрупномасштабной турбулентности. На основании этого можно сделать вывод, что заэто время контактная поверхность не достигает точки наблюдения.На Рис. 10 приведена зависимость от времени скорости газа, нормализованной кскорости спутного потока u1 . Ускорение потока в промежутке времени t=2–3 мс, повидимому, обусловлено приходом возмущения, сформированного дифракциейисходной УВ на открытом конце ударной трубы.
Снижение скорости потока на t=3–5 мс вызвано прохождением классической волны разрежения, отражённой от концакамеры высокого давления ударной трубы. Форма этого падения соответствуетрезультатам одномерного численного моделирования процессов в ударной трубе(штрих-пунктирная линия на Рис. 10).Рис. 10. Динамика скорости потока за плоской УВПомимо трассеров, для определения скорости потока использовались теневыекартины течения.
Неоднородности, развивающиеся в пристеночном слое течения,использовались в качестве трассирующих элементов. Полученные значения скоростибыли существенно меньше результатов классической ЦТА в той же области.В четвёртой главе приведены результаты исследования течения, создаваемогоимпульсным наносекундным распределённым скользящим разрядом.В параграфе 4.1 приведена общая характеристика течения, инициируемогоимпульсным наносекундным скользящим разрядом.Во время протекания разрядного тока в области плазменного листа происходитинтенсивное вложение энергии в газ.
Вложение этой энергии происходит за времяпорядка нескольких сотен наносекунд. Как следствие, на границах каждогоотдельного разрядного канала реализуется задача Римана о распаде произвольногоразрыва в приближённо полуцилиндрической геометрии. В следующие за разрядоммоменты времени это приводит к формированию взрывной волны (ВВ),распространяющихся из областей плазменных листов, контактной поверхности,движущейся вслед ВВ, а также волн разрежения, распространяющихся изначально отграниц канала к его центру.Совокупность ВВ от множества каналов формирует ударно-волновой фронт.Возле участков плазменного листа с однородной интенсивностью каналовформируются области квазиплоского фронта, а отдельные яркие каналы генерируютполуцилиндрические ВВ более высокой интенсивности, которые выделяются изквазиплоского фронта.
Из-за случайного характера распределения ярких каналовструктура создаваемого течения заметно варьируется в серии запусков разряда, дажепри идентичных условиях эксперимента. При инициировании двух плазменных листовна противоположных стенках канала формируются две ударно-волновыеконфигурации, распространяющиеся в целом навстречу друг другу. При их встречереализуется встречное взаимодействие фронтов ВВ сложной формы.На больших временах после инициирования разряда заметную роль начинаетиграть конвективное течение, связанное с релаксацией разогретого газа в областиразряда.При повышении давления до 300 торр и выше разряд инициируется в болеелокализованной форме, представляющей собой один канал, близкий к искровому.
Этаформа разряда не исследовалась в данной работе.В параграфе 4.2 приведены результаты исследования течения, создаваемогоимпульсным разрядом, посредством высокоскоростной теневой съёмки.Использование высокоскоростной камеры позволило прослеживать динамикуразвития течения при каждой отдельной инициации разряда со скважностью до 8 мкс.Помимо основного ударно-волнового фронта, схема оптического метода позволялафиксировать и более слабые возмущения. На Рис.
11 приведены кадры, полученные входе двух экспериментов. Изображения наглядно фиксируют разницу в развитииквазиплоских областей фронта и ВВ от интенсивных каналов.6 мкс2 мкс14 мкс18 мксРис. 11. Динамика течения на теневых изображениях. Слева: участокравномерного горения разряда, справа: участок, содержащий яркиеканалы на нижнем и верхнем плазменных листах.В параграфе 4.3 сведены результаты исследования течения, инициируемогоимпульсным разрядом, посредством ЦТА.Из-за присутствия сильноточного разряда в исследуемой области в качестветрассеров применялись частицы оксида титана TiO2.
В силу импульсного характераисследуемого течения, пониженного давления и отсутствия постоянного потока газа,вопрос достаточной концентрации трассирующих частиц являлся насущнойпроблемой при проведении данной серии экспериментов. В некоторых областяхснимков, где плотность частиц оказывалась чересчур малой, обработка давалаошибочные данные о скорости течения. Для решения этой проблемы была разработанаспециальнаяпроцедуравнесения трассирующих частиц,5включавшая в себя предварительныйзасев объёма ударной трубы, откачку1его до рабочего давления ииспользование системы напускаоткачки для создания потока газа,26препятствующегооседаниютрассирующихчастиц.Следует43отметить,чтораспределениетрассирующих частиц в кадре восновномобусловленонеРис. 12.
Оптическая схема ЦТА-измеренийинтенсивным течением, создаваемымпри съёмке поля скорости параллельно осиразрядом,араспределениемтрубы (вид сверху). 1 – внутренний объёмтрассеров перед инициацией разряда.трубы, 2 – оптические стёкла, 3 – излучающая Например, области вблизи местголовка лазерной системы, 4 – камера, 5 –горенияразрядныхканалов,поворотная призма, 6 – лазерный нож.ожидаемоимеющиеменьшуюплотность газа, тем не менее, нехарактеризовались непременно малой плотностью трассирующих частиц.На Рис. 13 приведены примеры полей скорости течения, полученных ЦТА.
Дляколичественного анализа течения по данным ЦТА строились профили скороститечения в вертикальном направлении. Для построения профилей отдельно выбиралисьучасткиравномерногоквазиплоского фронтаВВиосевые сеченияполуцилиндрических ВВ, на верхней и нижней половине рабочей секции. Примерыпостроенных профилей приведены на Рис. 14.8 мкс18 мксРис. 13. Поле скорости течения (абсолютное значение) через различноевремя после инициации импульсного разряда.
Исходное давление – 145±5Торр.На участке квазиплоского фронта ВВ имеет существенно меньшуюинтенсивность, но её распространение происходит с малым затуханием (величинапика скорости мало изменяется со временем). ВВ от канала повышеннойинтенсивности испытывает затухание по мере распространения, что соответствуетвыпуклой форме её фронта.
В обоих случаях профиль скорости, фиксируемый ЦТА,претерпевает существенные искажения за счёт эффектов, описанных в п. 2.5. Вместолокального скачкообразного увеличения скорости на фронте ВВ фиксируется плавноееё увеличение. Размер уширения фронта ВВ, определяемый как расстояние отпереднего края регистрируемого возмущения до точки максимума скорости,составляет 3-4 мм. Само максимальное значение скорости течения, фиксируемое зафронтом ВВ, достигает 160 м/с для отдельных цилиндрических участков фронта. Всилу изложенных выше соображений о размытии фронта УВ следует полагать, чтореальные значения скорости газа в этой области существенно выше.8 мкс12 мкс18 мксРис. 14.
Вертикальные профили скорости течения в различные моментывремени. Верхний ряд – на участке квазиплоского фронта. Нижний ряд – всечении канала повышенной интенсивности. Исходное давление – 145±5 торрСущественной задачей в исследовании описанного импульсного разрядаявляется вопрос пространственного распределения вложения энергии в газ. В даннойработе исследовалось однородность энерговклада по длине разрядного канала путёмЦТА-анализа течения, инициируемого этим каналом. ЦТА-визуализацияпроизводилась в вертикальном сечении, перпендикулярном оси трубы и совпадающемс линией развития краевого разрядного канала.
Для этого съёмка течения велась вотражении, через поворотную призму, установленную внутри канала трубы (Рис. 15,а).На Рис. 15, б приведён пример поля скорости газа, полученного при съёмке втакой конфигурации. Поле течения представляют собой полуцилиндрическую ВВ,распространяющуюся снизу вверх от плоскости стенки рабочей секции ивизуализированную в вертикальном сечении, параллельном линии её источника.Анализ полей показывает, что ВВ распространяется с одинаковой скоростью навсём протяжении канала, и формирует за собой однородное течение со скоростью,направленной вверх. Поскольку характер течения определяется энергией, сообщаемойгазу разрядом, можно с большой уверенностью полагать, что на протяжении каналаэнерговклад однороден.516234абРис. 15. ЦТА-исследование течения в сечении разрядного канала: а –оптическая схема, б – поле скорости течения (векторы скорости, цвет –абсолютная величина)В заключении подведены итоги исследовательской работы, сформулированыосновные результаты и выводы:1.
Цифровая трассерная анемометрия (ЦТА) и теневой фоновый метод (ТФМ)впервые применены к панорамному исследованию трёхмерных импульсныхтечений, включающих в себя ударные и взрывные волны, в том числе - вусловиях пониженного давления (до 100 торр) внутри ударной трубыпрямоугольного сечения;2. Разработан и апробирован механизм коррекции данных ЦТА в области вблизифронта ударной волны с использованием численного расчёта увлечениятрассеров потоком и искажений, вносимых экспериментальным методом.Показана возможность восстановления реальных величин скорости газа в этойобласти для ударных волн с числами Маха до 2, при давлении перед фронтомволны до 100 Торр;3.
Предложена и апробирована модификация ТФМ, позволяющая определятьскачок плотности газа на фронте плоской ударной волны из экспериментальныхданных за счёт анализа преломления света на фронте УВ. Для ударных волн сМ=1,5–2,0 модификация показывает верные значения скачка плотности приуглах наблюдения к плоскости ударно-волнового фронта от 4° до 16°;4. Методами ЦТА и ТФМ проведена визуализация течения, развивающегося последифракции плоской ударной волны М=1,4 на открытом торце ударной трубыпрямоугольного сечения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
