Диссертация (1103111), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Разность между точностью приближения заметна и награфиках (ср. Рис. 3.18 а и б). То же можно сказать и о модифицированнойстоксовской модели сопротивления [112]. Это отчасти подтверждает высказаннуюранеегипотезуотом,чтопростыемоделисопротивленияявляютсянеприменимыми в описании взаимодействия потока и частицы в областяхвысоких градиентов скорости.Если подставить оценку d pсоответствуетзначениювременив (8) то можно вычислить, что онарелаксации p 1, 6 мкснаскоростном88градиенте u 400 м/с , и p 3, 2 мкс приu 200 м/с .Эти величины согласуются срезультатами, сообщаемыми в работах других исследователей и в основномполученными в экспериментах со стационарными ударными волнами – например,тест на косом скачке уплотнения [11, 120].
Это поддерживает адекватностьпредложенной процедуры численного анализа. В будущих экспериментальныхработах, рассматривающих сложные потоки, для измерения трассирующиххарактеристик используемых трассеров можно использовать эксперименты сплоской ударной волной, как нестационарный аналог теста на косом скачкеуплотнения. Зная эти характеристики, можно проводить численный анализсложных потоков, трактуя параметры потока как неизвестные. По результатамтакого анализа возможна коррекция данных ЦТА на основе одной из адекватныхмоделей увлечения частиц потоком.3.8 Исследование течения за плоской ударной волной, бегущей внутриударной трубыДинамика потока в канале ударной трубы за распространяющейся ударнойволны был исследован методом ЦТА. В этой серии экспериментов канал ударнойтрубы был открыт в атмосферу в 40 см вниз по течению от точки измерений.Исходная ударная волна, пройдя точку измерения, дифрагировала на этомотверстии, давая начало возмущениям, распространяющимся вверх по течению.На Рис.
3.19 приведена серия полей скорости потока в различные моментывремени. На более ранних стадиях (до 300 мкс) поток практически однороден, искорость газа не меняется существенно по сечению рабочей секции. В болеепоздние моменты (500–600 мкс и далее) становится заметным замедление потокаоколо стен канала, связанное с развитием пограничного слоя.
В течение 10–15 мспосле прохождения начальной плоской ударной волны поток в областинаблюдения остаётся засеянным, и не демонстрирует развития крупномасштабнойтурбулентности, характерной для течения позади контактной поверхности. Наосновании этого можно сделать вывод, что на этих временах контактная89поверхность не достигает точки наблюдения, и наблюдаемый поток сформированрабочим газом (воздух), возможно лишь с мелкими примесями толкающего газа.Для количественного анализа скоростных характеристик потока в кадребыли выделены прямоугольные области на изображениях, и была рассчитанаусреднённая но этим областям скорость газа. Окна усреднения были выбраны наоси потока и в пристеночных областях.900,27 мс3,6 мс0,59 мс5,6 мс1,3 мс10,5 мс2,1 мс11 мсРис. 3.19.
Поле скорости потока в рабочей секции (цвет: величина скорости,векторы: направление скорости). Время указано с момента прохождения фронтаплоской ударной волны91Рис. 3.20показываетзависимостьотвременискоростигаза,нормализованной в каждом эксперименте к скорости потока за фронтом плоскойУВ u1 .
Ускорение потока в промежутке времени между t=2 мс и t=3 мс, повидимому, обусловлено приходом возмущения, сформированного дифракциейисходной ударной волны на открытом конце ударной трубы. Снижение скоростипотока на отрезке времени t=3–5 мс вызвано прохождением классической волныразрежения (ВР), отражённой от конца камеры высокого давления ударной трубы.Форма этого падения соответствует результатам одномерного численногомоделирования процессов в ударной трубе (штрих-пунктирная линия наРис. 3.20).
Однако одномерное моделирование не может учесть эффекты вязкоговзаимодействия потока со стенками канала ударной трубы, которые зависят взначительной мере от формы и размера сечения этого канала. Эти эффектывлияют на скорость характерных структур течения и параметры газа между ними[82, 113]. В данном случае неверно предсказанным оказывается промежутоквремени между приходом исходной УВ и ВР в точку наблюдения, так же как искорость потока за последней.Рис. 3.20. Динамика скорости потока за плоской УВ92После того, как волна разрежения достигает точки наблюдения (t=3–3,5 мс),скорость потока начинает снижаться до значения 0,5u1 , и далее остаётсяпостоянной.
В то же время скорость потока в пристеночной областиостаётся 0,3u1 .Для анализа потока также была проведена высокоскоростная теневаявизуализация течения (технические особенности приведены в параграфе 2.5). НаРис. 3.21 приведены теневые изображения нестационарного течения в ударнойтрубе. Теневые изображения подтверждают развитие пограничного слоя(видимого на Рис. 3.21 в, г) около нижней стенки рабочей секции.абвгРис. 3.21. Высокоскоростная теневая съёмка течения в рабочей секции ударнойтрубы. Большие стрелки указывают направления движения возмущений, малые– движение потока газа.
а) прохождение исходной УВ; б) спутный поток через40 мкс; в) спутный поток через 183 мкс; г) прохождение возмущений ототкрытого конца канала, через 750 мсСкорости газа в пристеночной области были также оценены посредствомтеневых снимков. К теневым изображениям была применена ЦТА-обработка, прикоторой неоднородности, наблюдаемые в потоке, выступали в качестве трассеров[29]. Белым прямоугольником на Рис. 3.21 в обозначена область на расстоянии в0–5 мм от стенки рабочей секции, использовавшаяся для определения скорости93этим методом.
Треугольные отметки на Рис. 3.20 на промежутке t=0,5–1,5 мспоказывают результаты этих измерений. Следует отметить, что, в отличие отклассического ЦТА, этот метод является интегрирующим вдоль оптическоголуча. В данном случае это приводит к тому, что скорость газа в пограничном слоеу середины стенки была усреднена вместе со скоростью в углах сечения, которая,как можно ожидать, ниже.
Качество кросс-корреляционной обработки такжезаметнострадаетиз-засравнительнонизкогоразрешениякадроввысокоскоростной камеры. Всё это делает ошибку такого комбинированногометода "теневой ЦТА" существенной, хотя он всё ещё может быть использованкак нижняя оценка скорости газа в пограничном слое.94Глава 4.Исследованиетечения,создаваемогонаносекунднымповерхностным разрядом4.1 Общаяхарактеристикатечения,создаваемогоимпульснымнаносекундным скользящим разрядомИмпульсный разряд, реализуемый на установке УТРО-3 (см. п. 2.1), приинициации создаёт импульсное газодинамическое течение, проходящее в своёмразвитии несколько стадий. Во время протекания разрядного тока в областиплазменного листа происходит интенсивное вложение энергии в газ. Впредыдущих исследованиях [77] посредством сравнения экспериментальнополученных характеристик течения с данными компьютерного моделированиябыла получена оценка доли энергии разряда, вкладываемой непосредственно впоступательные степени свободы молекул.
При различных давлениях онасоставляет 30-50%. В абсолютных величинах эта энергия составляет около0,5 Дж.Вложение этой энергии происходит за время протекания разрядного тока,составляющее порядка нескольких сотен наносекунд. Это время существенноменьше характерных времён релаксации тепловых неравновесностей в газе,поэтому энерговклад приводит к практически изохорному разогреву газа,входящего в область плазменного листа. Как следствие, на границах каждогоотдельногоразрядногоканалареализуетсязадачаРиманаораспадепроизвольного разрыва в геометрии, которую приближённо можно считатьполуцилиндрической. В следующие за разрядом моменты времени это приводит кформированию ударных волн, распространяющихся из областей плазменныхлистов, контактной поверхности, движущейся вслед ударной волне, а также волнразрежения, распространяющихся изначально от границ канала к его центру.Фактически, каждый отдельный канал из составляющих плазменный листформирует отдельную полуцилиндрическую ударную волну.
Ударные волны отсовокупности каналов формируют квазиплоский ударно-волновой фронт. Более95яркие разрядные каналы служат источниками более интенсивных ударных волн,чьи цилиндрические фронты выделяются из общего фронта. Расположение яркихразрядных каналов в листе имеет в общем случае достаточно хаотичный характер,однако с большой вероятностью яркий канал возникает на торцах плазменноголиста. В области между продольной кромкой плазменного листа и стенкамиканала ударно-волновой фронт имеет существенно трёхмерную структуру.Повышение давления ведёт к изменению характера горения разряда; придавлениях около 300 торр и выше исследуемый разряд протекает в формеодиночного искрового канала, скользящего по поверхности диэлектрика.
Дляэкспериментоввданнойработедавлениесоставляло100–300торр,соответствующий параметр pd составлял 500–1500 торр∙см.Фактически истечение газа из области инициирования импульсного разрядааналогично течениям, инициируемым подрывом зарядов взрывчатых веществ.Поэтомувдальнейшембудетинициируемыхповерхностнымрассматриваемогопослеразрядногоуместноговоритьразрядом.теченияпоовзрывныхволнах,Важнойособенностьюсравнениюсобычнымивзрывными течениями является отсутствие малопрозрачного облака продуктовгорения, распространяющегося вслед ударной волне.
Такое облако препятствуетоптическимисследованиямограничивающимфакторомтечениявовмногихсвоейобласти,экспериментальныхчтослужитработахпоисследованию взрывных течений.Поскольку разряд имеет протяжённую геометрию, важным вопросом визучении протекающих в нём процессов является определение пространственногораспределения энерговклада.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
