Диссертация (1103111), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Можно видеть, чтона участке квазиплоского фронта ударная волна имеет существенно меньшуюинтенсивность. Данные скорости подтверждают, что на участке квазиплоского104ударно-волнового фронта распространение взрывной волны происходит с малымзатуханием, поскольку величина пика скорости мало изменяется со временем.Рис.
4.6. Вертикальные профили скорости течения на участке плоского фронтаИсходное давление – 145±5 торр. Время после инициации разряда – 8 мкс(верхний ряд), 12 мкс (средний ряд), 18 мкс (нижний ряд)С другой стороны, взрывная волна от канала повышенной интенсивностииспытывает затухание по мере распространения, что соответствует выпуклойформе её фронта. В обоих случаях профиль скорости, фиксируемый ЦТА,претерпевает существенные искажения за счёт эффектов, описанных в п.
2.5.Вместо локального скачкообразного увеличения скорости на фронте взрывнойволны фиксируется плавное её увеличение. Размер уширения фронта ВВ,105определяемый как расстояние от переднего края регистрируемого возмущения доточки максимума скорости, составляет 3-4 мм.Рис. 4.7.
Вертикальные профили скорости течения в сечении концевого каналаповышенной интенсивности. Исходное давление – 145±5 Торр. Время послеинициации разряда – 8 мкс (верхний ряд), 12 мкс (средний ряд), 18 мкс (нижнийряд)Само максимальное значение скорости течения, фиксируемое за фронтомвзрывной волны, достигает 160 м/с для отдельных цилиндрических участковфронта. В силу изложенных выше соображений о размытии фронта ударнойволны следует полагать, что реальные значения скорости газа в этой областисущественно выше.
На Рис. 4.8 приведена динамика изменения максимума106скорости в течении за фронтом ударной волны. Результаты подтверждаютописанный выше характер распространения и затухания возмущений.абРис. 4.8. Зависимость максимального значения скорости за фронтом взрывнойволны, инициируемой разрядом. а – плоские участки фронта, б – центральнаячасть полуцилиндрических участков фронтаСущественным вопросом, вытекающим из весьма малого времени горенияразряда, является пространственная однородность процессов, протекающих приэтом. Например, на Рис. 4.2 видно, что свечение ярких разрядных каналовнеодинаково на всём их протяжении; в первом приближении можно говорить, чтоинтенсивность излучения канала в видимом диапазоне уменьшается от одногоэлектрода к другому.
Для применения разряда как плазменного актуатора болееважным представляется его тепловое воздействие на поток, и поэтому в даннойработе был исследован вопрос пространственной однородности разогрева газа вканале. Поскольку прямые измерения температуры газа непосредственно послепротекания разряда представляют заметную техническую сложность, в качествеиндикатораэнерговкладаиспользовалисьвзрывныеволны,являющиесяследствием этого энерговклада.Для определения геометрии и однородности создаваемого разряднымканалом течения была проведена вторая серия экспериментов. ЦТА-визуализация107производилась в вертикальном сечении, перпендикулярном оси трубы исовпадающем с линией развития краевого разрядного канала (см.
п. 2.4 иРис. 2.9 б). Фотография эксперимента, наглядно демонстрирующая взаимноерасположение лазерного ножа и разрядных каналов, приведена на Рис. 4.9.Съёмка частиц в этом сечении велась через поворотную призму, установленнуювнутри ударной трубы.Рис. 4.9. Фотография экспериментаНа Рис. 4.10 приведены поля скорости газа, полученные при съёмке в такойконфигурации. Поле течения представляют собой полуцилиндрическую ударнуюволну, распространяющуюся снизу вверх от плоскости плазменного листа ивизуализированную в вертикальном сечении, параллельном линии её источника.Нужно отметить, что точное место горения концевого разрядного каналаварьируется при различных срабатываниях в пределах нескольких миллиметров,и поэтому лазерный нож не всегда производит точное радиальное сечениецилиндрического фронта, проходящее через сам канал.108Рис.
4.10. Поле скорости течения в сечении разрядного канала (векторыскорости, цвет – абсолютная величина). Исходное давление – 195±5 торрТем не менее, простой анализ этих полей показывает, что взрывная волнараспространяется с одинаковой скоростью на всём протяжении канала, иформирует за собой однородное течение со скоростью, направленной вверх.Поскольку характер течения определяется энергией, сообщаемой газу разрядом,можно с большой уверенностью полагать, что на протяжении канала этотэнерговклад однороден.Максимальные значения скорости газа, фиксируемые в этой серииэкспериментов, совпадают с величинами, полученными в предыдущей серииэкспериментов за фронтами полуцилиндрических взрывных волн. Когда лазерныйнож смещён относительно канала и, следовательно, центра течения, скоростьтрассеров направлена под углом к плоскости визуализации, и регистрируемыевеличины скорости оказываются меньше реальных.109ЗаключениеВ рамках данной работы проведены экспериментальные исследования рядавысокоскоростных нестационарных течений.
Рассмотрены следующие течения:плоская ударная волна, бегущая в ударной трубе постоянного прямоугольногосечения, выход этой ударной волны в атмосферу, сопряжённое течение внутриударной трубы, и собственное течение, создаваемое импульсным двумернораспределённым плазменным актуатором на основе скользящего разряда. Новыеданные об этих течениях получены применением современных оптическихцифровых методов диагностики потоков: теневой фоновый метод, цифроваятрассерная анемометрия и классический теневой метод, сопровождённыйцифровой обработкой. Импульсный характер исследуемых течений и наличие вних ударных волн потребовали модифицирования классических алгоритмов,применяемых в использованных цифровых методах. Результаты, полученные вработе, и сделанные на их основе выводы могут быть сформулированыследующим образом: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 областивблизи фронта ударной волны с использованием численного расчётаувлечения трассеров потоком и искажений, вносимых экспериментальнымметодом. Показана возможность восстановления реальных величинскорости газа в этой области для ударных волн с числами Маха до 2, придавлении перед фронтом волны до 100 Торр;3. Предложена и апробирована модификация ТФМ, позволяющая определятьскачок плотности газа на фронте плоской ударной волны изэкспериментальных данных за счёт анализа преломления света на фронтеУВ.
Для ударных волн с М=1,5–2,0 модификация показывает верныезначения скачка плотности при углах наблюдения к плоскости ударноволнового фронта от 4° до 16°;1104. Методами ЦТА и ТФМ проведена визуализация течения, развивающегосяпосле дифракции плоской ударной волны М=1,4 на открытом торцеударной трубы прямоугольного сечения. Визуализация проведена с полемзрения до 100×140 мм и пространственным разрешением лучше 2,5 мм дляЦТА, полем зрения 85×65 мм и разрешением до 0,6 мм для ТФМ. Полученыданные о распределении скорости в вихревой конфигурации.Экспериментально зафиксировано развитие неустойчивостей в осевойструе, а также формирование вторичной ударной волны в вихревой зоне;5.
Методом ЦТА впервые проведено исследование пространственнойструктуры потока и эволюции скорости газа за проходящей плоскойударной волной М=1,4–1,56 в рабочей секции ударной трубы в течениевремени до 12 мс. Зафиксированы формирование и рост пограничных слоеву стенок сечения ударной трубы толщиной до 5 мм при полувысоте сечения12 мм к моменту времени 10 мс. Показано, что в указанном диапазоневремени контактная поверхность, замедляясь, не достигает точкинаблюдения. Показано, что после прохождения волны разрежения скоростьгаза в спутном потоке уменьшается в 2 раза;6. Впервые проведена ЦТА-визуализация и анализ течения, создаваемогоимпульсным распределённым скользящим разрядом в воздухе при давлении110–250 торр.
Показано, что структура поля скорости соответствуетсуперпозиции цилиндрических взрывных волн, генерируемых разряднымиканалами повышенной интенсивности, и квазиплоского ударно-волновогофронта, исходящего из области равномерного горения разряда. Скоростигаза, зафиксированные ЦТА, достигают 150 м/с за цилиндрическими УВ и50–60 м/с за квазиплоской УВ.
Проанализировано размывание скачкаскорости газа на фронте УВ в данных ЦТА;7. ЦТА-съёмка послеразрядного течения в осевом сечении ярких каналовпоказала, что генерируемые ими полуцилиндрические взрывные волныраспространяются с одинаковой скоростью на протяжении плазменногоканала, и формируют за собой однородное поле скорости. Этосвидетельствует о том, что импульсный нагрев газа разрядом такжепроисходит однородно на всей длине разрядного канала.111Список публикаций автора по материалам работы:1. Experimental investigation of blast waves from plasma sheet using thebackground oriented schlieren and shadow methods / J.
Jin, I. V. Mursenkova, N.N. Sysoev, N. A. Vinnichenko, I. A. Znamenskaya, F. N. Glazyrin // J. Flow Vis.Image Process. – 2011. – Т. 18 – № 4 – 311–328с.2. Исследования ударно-волнового течения в канале теневым и теневымфоновым методами / Ф. Н. Глазырин, И.
А. Знаменская, И. В. Мурсенкова,Н. Н. Сысоев, Ц. Цзинь // Автометрия – 2012. – Т. 48 – № 3 – 101–110с.3. Particle Image Velocimetry Study Of The Shock Wave Emanating From OpenEnded Shock Tube / F. N. Glazyrin, I. V. Mursenkova, I. A. Znamenskaya // Vis.Mech. Process. – 2012. – Т. 2 – № 4.4. Использованиетеневогофоновогометодадляисследованиянестационарного потока с ударной волной / Ф. Глазырин, И. Знаменская, Е.Коротеева, И. Мурсенкова, Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
