Исследование взаимодействия ударной волны с импульсным объемным разрядом теневыми методами (1103113), страница 3
Текст из файла (страница 3)
5. Изображения 11 мкс после поверхностного разряда. Теневойснимок (вверху), ТФМ поле плотности (центр) и ТФМ поле сдвига повертикальному направлению (внизу).15Объемный разрядПоверхностныйразрядyxабвгРис. 6. Изображение объемного разряда. а – излучение от объемногоразряда. б – теневое изображение.
в – ТФМ поле плотности. г – ТФМполе сдвига в вертикальном направлении.16yxРис. 7. Развитие ударной волны. ТФМ поле плотности 10 мкс (вверху),25 мкс (центр) и 35 мкс (внизу) после объемного разряда.17УВyxРис. 11. Теневое и ТФМ изображения первого типа взаимодействия.t=140 мкс, М=2,4, x0~ -1,5 см.yУВ2КПУВ1УВПЛxРис. 15.
Теневое и ТФМ изображения второго типа взаимодействия.t=32 мкс, М0=2,3, x0~6 см.18Время t=0 – время инициирования разряда. Начальные условияпредставлены на Рис. 8. Во время разряда исходная ударная волна УВ0находится в точке x=x0. При первом режиме взаимодействия исходнаяударная волна не дошла до разрядной камеры, -10 см<x0<0. При второмрежиме взаимодействия исходная ударная волна находилась в разряднойкамере 0 <x0<10 см.В параграфе 4.1 описаны результаты исследования первого режимавзаимодействияплоскойударнойволныс релаксирующейплазмойобъемного разряда.Первыйрежимвзаимодействияударнойволнысразрядомреализовывался при вхождении плоской ударной волны в область объемногоразряда спустя некоторое время после его инициирования.
При этом режимеобласть взаимодействия – вся разрядная камера – протяженностью 10 см. Вмомент t=0 исходная ударная волна УВ0 имела координату x=x0<0, разряднойзоны она достигла в момент t=t0, 0<t0<150 мкс. В момент t=0 поджигалисьплазменные электроды на верхней и нижней стенках ударной трубы; от нихначинали распространяться поперек канала навстречу друг другу ударныеволны; c задержкой 20-50 нс инициировался объемный разряд.
Плоскаяударная волна входила в область разряда через время задержи t0 от 0 до150 мкс. Задержка обеспечивалась синхронизацией импульса с датчикадавления с импульсом на разряд.Исходная плоская ударная волна УВ0 после вхождения в область разрядасо временем задержки t0=0-40 мкс взаимодействовала с поперечнымиударными волнами, неоднородной неравновесной средой в объеме камеры изначительнымградиентомтермодинамическихпараметроввблизиплазменных электродов (Рис. 10.
a). В зонах вблизи электродов, где былосущественно влияние поверхностного разряда, плоская ударная волнавыдвигалась вперед (эффект теплового слоя). В результате неоднородноститемпературы и плотности, особенно в зоне поверхностного энерговклада, зафронтом ударной волны развивалось турбулентное течение.19yxaбРис. 10. Первый режим. Начальные условия: x0= -1 см, t0=14 мкс,t=100 мкс, М0=2,2 (а); x0= -3,4 см, t0=45 мкс, t=196 мкс, М0=2,2 (б).При временах задержки t0 от 40 до 150 мкс в момент разряда плоскаяударная волна была дальше от разрядной камеры; к моменту ее входапоперечные ударные волны ослабевали, но нагретая зона плазменных листовсущественно влияла на форму ударной волны вблизи поверхностей.Распадающаяся плазма объемного разряда весьма слабо влияла на ееструктуру и динамику (Рис.
10. b).Исходная ударная волна УВ0 с числом Маха M=2,3 сразу послевхождения в послеразрядную область (15<t<80 мкс) ускорялась (около 15%);по мере остывания разрядного объема и после выхода из нее скоростьударной волны восстанавливалась. Это означает, что за время t~100 мкспосле разряда произошла релаксация основных теплофизических параметровв области объемного разряда. При этом параметры области объемногоразряда, судя по динамике ударной волны, восстанавливались на 100-150 мксбыстрее, чем температура плазменных электродов, где удельный энерговкладсущественно выше. Через время t>200-250 мкс форма и скорость плоской20ударной волны почти восстанавливалась, однако турбулентное течение заволной вблизи стенок сохранялось значительно дольше.На Рис. 11.
показано теневое изображение (вверху), ТФМ полеплотности (в центре) и ТФМ поле сдвига (внизу). Видно, что форма фронтауже не плоская (Рис. 11.). В зоне около электродов визуализировалсяпредвестник, в спутном потоке течение турбулизировано. Плотность в потокеза ударной волной превышает плотность перед волной в 1,8-2,2 раза.Параграф 4.2 посвящен исследованию динамики ударно-волновыхполей при распаде разрыва на границе газ-плазма (второй режимвзаимодействия).tУВ2КПУВ1X0УВ0x010смОбласть объемного разрядаРис. 12.
X-t диаграмма распада разрыва.Разряд инициировался в момент прохождения плоской ударной волныпо области разряда: положение исходной ударной волны в момент разряда0,5 см<x0<10 см (Рис. 12.). Плазма разряда существовала только передфронтом волны – в области низкого давления (эффект самолокализацииимпульсного разряда в потоке с разрывом). Область разряда былаx0<x<10 см.Времясуществованияплоскойповерхностиразрыва,разделяющей две области среды с различным давлением, скоростью,степенью ионизации не превышала времени тока разряда 200 нс, чтосущественноменьшехарактерныхгазодинамическихвремен.Послевоздействия разряда на область, ограниченную плоским фронтом исходной21ударной волны, происходит необратимая перестройка течения в канале собразованием трех новых разрывов, соответствующих одномерному течениюпосле распада разрыва на фронте УВ0.
На Рис. 12. точка [x0, 0] – точкараспада разрыва. Исходная ударная волна УВ0 распалась в этой точке иобразовались три новых разрыва – две ударные волны УВ1, УВ2 и однаконтактная поверхность КП. Дальнейшая эволюция течения определяласьдвижением этих новых разрывов и их взаимодействием с поперечнымиударными волнами, распространяющимися от плазменных листов.смасмУВ2yxКПУВ1бУВ2КПУВ1вРис. 13. Второй режим. Начальные условия: x0~6,3 см.Численное моделирование при t=37 мкс (a), теневыеизображения при x0=6,4 см, М0=2,3, t=32 мкс (б), и t=58 мкс(в).22Рис. 14.
Второй режим. Динамика разрывов после распаданачального разрыва x0~6 см.На Рис. 13. (б, в) показано развитие нестационарного ударно – волновоготечения близкого к двумерному, возникшего после распада разрыва врезультате импульсного локализованного энерговклада. На Рис. 13. (а)приведены результаты 2D численного моделирования на основе уравненийЭйлера для условий данного эксперимента, выполненные Луцким А.Е. (ИПМим.
М.В. Келдыша РАН). Видно, что после разряда исходная ударная волнаУВ0 распалась на три разрыва: ударные волны УВ1 УВ2 и контактнуюповерхность КП. УВ1 и КП движутся вперед с разными скоростями,ограничиваяобластькомбинированногонеравновесногоразряда.Видно,потокачторелаксирующейконтактныйразрывплазмытеряетустойчивость, искривляется, расплывется, течение вблизи него существеннотурбулентно. Ударная волна УВ2 движется навстречу набегающему спутномупотоку, ее положение относительно разрядной камеры мало менялось. ФормаУВ2 искривлена в результате взаимодействия с поперечными волнами отплазменныхэлектродов.
Течениегазазанейне турбулизировано.Возмущений, возникающих на свободной границе области объемногоразряда (на расстоянии ~4 см от места распада разрыва) теневым методом незарегистрировано.23На Рис. 14. показан график движения разрывов, возникших на фронтеУВ0 с начальной скоростью v~780 м/с в результате распада разрыва послеимпульсной ионизации области газа перед ней при x0~6 см.На Рис. 15. представлены результаты визуализации поля течениятеневым методом (а), ТФМ (б-поле плотности, в-поле сдвигов). Видныударные волны от плазменных листов УВПл. Фронты разрывов прирегистрации ТФМ существенно размыты.аρКПУВ1бx смРис. 16. Профиль плотности (x-ρ график) после распада разрыва, М0=2,3.Расчет (а), ТФМ результат (б).ТФМ результаты сравнивались с результатами 1D расчета (пример наРис. 16.).
Показано, что 1) На КП ТФМ почти не регистрирует градиентплотности. 2) плотность в расчете больше, чем в ТФМ.В параграфе 4,3 проведен анализ применимости ТФМ метода кисследованиюударно-волновыхполей.Отмечено,чтополученаколичественная информация о двумерных нестационарных течениях газа сразрывами после импульсных разрядов. ТФМ результаты включаютисходное изображение, результат сравнения с репером, поля параметровтечения, графики (профили параметров). Несколько факторов обусловило24расхождение результатов ТФМ с расчетными данными, очевидно, основнойфактор – наличие больших градиентов параметров на малом масштабе –толщине фронта разрыва.В заключении сформулированы основные результаты и выводы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1.
Проведены экспериментальные исследования ударно-волновых полей приинициировании двух типов разряда – объемного разряда с предионизацией ультрафиолетовым излучением от поверхностного разряда – иот скользящего поверхностного разряда. Показано, после объёмногоразряда скорость ударных волн от поверхностного разряда на 10-15%выше. После пересечения фронты ударных волн ускоряются до 10-20%.2. Экспериментальновыделеныиисследованыдвакачественноразличающихся режима воздействия объемного разряда наносекунднойдлительности на плоскую ударную волну M=2-3 в канале. При положенииударной волны в момент разряда вне его зоны, механизм последующеговоздействия преимущественно тепловой.
При положении волны вразрядном промежутке в момент разряда происходит необратимаяперестройка течения в канале с образование трех новых разрывов.3. Показано, что в первом режиме при начальном взаимном расположенииразряда и волны -10 см <x0< 0, время воздействия импульсного разряда напоток составляет 100-250 мкс, воздействие, выражается в искривленииформы ударной волны и турбулизации потока за ней. Увеличениескорости плоской ударной волны на 5-17% зависит от расстояния междуударной волной и областью разряда. После выхода из разрядной областискорость ударной волны восстановилась до исходной.4.
Показано, что во втором режиме, при положении исходной ударной волнывмоментразряда0 см<x0<10 см,образуетсярасширяющаясятурбулизированная область неравновесной релаксирующей плазмы,25ограниченная неустойчивым контактным разрывом и ударной волной.Исследована динамика возникших разрывов.5. Собрана оптическая схема лазерного зондирования потока, позволившаявпервыеодновременнополучатьтеневыеиТФМизображениянестационарного двумерного процесса с разрывами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
