WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ОРЛОВ Денис Михайлович

НЕСТАЦИОНАРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЛОСКОЙ

УДАРНОЙ ВОЛНЫ С ОБЛАСТЬЮ НАНОСЕКУНДНОГО

РАСПРЕДЕЛЕННОГО СИЛЬНОТОЧНОГО

СКОЛЬЗЯЩЕГО РАЗРЯДА

Специальность 01.04.17 – химическая физика,

горение и взрыв, физика экстремальных состояний вещества

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва – 2010

Работа выполнена на кафедре молекулярной физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В.

Ломоносова

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Знаменская Ирина Александровна

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор Голуб Виктор Владимирович кандидат физико-математических наук, Попов Николай Александрович

Ведущая организация Институт нефтехимического синтеза им.

А.В.Топчиева РАН

Защита состоится 19 мая 2010 года в 16:30 на заседании диссертационного совета Д 501.002.01 в Московском государственном университете им. М.В.

Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, аудитория ЮФА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 15 апреля 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.002.01, кандидат физико-математических наук Т.В. Лаптинская 1

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Интенсивно проводимые в последние годы исследования в области взаимодействий ударных волн с плазмой различных типов разрядов, влияния возникающих неоднородностей и слабых возмущений на распространение газодинамических разрывов имели конечную прикладную цель – коррекцию режимов обтекания. Для обеспечения безопасного и эффективного полета на высоких скоростях необходимо максимально исследовать возможность контроля сверхзвукового потока. В зависимости от стадии полета реализуется либо нестационарный, либо стационарный, установившийся, режим течения. Нестационарное течение характеризуется изменением во времени параметров газа и положений разрывов, что затрудняет управление потоком и ведет к необходимости корректировки степени воздействия на поток. В случае импульсного локального воздействия приходится изменять не только интенсивность воздействия, но и точку воздействия.

Проводимый в диссертации анализ газодинамического аспекта воздействия импульсного разряда на поток с ударной волной позволяет также оценить некоторые параметры плазмы и более глубоко понять протекающие в ней физико-химические процессы.

Постановка задачи. В данной работе решается фундаментальная задача плазменной газодинамики о нестационарном взаимодействии газодинамического разрыва (ударной волны) с приповерхностной областью поперечного импульсного сильноточного скользящего распределенного разряда. Решается самосогласованная задача взаимного воздействия двух объектов исследования – ударной волны и импульсного разряда.

Цель диссертационной работы - экспериментально исследовать нестационарный процесс взаимодействия высокоскоростного потока воздуха с плоской ударной волной с приповерхностной протяженной поперечным разрядом. На пути к данной цели необходимо было решить высокоскоростной поток газа с ударной волной импульсного источника энерговклада на основе поверхностного разряда; исследовать влияние течения с ударной волной на развитие разряда, и по анализу газодинамических полей течения оценить параметры приповерхностного слоя газа, образованного разрядом при различных условиях и на различных временных стадиях после его инициирования.

При решении этих задач необходимо было:

наладить системы синхронизации и диагностики разряда и потока провести исследование пространственно-временных характеристик излучения разряда при различных начальных условиях, связанных с положением ударной волны в разрядном промежутке, ее числом Маха и начальным давлением в рабочей секции;

провести исследование полей течения после разрядного воздействия на поток с ударной волной;

разработать методику оценки параметров возбужденной разрядом области газа (температуры и доли разрядной энергии, идущей на нагрев газа за время разряда).

рассматривались ранее с точки зрения изучения их взаимодействия с высокоскоростными потоками газа с газодинамическими разрывами. В характеризующие ее научную новизну:

обнаружены особенности локализации разряда при нахождении фронта падающей ударной волны в межэлектродной области:

неоднородность области локализации, а также выход разряда из межэлектродной области в виде П-образной конфигурации;

на основе этих эффектов показана возможность управления параметрами разрядного энерговклада, а следовательно, и течением, при нахождении ударной волны в разрядной области;

различных условиях и на различных временных стадиях после его инициирования.

экспериментальных данных по параметрам нестационарной неравновесной высокотемпературной области газа, образованной импульсным прекращения тока разряда; оценке энергии идущей на возбуждение поступательных степеней свободы молекул за времена протекания тока ограниченной газодинамическим разрывом; детальном исследовании систематических экспериментальных данных по динамике течения, на основе которых возможна верификация численных моделей и методов расчёта газодинамических течений с энергоподводом.



Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы в качестве рекомендаций для проектирования эффективного плазменного актуатора, устройства для управления параметрами течения, и при создании летательных аппаратов нового поколения.

Основные положения, выносимые автором на защиту:

взаимодействия ударной волны с поверхностным импульсным энерговкладом;

• метод управления поверхностным разрядом при помощи ударной волны (на основе эффекта самолокализации разряда);

• зависимость пространственно-временных характеристик плазмы импульсного поверхностного скользящего разряда от начального давления и от протяженности области его локализации, ограниченной ударной волной;

• результаты исследования динамики взаимодействия ударной волны с областью импульсного поверхностного разряда при различных ее протяженностях и временах после его инициирования;

• методика определения энергии, идущей на нагрев газа за время разряда, на основе сравнения экспериментальной динамики численными расчетами;

• оценка температур газа в области разряда на различных временах после его инициирования по анализу ударно-волновых конфигураций течения вблизи поверхности.

докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях, симпозиумах и семинарах, в том числе: на XVI International Symposium on Transport Phenomena (Prague, 2005); на XXXIII и XXXY Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2006, 2008); на ХIII Международной конференции Ломоносов- (Москва, 2006); на VI Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (Санкт-Петербург, 2006); на 12th International Symposium on Flow Visualization (Goettingen, 2006); на 7th и 8th International Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics (Moscow, 2007, 2009); на 26th (Goettingen, 2007) и 27th International Symposium on Shock Waves (St.

Petersburg, 2009); на XV школе-семинаре «Современные проблемы аэрогидродинамики» (Сочи, 2007); на International conference on the methods of aerophysical research (Novosibirsk, 2008); на Третьей школесеминаре по Магнитоплазменной Аэродинамике (Москва, 2008); на 13th International Symposium on Flow Visualization and 12th French Congress on Visualization in Fluid Mechanics (Nice, 2008); на XVII International Conference on Gas Discharges and their Applications (Cardiff, 2008); на Девятой Международной школе-семинаре "Модели и методы аэродинамики" (Евпатория, 2009); на X Юбилейной Международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва, 2009); на 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive System (Minsk, 2009), на научной конференции Ломоносовские чтения – 2010 (Москва, 2010); на семинаре "Получение, исследование и применение низкотемпературной плазмы" имени профессора Л.С. Полака в Институте нефтехимического синтеза им. А.В.

Топчиева РАН (ИНХС РАН) и на научных семинарах кафедры молекулярной физики физического факультета МГУ имени М.В.

Ломоносова.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы (193 ссылки).

Объем диссертации составляет 195 страниц. Работа содержит 81 рисунок.

2 Содержание диссертации Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели и задачи диссертационной работы.

Первая глава посвящена анализу работ по исследованиям нестационарного взаимодействия ударных волн с возмущениями (в т.ч. с разрядами). Показано, что на сегодняшний день подробно исследованы последствия всевозможных механических возмущений стационарных и нестационарных высокоскоростных потоков газа. Для контроля течения и ослабления газодинамических разрывов использование искусственно созданных газодинамических возмущений (например, подвод энергии при помощи газовых разрядов) представляется в значительной степени результативным. В главе также приводится обзор публикаций по исследованию различных типов поверхностных разрядов.

В первом параграфе 1.1 проведен анализ работ по исследованию нестационарного взаимодействия ударных волн с механическими возмущениями потока. В течение последних десятилетий выполнен большой объем экспериментальных и теоретических работ по исследованию отражения ударных волн от поверхностей, их дифракции на различных препятствиях. На сегодняшний день довольно полно исследованы последствия всевозможных механических возмущений, путем изменения граничных условий, стационарного и нестационарного потоков газа.

Во втором параграфе 1.2 проанализированы работы, посвященные исследованию взаимодействия ударных волн с газодинамическими возмущениями (ударными волнами, контактными поверхностями, вихрями и т.д.). При взаимодействии ударных волн с газодинамическими возмущениями происходит изменение параметров среды, формирование новых разрывов и поверхностей. Другими словами, при взаимодействии газодинамических возмущений происходит рождение новых более сложных по структуре возмущений. С точки зрения защиты сооружений и летательных аппаратов от ударно-волнового воздействия и для ослабления разрывов использование управляемых газодинамических возмущений представляется в значительной степени эффективным.

В параграфе 1.3 описываются энергетические методы воздействия на ударную волну: формирование теплового слоя и использование газовых разрядов. В зависимости от способа подвода энергии, можно локально нагревать газ, тем самым, воздействуя на поток, и создавать другие возмущения (вихри, ударные волны, струи). Одним из наиболее распространенных способов подвода энергии в поток газа является использование электрических актуаторов, устройств на базе различных электрических разрядов. Опираясь на результаты обширных исследований по воздействию плазмы газовых разрядов на сверхзвуковой поток газа, можно с уверенностью утверждать, что результирующим механизмом, ведущим к появлению различных особенностей в поведении разрывов, является нагрев среды. Нагрев среды, совместно с возможными другими «нетермическими» эффектами, такими как, «ионный ветер», ионноакустические волны, электронная теплопроводность, возникновение двойного электрического слоя, ведет к значительной перестройке течения и может быть использован для контроля высокоскоростных потоков газа.

импульсный или импульсно-периодический режим подвода энергии в среду (импульсные разряды). Он сочетает в себе как ударно-волновое, так и тепловое воздействие не течение. Основываясь на концепции локального и импульсно-периодического воздействия энерговклада на сверхзвуковой поток газа, многие разряды представляются невыгодными для создания на их основе устройств управления течением. Импульсный поверхностный скользящий разряд напротив весьма перспективен для использования в реальных условиях благодаря своим пространственно-временным и энергетическим характеристикам.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки, позволяющей моделировать и исследовать взаимодействия поверхностного разряда с ударной волной, и диагностического комплекса.

представляющая собой ударную трубу со встроенной в нее разрядной секцией. Сечение канала камеры низкого давления и разрядной секции 2448 мм2. Рабочим газом служил воздух при давлениях 5-100 Торр. В канале с ударной волной на верхней и нижней стенках реализован импульсный поперечный поверхностный разряд – квазинепрерывная система параллельных каналов, скользящих по диэлектрику («плазменный лист»). Две другие стенки представляли собой плоскопараллельные кварцевые стекла, через которые осуществлялась оптическая диагностика процессов в разрядной камере. Рабочее напряжение на разрядном промежутке – 24 кВ, ток – ~1-2 кА. Длительность разряда 200 нс, что значительно меньше характерных газодинамических времен. Схема синхронизации позволяет инициировать разряд при различном положении падающей ударной волны в разрядной области. Числа Маха ударной волны M=1.74.

поверхностного разряда, который выделяется из других типов разрядов особыми пространственно-временными и энергетическими свойствами и с газодинамической точки зрения может представлять интерес за счет достаточно большой мощности. Благодаря высоким значениям напряжения достигаются большие плотности энерговложения в течение очень короткого промежутка времени.

Третий параграф 2.3 посвящен описанию методов исследования и диагностического оборудования. Пространственно-временные характеристики «плазменного листа» при его инициировании в потоке с ударной волной исследовались с помощью цифровых фотоаппаратов и стробируемой камеры c наносекундным затвором. Для исследования взаимодействия газодинамических возмущений, образующихся при двухкадровая оптические теневые системы зондирования течения.

В четвертом параграфе 2.4 указан порядок проведения экспериментов и методика обработки полученных экспериментальных данных.

Третья глава посвящена исследованию пространственно-временных характеристик излучения плазмы скользящего разряда в потоке воздуха с плоской ударной волной.

В первом параграфе 3.1 исследована пространственная структура свечения разряда в воздухе в присутствии ударной волны в разрядной области при давлениях 5100 Торр и числах Маха M=1.74. Обнаружен эффект самолокализации плазмы в области пониженного давления перед фронтом ударной волны в широком диапазоне параметра X, положения ударной волны внутри разрядной области (X=010 см до ее конца).

Благодаря этому эффекту, параметр X также характеризует протяженность области локализации разряда (Рис. 1). Была обнаружена неоднородность области самолокализации плазмы – помимо протяженного диффузного плазменного слоя, со случайно распределенными в нем яркими каналами, вблизи фронта ударной волны формируется узкая, но более интенсивно излучающая, область плазмы. Эффект самолокализации разряда в присутствии ударной волны может быть использован для автоматического энергоподвода в соответствующую область перед фронтом волны с учетом динамики ударно-волновых структур.

Рис. 1. Эффект самолокализации разряда. Стрелкой показано направление распространения ударной волны. 1 и 0 – области за и перед фронтом падающей ударной волны, соответственно. Заштрихованная область – область инициирования разряда (X). M=2; X=3 см; =2.7 мкс (после разряда).

структурированной области плазмы, локализованной перед фронтом падающей ударной волны в зависимости от общей протяженности области разряда (X), ограниченной фронтом падающей ударной волны, и начального давления (P0). Определены толщины и протяженности диффузного плазменного слоя и узкой яркой области вблизи фронта ударной волны. Размеры плазмы определялись по изображениям интегрального собственного свечения поверхностного разряда. Были получены зависимости толщин плазменного листа (диффузного плазменного слоя и узкой яркой области вблизи фронта ударной волны) от начального давления и параметра X. Толщина диффузного слоя менялась только с давлением (от 0.5 до 0.7 мм) и не зависела от размеров области локализации разряда (X). Толщина узкой яркой области вблизи фронта ударной волны, как и ее протяженность (bI), возрастали с уменьшением X (толщина росла от 1 до 2 мм, а протяженность от 1 до 6 мм). При X=1 см протяженность яркой области достигала максимума (~6 мм) и оставалась неизменной вплоть до инициирования разряда на момент выхода ударной волны из разрядной области (Рис. 2). Протяженность диффузного слоя, со случайно распределенными в нем яркими каналами, соответствовала Рис. 2. Зависимость протяженности яркой области на фронте ударной волны (УВ) от ее положения относительно конца разрядного промежутка. a – область существования структурированного энерговклада. b – область существования только яркой области вблизи фронта УВ. c – область существования П-образной конфигурации. d – область существования и П-образной конфигурации, и энерговклада в поток.

разнице между общей протяженностью области локализации разряда (X) и протяженностью яркой области (bI). Минимальная протяженность области локализации плазмы соответствовала – 0.6 см. Таким образом, была определена структура и построена геометрическая модель развития поверхностного скользящего разряда в зависимости от положения ударной волны внутри разрядной области (X) и начального давления (P0).

В параграфе 3.3 исследовались структура и размеры разряда при его инициировании в момент выхода ударной волны из разрядной области на некоторое расстояние X. В случае такого инициирования разряда, обнаружен эффект выхода разряда из межэлектродной области перед ударной волной. При этом возникала П-образная конфигурация, при которой разряд стягивался в тонкий канал соответствующей формы и попрежнему преимущественно локализовался перед фронтом ударной волны (Рис. 3). При определенных условиях регистрировался переход от режима локализации разряда в виде П-образной конфигурации к режиму инициирования распределенного разряда также и в потоке за волной (в зоне высокого давления). Проведено исследование зависимости размеров (диаметра) узкой яркой области, расположенной на фронте ударной волны, от координаты выхода X. Обнаружено два варианта существования Побразной конфигурации в зависимости от диаметра яркого канала на Рис. 3. Эффект выхода разряда из межэлектродного промежутка (снимок свечения). УВ – ударная волна; 1 – элемент канала тока, распространяющийся вдоль фронта УВ; 2 – параллельные потоку каналы тока; X – координата УВ вне разрядного промежутка.

фронте волны. На Рис. 2. представлен результат анализа структуры свечения разряда в зависимости от параметров X и X в исследуемом диапазоне давлений. На графике также буквами обозначены различные режимы локализации разряда.

В четвертом параграфе 3.4 предложен критерий смены режима локализации разряда, основанный на сопоставлении напряжений пробоя яркого канала тока, расположенного на фронте ударной волны, при той или иной его форме (прямая или П конфигурация).

В пятом параграфе 3.5 для оценки воздействия на разряд положения фронта ударной волны проводилось исследование интенсивности свечения плазмы при различных значениях размеров области локализации разряда (X). В приближении малого изменения энергетической эффективности GC положительной системы азота по сравнению с изменением энерговклада проведены оценки объемного энерговклада в газ (средняя плотность энергии увеличивается более чем в 2.5 раза при уменьшении X). Показано, что плотность энерговклада может быть охарактеризована средней интегральной интенсивностью свечения плазмы разряда.

В шестом параграфе 3.6 исследовались временные характеристики свечения разряда в случае нахождения ударной волны внутри разрядной области. Установлено, что длительность основного свечения плазмы в потоке с ударной волной в диапазоне длин волн 340-800 нм не превышает 200-700 нс в зависимости от размеров области локализации разряда (X). Т.

о., время свечения плазмы разряда мало по сравнению с характерными газодинамическими временами. Это позволяет ассоциировать распределение свечения импульсного скользящего поверхностного разряда с распределением энерговклада.

исследованиям газодинамического взаимодействия падающей ударной волны с областью энерговклада на основе импульсного поверхностного разряда при различных условиях его инициирования (X, P0 и времени после разряда ).

В первом параграфе 4.1 исследована динамика сверхзвукового нестационарного процесса взаимодействия плоской ударной волны c областью поверхностного импульсного энерговклада при давлениях 20100 Торр, числах Маха М=1.73.2 и при разных размерах области локализации энерговклада (X). Регистрация возмущений проводилась теневым методом. Были получены теневые изображения различных стадий взаимодействия для времен =150 мкс после разряда. Показано, что после взаимодействия c областью двойного разряда возникает близкое к двумерному течение, имеющее плоскость симметрии. Проанализированы и расшифрованы возникающие при таком взаимодействии газодинамические конфигурации. При инициировании разряда возникают ударные волны, вызванные быстрым введением энергии в ограниченную область локализованного энерговклада определяется взаимодействием ударных волн: падающей и образованной энерговкладом, а также распространением по нестационарной приповерхностной нагретой области (Рис. 4).

Обнаружено возникновение неустойчивости поверхности тангенциального разрыва (Рис. 5). Время возникновения неустойчивости зависело от начального давления и протяженности области локализации разряда.

Во втором параграфе 4.2 исследована динамика взаимодействия ударных волн с областью энерговклада на больших временах после разряда (>30 мкс), когда волны, образованные быстрым введением энергии в среду, затухают, а взаимодействие сводится к распространению ударной волны по нестационарной неравновесной высокотемпературной области газа вблизи нижней стенки канала (релаксирующей областью). В этом случае все исследования проводились при фиксированной протяженности области локализации плазмы, соответствующей инициированию плазмы в неподвижном воздухе (X=10 см). При Рис. 4. Конфигурация течения при симметричном энерговкладе. a - теневой снимок: P0=25 Торр; M=2.5; X=1 см; =8.8 мкс. b – снимок свечения. Стрелкой показано направление распространения падающей ударной волны. УВ1 – ударные волны (УВ), образованные энерговкладом и распространяющиеся в неподвижном газе. УВ2 – УВ, образованные энерговкладом и распространяющиеся в потоке за падающей УВ. ПУВ – падающая УВ. ТП – поверхность тангенциального разрыва.

В – вихри и ограничивающие их контактные поверхности.

Рис. 5. Неустойчивость поверхности тангенциального разрыва. Теневой снимок X=1.8 см; M=2.4; P0=75 Торр; =24 мкс. Стрелкой показано направление распространения падающей ударной волны.

взаимодействии ударной волны с такой «релаксирующей областью» было экспериментально обнаружено возникновение сложной ударно-волновой конфигурации с предвестником, которая росла неограниченно с выходом квазипостоянной скоростью роста, Рис. 6a). Скорость роста предвестника падает с увеличением времени между инициированием разряда и началом взаимодействия, но слабо изменяется в течение самого взаимодействия.

Анализ данных (по скорости роста предвестника) показал, что характерное время исчезновения эффекта – 300 мкс. На основе анализа клиновидной конфигурации в различные моменты времени после разряда была оценена температура газа (Рис. 6b).

Пятая глава посвящена разработке и тестированию модели, описывающей энерговклад в пристеночный слой газа при различных размерах области локализации разряда (X) и начальных давлениях воздуха (P0), ведущий к нагреву газа и формированию газодинамических возмущений.

Анализ характерных времен разряда (времени протекания тока и времени свечения) позволяет использовать при разработке модели энерговклада концепцию мгновенного вложения энергии в среду, Рис. 6. a – конфигурация с предвестником (теневой снимок: P0=75 Торр, M=2.5, = мкс). b - зависимость поступательной температуры газа в релаксирующей области (РО) от времени после разряда. ПУВ1 – невозмущенная УВ; ПУВ2 – косая УВ; ПУВ – предвестник (УВ в РО).

взаимодействии падающей ударной волны с ударными волнами от энерговклада газодинамические конфигурации течения определяются интенсивностью и распределением энерговложения, которые зависят от параметров X и P0. Анализ динамики движения газодинамических возмущений от плазменных листов с учетом их взаимодействия с падающей ударной волной позволяет оценить параметры области энергоподвода в начальный момент времени (=0).

Первый параграф 5.1 посвящен описанию численной модели. При моделировании использовалась система двухмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса с учетом вязкости и теплопроводности.

Начальные условия для моделирования брались из эксперимента и соответствовали выбранной модели энерговклада. Разработаны две модели энерговклада: модель однородного мгновенного энерговклада (МОМЭ) и модель неоднородного мгновенного энерговклада (МНОМЭ). На основе сравнения теневых изображений с результатами двумерного численного моделирования с использованием модели мгновенного энерговклада исследованы плотность энерговклада, температура и коэффициент K (доля всей, запасенной в конденсаторе электрической энергии, которая преобразуется в тепло за время менее 1 мкс).

Во втором параграфе 5.2 представлены результаты оценки плотности однородного энерговклада (МОМЭ). Для различных значений X и P0 было получено совпадение экспериментальных и расчетных полей течения в энерговклада зависела только от размеров области локализации разряда:

q[Дж/см3]=K(CU2/2)/V=0.47/X[см]. А удельный энерговклад на частицу зависел также и от плотности газа: = q/n ~ q/ (Рис. 7). На основе численного моделирования также была произведена более точная Разработка алгоритма программы выполнена доцентом МГУ им. М.В.Ломоносова Ивановым И.Э и ст.н.с. ИПМех РАН Крюковым И.А.

энерговклад на молекулу, эВ/мол Рис. 7. Зависимость удельного энерговклада на молекулу от X и P0 по модели однородного энерговклада (МОМЭ). – погрешность модели.

расшифровка газодинамических конфигураций взаимодействия разряда с падающей ударной волной. Показаны недостатки модели, связанные с ее слабой чувствительностью к зависимости коэффициента K от X и P0, завышенными значениями температуры.

В третьем параграфе 5.3 показано, исходя из данных эксперимента, что зона энерговклада перед ударной волной структурирована в соответствии с неоднородностью свечения разряда, и следует использовать преимущество модели МНОМЭ над моделью МОМЭ. На основе модели МНОМЭ получены зависимости плотности энерговклада (q), температуры (T) и полной энергии для разных элементов «плазменного листа» от протяженности области локализации разряда (X) и начального давления (P0):

qII = TI = ( 8500 ± 3500 ) К при P0 = 2575 Торр TII = ( 5840 * exp( 0.17 * X [ см ]) 370 ) К при P0 = 2575 Торр.

где qI и TI – плотность энерговклада и температура в яркой области на фронте ударной волны; qII и TII - плотность энерговклада и температура в диффузном слое с равномерно распределенными в нем яркими каналами.

представлена на Рис. 8.

При уменьшении зоны энерговклада модели МНОМЭ и МОМЭ дают близкие значения K, т.к. зона энерговклада не структурирована.

Адекватность оценки параметров области разряда по модели МНОМЭ подтверждена при сравнении экспериментальных теневых изображений энерговклад на молекулу, эВ/мол Рис. 8. Зависимости удельного энерговклада на молекулу в области диффузного слоя (II) и в узкой яркой области вблизи фронта ударной волны (I) от параметра X и начального давления P0. Линии – аппроксимационные кривые.

структуры течения с результатами численного расчёта параметров течения в условиях эксперимента (Рис. 9). В целом, по всей структурируемой области энерговклада происходит увеличение доли энергии (K) в 1.5-2 раза при уменьшении области энерговыделения в 2-3 раза (Рис. 10).

Рис. 9. Сравнение экспериментальных и расчетных полей течения. Справа – теневой снимок. Слева – численный градиент плотности. P0=25 Торр; X=1 см; M=2.5; =7. мкс.

коэффициент K Рис. 10. Зависимость суммарного коэффициента K по всей области энерговклада от параметра X и начального давления P0. Линии – аппроксимационные кривые.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы.

3 Основные результаты и выводы 1. Экспериментально исследован нестационарный процесс взаимодействия высокоскоростного потока воздуха с плоской ударной волной с областью, созданной импульсным скользящим сильноточным поперечным приповерхностным разрядом типа «плазменный лист» при начальных давлениях P0=5100 Торр и числах Маха ударной волны M=1.74.

2. Обнаружен эффект самолокализации плазмы разряда в области пониженного давления перед фронтом ударной волны. Минимальная протяженность области локализации плазмы – X=0.6 см. Показана возможность управления разрядом, параметрами энерговклада и положением скачка при помощи эффекта самолокализации разряда в потоке с ударной волной.

3. Обнаружен эффект выхода разряда из межэлектродного промежутка (П-образная конфигурация) в случае его инициирования после выхода ударной волны из области электродов. Предложен критерий смены режима локализации разряда. Показана и изучена структурируемость энерговклада при самолокализации разряда в области перед фронтом ударной волны. Установлено, что длительность оптического свечения плазмы в потоке с ударной волной не превышает 200-700 нс.

4. Впервые получены и исследованы теневые изображения различных стадий сверхзвукового нестационарного процесса взаимодействия противоположных стенках канала (М=1.73.2; P0=20100 Торр) для времен 1-50 мкс после разряда. Показано, что после взаимодействия возникает близкое к двумерному течение, имеющее плоскость симметрии. Экспериментально зарегистрировано возникновение неустойчивости поверхности тангенциального разрыва на поздних стадиях взаимодействия.

5. Экспериментально смоделировано и исследовано взаимодействие ударной волны с неравновесной приповерхностной областью релаксирующего газа через 30-500 мкс после разряда. На основе анализа эволюции возникающей клиновидной ударно-волновой конфигурации с предвестником в различные моменты времени после разряда была оценена температура газа: от T=1100K до T=300K за 6. На основе сравнения теневых изображений с результатами двумерных численных расчетов с использованием модели мгновенного энерговклада исследован коэффициент K плотности энерговклада (доля разрядной энергии, идущей на нагрев газа), Показано, что происходит увеличение доли энергии (K) в 1.5-2 раза до 2-3 эВ на частицу при уменьшении области энерговыделения в 2-3 раза.

Результаты работы представлены в следующих основных публикациях:

статьи в журналах из списка ВАК:

1. Знаменская И.А., Мурсенкова И.В., Орлов Д.М., Сысоев Н.Н.

Локализация импульсного энерговклада при инициировании поперечного поверхностного разряда в потоке с ударной волной // Письма в ЖТФ, 2007, Т. 33, В. 13, С. 72-77.

2. Аульченко С.М., Замураев В.П., Знаменская И.А., Калинина А.П., Орлов Д.М., Сысоев Н.Н. О возможности управления трансзвуковым обтеканием профилей с помощью подвода энергии на основе наносекундного разряда типа «плазменный лист» // ЖТФ, 2009, Т. 79, 3. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Орлов Д.М. Сысоев Н.Н. Импульсное воздействие на ударную волну при самолокализации сильноточного поверхностного разряда перед ее фронтом // Доклады Академии Наук, 2009, Т. 425, № 2, С. 174-177.

4. Ivanov I., Kryukov I., Orlov D., Znamenskaya I. Investigations of shock wave interaction with nanosecond surface discharge // Experiments in Fluids, 2010, Vol. 48, Is. 4, P. 607-613 (Online 2009).

тезисы докладов:

1. Znamenskaya I., Orlov D., Ivanov I. Non-stationary shock wave interaction with surface nanosecond discharges in the channel. The Sixteenth International Symposium on Transport Phenomena (ISTP-16). August, 2005, Prague, Czech Republic, Book of Abstracts, P. 203.

2. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Мурсенкова И.В., Орлов Д.М, Распределенный поверхностный разряд в сверхзвуковом потоке воздуха. XXXIII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. 13-17 февраля, 2006, Звенигород, Россия, Тезисы докладов, С. 289.

3. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Орлов Д.М. Исследование взаимодействия импульсного поверхностного разряда с плоской ударной волной. ХIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006». 14 апреля, 2006, Москва, Россия, Тезисы докладов, Т. 1, C. 163-166.

4. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Мурсенкова И.В., Орлов Д.М.

Исследование взаимодействия плоской ударной волны с импульсным поверхностным разрядом. VI Международная Конференция по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ-2006). 26 июня - июля, 2006, Санкт-Петербург, Россия, Материалы конференции, C.

188-190.

5. Latfullin D., Lutsky A., Mursenkova I., Orlov D., Sysoev N. and Znamenskaya I. Use of shock waves shadowgraphy and schliren for surface energy release analysis. 12th International Symposium on Flow Visualization (ISFV). September 10-14, 2006, Goettingen, Germany, CD Rom Proceedings ISBN 0-9533991-8-4, CD.77.

6. Zamuraev V.P., Kalinina A.P., Aulchenko S.M., Znamenskaja I.A., Orlov D.M. Transonic Wing Airfoil Flow Control by Local Energy Supply Using Nanosecond Discharge (Plasma Sheet). The 7th International Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics. April 17-19, 2007, Moscow, Russia, Book of Proceedings, P. 55-60.

7. Znamenskaya I.A., Koroteev D.A., Orlov D.M., Mursenkova I.V., Lutskiy A.E., Ivanov I.E. Shock wave interaction with nanosecond transversal discharges in shock tube channel. 26th International Symposium on Shock Waves. July 15-20, 2007, Goettingen, Germany, Book of Abstracts, P. 7.

8. Знаменская И.А., Орлов Д.М. Взаимодействие ударной волны с локализованной областью плазмы наносекундного поверхностного сильноточного разряда. XV школа-семинар «Современные проблемы аэрогидродинамики». 5-15 сентября, 2007, Сочи, Россия, Тезисы докладов, С. 50.

9. Знаменская И.А., Коротеев Д.А., Костюков С.А., Кули-заде Т.А., Латфуллин Д.Ф., Мурсенкова И.В., Орлов Д.М., Сысоев Н.Н.

Исследование свечения плазмы наносекундных разрядов с высоким временным разрешением. XXXY Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС. 11–15 февраля, 2008, Звенигород, Россия, Тезисы докладов, С. 339.

10. Zamuraev V.P., Znamenskaja I.A., Kalinina A.P., Aulchenko S.M., Orlov D.M. Transonic and supersonic flow control by local energy supply based on nanosecond surface discharge» International conference on the methods of aerophysical research (ICMAR 2008). june 30 – july 6, 2008, Novosibirsk, Russia, Book of Abstracts, Part II, P. 208-209.

11. Аульченко С.М., Замураев В.П., Знаменская И.А., Калинина А.П., Орлов Д.М., Сысоев Н.Н. Наносекундный разряд «плазменный лист»

при трансзвуковом обтекании профиля. Третья школа-семинар по Магнитоплазменной Аэродинамике, 8-10 апреля, 2008, Москва, Россия, Доклады школы-семинара, С. 200-209.

12. Ivanov Igor, Krukov Igor, Orlov Denis, Znamenskaya Irina. Shadowgraphy of shock wave interaction with nanosecond surface discharge. 13th International Symposium on Flow Visualization (ISFV13) and 12th French Congress on Visualization in Fluid Mechanics (FLUVISU12). July 1-4, 2008, Nice, France, CD Rom Proceedings, 156-080418.pdf.

13. Znamenskaya I.A., Orlov D.M., Ivanov I.E. Planar surface discharge in flow with shock wave. XVII International Conference on Gas Discharges and their Applications. September 7-12, 2008, Cardiff, UK, Book of Proceedings, P. 605-608.

14. Орлов Д.М. Импульсное воздействие на ударную волну при самолокализации сильноточного поверхностного разряда // Журнал «Физическое образование в вузах», Приложение «Труды конференции – конкурса молодых физиков», 2009, Т. 15, № 1, П37.

15. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Орлов Д.М. Движение ударной волны по неравновесному приповерхностному слою газа. Девятая Международная школа-семинар «Модели и методы аэродинамики». 4июня, 2009, Евпатория, Украина, Материалы школы-семинара, С.

16. Znamenskaya I., Orlov D., Ivanov I., Krukov I. Shock Wave Interaction with Pulse Surface Energy Deposition Area. 27th International Symposium on Shock Waves. July 19-24, 2009, St. Petersburg, Russia, Book of Proceedings, P. 298.

17. Знаменская И.А., Иванов И.Э., Орлов Д.М., Крюков И.А. Теневые исследования разрывного двумерного течения при самолокализации сильноточного поверхностного разряда. X Юбилейная Международная научно-техническая конференция «Оптические методы исследования потоков». 23-26 июня, 2009, Москва, Россия, Труды конференции, С. 194.

18. Znamenskaya I.A., Karacuba A.S., Orlov D.M., Sysoev N.N. Shock wave propagation along the uniform pulse ionized surface area. The 8th International Workshop on Magnetoplasma Aerodynamics. March 31April 02, 2009, Moscow, Russia, Book of Proceedings, P. 132.

19. Znamenskaya I.A., Orlov D.M., Penyazkov O.G., Khramtsov P.P., Chernik M.Yu. Boundary layer control using surface discharges. 22nd International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive System (ICDERS 2009). July 27-31, 2009, Minsk, Belarus, CD Rom Proceedings, P. 128.

20. I.A. Znamenskaya, D.M. Orlov, I.E. Ivanov, I.A. Kryukov, T.A. Kuli-zade.

Experimental and CFD Analysis of Flow with Shock Wave and Surface Energy Deposition. The 7th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing (PSFVIP-7), November 16-19, 2009, Kaohsiung, Taiwan, Book of Proceedings, Paper 019, P.1-6.





Похожие работы:

«БОРОВИЧЕВ Евгений Александрович ПЕЧЕНОЧНИКИ ЛАПЛАНДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА (МУРМАНСКАЯ ОБЛАСТЬ) 03.02.01 – ботаника Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2012 Работа выполнена в лаборатории флоры и растительных ресурсов Федерального государственного бюджетного учреждения науки Полярноальпийский ботанический сад-институт им. Н. А. Аврорина Кольского научного центра РАН (ПАБСИ КНЦ РАН) Научный...»

«БОЛЬШАКОВ МИХАИЛ НИКОЛАЕВИЧ Разработка методики выявления и оценки продуктивных зон на месторождениях нефти и газа, сложенных карбонатными коллекторами (на примере Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения) Специальность 25.00.12 – Геология, поиски и разведка горючих ископаемых Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Москва – 2007 Работа выполнена в Институте проблем нефти и газа РАН канд. геол.-мин. наук Научный...»

«Со Чжо Ту РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА НЕЛИНЕЙНЫХ СИЛ ВТОРОГО ПОРЯДКА, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ КАЧКЕ СУДНА НА МЕЛКОВОДЬЕ Специальности: 05.08.01 – Теория корабля и строительная механика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2014 2 Работа выполнена на кафедре теории корабля ФГБОУ ВПО СанктПетербургский государственный морской технический университет. Научный руководитель : доктор технических наук, доцент, Семенова Виктория Юрьевна...»

«Егорова Ксения Алексеевна ЛИНГВИСТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БЫТОВОЙ ЛЕКСИКИ ТУРИЗМА НА МАТЕРИАЛЕ АУТЕНТИЧНЫХ АНГЛОЯЗЫЧНЫХ ПУТЕВОДИТЕЛЕЙ ПО РОССИИ Специальность 10.02.04 – Германские языки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата филологических наук Санкт-Петербург – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный экономический университет доктор...»

«Григорьева Ольга Вадимовна МОРФОГЕНЕЗ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ВОЛОСКОВ У РАСТЕНИЙ РОДА DRABA (КРУПКИ) 03.03.05 – биология развития, эмбриология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва – 2013 Работа выполнена на кафедре биологической эволюции Биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Научный руководитель : доктор биологических наук, Черданцев Владимир Георгиевич профессор...»

«Кольба Алексей Иванович Политическое управление конфликтами в регионах современной России Специальность 23.00.05 – Политическая регионалистика. Этнополитика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора политических наук Саратов – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кубанский государственный университет доктор социологических наук, доцент, главный Научный консультант :...»

«Лапина Наталья Валерьевна ТРУБНАЯ БЕРЕМЕННОСТЬ И ЕЁ ПОСЛЕДСТВИЯ 14.00.01 - Акушерство и гинекология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук МОСКВА 2008 2 Работа выполнена на кафедре акушерства и гинекологии с курсом перинатологии ГОУ ВПО Российский университет дружбы народов. Научный руководитель доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой акушерства и гинекологии с курсом перинатологии ГОУ ВПО Российский университет дружбы...»

«Мельниченко Никита Сергеевич Аппроксимация задач фильтрации в анизотропных средах на нерегулярных сетках 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2011 Работа выполнена на механико-математическом факультете Московского государственного университета им....»

«НЕМЫКИНА ОКСАНА ВЛАДИМИРОВНА ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСКОЙ СРЕДЫ В ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОМ ХОЗЯЙСТВЕ Специальность 08.00.05 – Экономика и управление народным хозяйством (экономика предпринимательства) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Санкт-Петербург – 2010 2 Работа выполнена в Автономной некоммерческой организации высшего профессионального образования Смольный институт Российской академии наук кандидат технических...»

«Захарьян Семен Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕНИЯ ИЗ ПРОМЫВНОЙ КИСЛОТЫ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЧИСТОГО ПЕРРЕНАТА АММОНИЯ Специальность 05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2012 2 Работа выполнена в ТОО Kazakhmys Smelting (Казахмыс Смэлтинг), г. Балхаш, Республика Казахстан Научный руководитель : Доктор технических наук...»

«Кучина Елена Викторовна СУДЕБНО-МЕДИЦИНСКАЯ ДИАГНОСТИКА ОТРАВЛЕНИЙ НЕКОТОРЫМИ СУРРОГАТАМИ АЛКОГОЛЯ 14.00.24. – судебная медицина Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва 2008 2 Работа выполнена в танатологическом отделе Федерального государственного учреждения Российский центр судебно-медицинской экспертизы Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию. Научный руководитель : доктор медицинских наук, профессор...»

«ХАЛИКОВ Карим Равильевич УДК 621.331:621.311.4:621.316.9 УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНТАКТНЫХ ПОДВЕСОК, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ТОКОСЪЕМА, В УСЛОВИЯХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Специальность 05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ОМСК 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего...»

«Мельников Виталий Александрович ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ И ПРИПОВЕРХНОСТНОЙ МИКРОМАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ Fe- и Со-ОБОГАЩЕННЫХ АМОРФНЫХ ЛЕНТ И МИКРОПРОВОЛОК Специальность 01.04.11 – физика магнитных явлений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2009 Работа выполнена на кафедре магнетизма физического факультета Московского...»

«ГАВРИКОВ АЛЕКСЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ Оптимизация биотехнологического производства субстанций рекомбинантных интерферонов человека для создания на их основе препаратов ветеринарного назначения 03.00.23. – биотехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Москва 2006 год 2 Работа выполнена в производственной лаборатории Закрытого Акционерного Общества Мосагроген (ЗАО Мосагроген). Научный руководитель : доктор биологических наук, профессор...»

«Хухлаев Евгений Валентинович ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РЕГИОНАЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ИНТЕРНЕТ Специальность: 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва - Работа выполнена в Институте прикладной...»

«ПАХОТИН Павел Александрович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ НЕФТЕ- И ГАЗОПРОВОДОВ Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный...»

«Тупаева Агния Сергеевна ОБРАЗ БЛАГОТВОРИТЕЛЬНОСТИ В ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ РОССИЙСКИХ СРЕДСТВ МАССОВОЙ КОММУНИКАЦИИ Специальность 22.00.06 – Социология культуры Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата социологических наук Майкоп 2013 Диссертация выполнена на кафедре государственного, муниципального управления и социологии ФГБОУ ВПО Казанский национальный исследовательский технологический университет Научный руководитель : Зинурова Раушания...»

«АНИСИМОВ Алексей Валерьевич УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕДАЧЕЙ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ С ОГРАНИЧЕННЫМ ЭНЕРГОРЕСУРСОМ Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (в технике и технологиях) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2011 Работа выполнена на кафедре безопасности информационных систем в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального...»

«Митрофанов Артм Петрович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ПУТЁМ ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ВЕЩЕСТВАМИ ИЗ КЛАССА ПОРОФОРОВ 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2012 Работа выполнена на кафедре Технология и оборудование машиностроительных производств Волжского политехнического института (филиала) федерального государственного...»

«Головкина Нина Николаевна МЕТОДИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ СТЕНОК СКВАЖИН В ПОРИСТЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ Специальность 25.00.15. - Технология бурения и освоения скважин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук УФА 2001 Работа выполнена на кафедре горной и прикладной механики Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ) Научный руководитель - заслуженный деятель науки РБ, доктор...»






 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.