Отправить статью по E-mail 
Диффузионно-дрейфовая модель поверхностного тлеющего разряда в сверхзвуковом потоке газа
- Авторы: Суржиков С.Т.1
-
Учреждения:
- Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 145-162
- Раздел: Статьи
- URL: https://jdigitaldiagnostics.com/1024-7084/article/view/672141
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708424010119
- EDN: https://elibrary.ru/sdctpi
- ID: 672141
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Двухмерная электрогазодинамическая задача об аномальном тлеющем разряде на поверхности острой пластины, обтекаемой сверхзвуковым потоком совершенного газа, решается с использованием системы уравнений Навье–Стокса для описания термогазодинамических процессов в пограничном слое и двухтемпературной двухжидкостной диффузионно-дрейфовой модели газоразрядной плазмы для определения электродинамической структуры разряда. Учитываются приэлектродные области пространственного заряда и внешняя электрическая цепь, состоящая из источника питания и омического сопротивления. Исследовано влияние поперечного к газовому потоку магнитного поля с индукцией до 0.03 Тл на структуру пограничного слоя и тлеющего разряда. Выполнено численное исследование электрогазодинамической структуры аномальных приповерхностных разрядов в широком диапазоне скоростей газового потока, М = 5–10, давлений в набегающем потоке, р = 0.6–5 Торр, напряжений на электродах и токов через разряды. Исследована электродинамическая структура газо-плазменного потока вблизи электродов и воздействие тлеющего разряда на распределение давления и температуры вдоль поверхности пластины.
Полный текст
Об авторах
С. Т. Суржиков
Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: surg@ipmnet.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Суржиков С.Т., Шэнг Дж.С. Вязкое взаимодействие на плоской пластине с поверхностным разрядом в магнитном поле // Теплофизика высоких температур. 2005. Т. 43. № 1. С. 21–31.
- Суржиков С.Т. Гиперзвуковое обтекание острой пластины и двойного клина с электромагнитным актюатором // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2020. № 6. С. 106–120.
- Суржиков С.Т. Сверхзвуковое обтекание заостренной пластины с поверхностным аномальным тлеющим разрядом в магнитном поле // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2023. № 6. С. 144–167.
- Kimmel R.L., Hayes J.R., Menart J.A., Shang J. Effect of surface plasma discharge on boundary layers at Mach 5 // AIAA Paper 2004-509. 2004. 10 p.
- Menart J., Shang J.S., Kimmel R., Hayes J. Effects of Magnetic Fields on Plasmas Generated in a Mach 5 Wind Tunnel // AIAA Paper 2003-4165. 2003. 13 p.
- Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Двумерная структура нормального тлеющего разряда и роль диффузии в формировании катодного и анодного пятен // Теплофизика высоких температур. 1988. Т. 25. № 3. С. 428–435.
- Суржиков С.Т. Физическая механика газовых разрядов. М.: МГТУ, 2006. 640 с. (Surzhikov S.T. Theoretical and Computational Physics of Gas Discharge Phenomena. A Mathematical Introduction. De Gruyter: Berlin, 2020, 537 p.)
- Куликовский А.Г., Любимов Г.А. Магнитная гидродинамика. М.: Логос, 2005. 325 с.
- Shang J.S., Surzhikov S.T., Kimmel R., Gaitonde D., Menart J., Hayes J. Mechanisms of plasma actuators for hypersonic flow control // Progress in Aerospace Sciences. 2005. V. 41. P. 642.
- Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. М.: Наука, 1984. 392 с.
- Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 591 с.
- Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. М.: Гос. изд-во лит-ры в обл. атом. науки и техники, 1961. 323 с. (Brown S.C. Basic Data of Plasma Physics. Technology Press of M.I.T. and Wiley, 1966)
- Суржиков С.Т. Сравнительный анализ параметров нормального и аномального тлеющих разрядов постоянного тока // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 11. С. 1102–1114.
- Битюрин В.А., Бочаров А.Н., Попов Н.А. Численное моделирование электрического разряда в сверхзвуковом потоке // Изв. РАН. МЖГ. 2008. № 4. С. 160–172.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Расчетная схема задачи.
Скачать (169KB)
3.
Рис. 2. Давление в пограничном, торр (а), нормальная к поверхности компонента скорости Vy = v/V∞ (б) и температура, К в пограничном слое (в) при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В.
Скачать (275KB)
4.
Рис. 3. Концентрация электронов ZE = ne/n0 при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В: (а) Bz = 0, (б) Bz = +0.01 Тл, (в) Bz = –0.01 Тл.
Скачать (318KB)
5.
Рис. 4. Концентрация ионов ZI = ni/n0 при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В: (а) Bz = 0, (б) Bz = +0.01 Тл, (в) Bz = –0.01 Тл.
Скачать (300KB)
6.
Рис. 5. Модуль напряженности электрического поля (Efield M = |E|) при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В; (а) Bz = 0, (б) Bz = +0.01 Тл, (в) Bz = –0.01 Тл.
Скачать (293KB)
7.
Рис. 6. Вектор напряженности электрического поля вблизи катода (а, в) и анода (б, г) при р = 0.6 Торр, e = 1500 В, M = 5: (а) Bz = +0.01 Тл, (б) Bz = –0.01 Тл, (в) Bz = +0.01 Тл, (г) Bz = –0.01 Тл.
Скачать (763KB)
8.
Рис. 7. Объемная скорость ионизации при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В: (а) Bz = 0, (б) Bz = +0.01 Тл, (в) Bz = –0.01 Тл.
Скачать (262KB)
9.
Рис. 8. Объемная мощность джоулева тепловыделения (QEJ = QJ) при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В: (а) Bz = 0, (б) Bz = +0.01 Тл, (в) Bz = –0.01 Тл.
Скачать (252KB)
10.
Рис. 9. Давление в пограничном, Торр (а), нормальная к поверхности компонента скорости Vy = v/V∞ (б) и температура, К, в пограничном слое (в) при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В, Bz = +0.01 Тл.
Скачать (282KB)
11.
Рис. 10. Распределение коэффициентов давления (сплошная кривая) и трения при р = 0.6 Торр, M = 5, e = 1500 В; (а) Bz = +0.01 Тл, (б) Bz = –0.01 Тл.
Скачать (170KB)
12.
Рис. 11. Концентрация электронов (ZE = ne/n0) в аномальном тлеющем разряде при p = 5 Торр, М = 10, ε = 1000 В: Bz = +0.03 (а), Bz = –0.03 Tл (б).
Скачать (155KB)
13.
Рис. 12. Концентрация ионов (ZI = ni /n0) в аномальном тлеющем разряде при p = 5 Торр, М = 10, ε = 1000 В: Bz = +0.03 (а), Bz = –0.03 Tл (б).
Скачать (157KB)
14.
Рис. 13. Модуль напряженности электрического поля (Efield M = |E|) в аномальном тлеющем разряде при p = 5 Торр, М = 10, ε = 1000 В: Bz = +0.03 (а), Bz = –0.03 Tл (б).
Скачать (135KB)
15.
Рис. 14. Электрический потенциал (FI = j/e) в аномальном тлеющем разряде и векторное поле напряженности электрического поля при p = 5 Торр, М = 10, ε = 1000 В: Bz = +0.03 (а), Bz = –0.03 Tл (б).
Скачать (250KB)
16.
Рис. 15. Мощность джоулева тепловыделения (QEJ = QJ) в аномальном тлеющем разряде при p = 5 Торр, М = 10, ε = 1000 В: Bz = +0.03 (а), Bz = –0.03 Tл (б).
Скачать (143KB)
17.
Рис. 16. Давление в пограничном в торр (а) и температура, К, в пограничном слое (б) при p = 5 Торр, М = 10, ε = 1000 В, Bz = –0.03 Tл.
Скачать (164KB)
18.
Рис. 17. Распределение коэффициентов давления (сплошная кривая) и трения при р = 5 Торр, M = 10, e = 1000 В, Bz = –0.03 Тл.
Скачать (113KB)
