Научный отчет № 4677

Название

Численное исследование процессов и течений в разрядном канале ВЧ плазмотрона.

Авторы

Громов В.Г., Сахаров В.И.

Аннотация

С использованием различных газофазных моделей проведено численное моделирование дозвуковых течений неравновесной воздушной плазмы в разрядном канале плазмотрона ВГУ-4 (ИПМ РАН), газодинамической структуры сверхзвуковых недорасширенных струй диссоциированного и частично ионизованного воздуха, истекающих из разрядного канала и теплообмена тел с такими течениями для условий экспериментов, реализованных на индукционном плазмотроне. Численное моделирование включало: - решение в разрядном канале плазмотрона уравнения для усредненной по времени амплитуды тангенциальной составляющей высокочастотного электрического поля; - расчет на основе полных уравнений Навье-Стокса течений воздушной плазмы в разрядном канале плазмотрона и в недорасширенных химически неравновесных струях диссоциированного и ионизованного воздуха, истекающих в затопленное пространство; - расчет осесимметричного обтекания цилиндрических моделей такими струями. Численное моделирование проводилось с использованием следующих моделей газовой среды: - однотемпературной модели с химической неравновесностью, ионизацией и с равновесным возбуждением внутренних степеней свободы молекул; - кинетической модели с колебательной релаксацией, учитывающей колебательно-поступательный и колебательно-колебательный энергообмен; - термически неравновесной двухтемпературной модели, учитывающей неравновесный обмен энергией электронов с внутренними степенями свободы. Проведено сравнение решений, полученных в рамках различных газофазных моделей. Выявлены некоторые различия в распределениях поступательных температур в разрядном канале плазмотрона при использовании в расчетах однотемпературной модели и моделей с колебательной релаксацией. В расчетах с использованием твухтемпературной модели, учитывающей, наряду с неравновесным колебательно-поступательным энергообменом, кинетику электронно-поступательного энергообмена, получено заметное различие в значениях поступательной и электронной температур в зоне энерговыделения разрядного канала. Проведено сравнение рассчитанных тепловых потоков в области критической точки цилиндрической модели с экспериментальными данными. Сравнение позволяет заключить, что в целом для различных газофазных моделей наблюдается соответствие расчетных данных по распределению тепловых потоков к холодной поверхности меди вдоль оси струи с экспериментальными распределениями.

Год публикации

2003 г.

Объём

51 с.

Научный руководитель

Черный Г.Г.

Ключевые слова

ВЧ плазмотрон, численное исследование, уравнения Навье-Стокса, Максвелла, химическая и термическая неравновесность, теплообмен.