|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Аэротермохимия течений молекулярных газов и теплообмен в индукционных ВЧ-плазмотронах НИР
Aerotermohimiya flows of molecular gas and heat transfer in the RF induction plasma torches
- Руководитель НИР: Сахаров В.И.
- Участники НИР: Лебедева Л.Л.
- Подразделение: 106 Лаборатория физико-химической газодинамики
- Срок исполнения: 1 января 2014 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14-01-00738-а
- Номер ЦИТИС: 01201457122
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Движение сплошных сред с физико-химическими превращениями
- ПН России: Транспортные и космические системы
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.27.29 Движущаяся плазма
- 29.27.47 Численные методы в физике плазмы
- 30.17.23 Вязкая жидкость
- 30.17.33 Газовая динамика
-
Ключевые слова:
плазмодинамика, неравновесные физико-химические процессы, до- и сверхзвуковые течения плазмы молекулярных газов, индукционные вч-плазмотроны
plasmodynamic, non-equilibrium physical and chemical processes, induction rf plasma torches, pre- and supersonic flows of plasma of molecular gases -
Описание:
На 100-киловаттном ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 проведены эксперименты по теплообмену водоохлаждаемой цилиндрической модели в высокоэнтальпийных недорасширенных струях азота. Проведены измерения давления в разрядном канале ВЧ-плазмотрона в диапазоне мощности генератора 45 – 72 кВт при работе на азоте со звуковыми соплами диаметром 30 и 40 мм. Выполнены измерения к.п.д. ВЧплазмотрона ВГУ-4 при работе на азоте в диапазоне давления в разрядном канале 35 – 100 гПа при мощности генератора 45 кВт. Измерено давление торможения и тепловой поток к цилиндрической водоохлаждаемой медной модели с плоским носком радиуса 10 мм вдоль оси высокоэнтальпийных сверхзвуковых недорасширенных струй азота в диапазоне мощности генератора 45 – 72 кВт и давлении в барокамере 10.3 гПа. Выполнена фоторегистрация ударно-волновые структур, возникающих при обтекании водоохлаждаемой цилиндрической модели с плоским торцом радиуса 10 мм высокоэнтальпийной недорасширенной сверхзвуковой струѐй азота. В сублимационном режиме разрушения графита зарегистрирована максимальная температура поверхности 3500?С в высокоэнтальпийном потоке азота, вытекающем из сопла диаметром 16 мм. Установлено, что нормированные зависимости тепловых потоков в критических точках модели и сферы от эффективного коэффициента каталитической рекомбинации атомов O и молекул CO для условий эксперимента на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и входа в атмосферу Марса, связанных условиями локального моделирования теплообмена, подобны. Подтверждена формула для экстраполяции измеренного в эксперименте теплового потока в точке торможения модели на условия гиперзвукового обтекания затупленного тела. Для условий экспериментов в аэродинамической трубе ВАТ-104 проведены численные расчеты продольно обтекаемых круговых конусов и цилиндра с плоским торцем; проведено сравнение с экспериментом теплообмена струй воздушной плазмы, истекающих из подогревателя.
-
Основные результаты:
Проведены измерения давления в разрядном канале ВЧ-плазмотрона в диапазоне мощности генератора 45 – 72 кВт при работе на азоте со звуковыми соплами диаметром 30 и 40 мм. Выполнены измерения к.п.д. ВЧплазмотрона ВГУ-4 при работе на азоте в диапазоне давления в разрядном канале 35 – 100 гПа при мощности генератора 45 кВт. Измерено давление торможения и тепловой поток к цилиндрической водоохлаждаемой медной модели с плоским носком радиуса 10 мм вдоль оси высокоэнтальпийных сверхзвуковых недорасширенных струй азота в диапазоне мощности генератора 45 – 72 кВт и давлении в барокамере 10.3 гПа. Выполнена фоторегистрация ударно-волновые структур, возникающих при обтекании водоохлаждаемой цилиндрической модели с плоским торцом радиуса 10 мм высокоэнтальпийной недорасширенной сверхзвуковой струѐй азота. В сублимационном режиме разрушения графита зарегистрирована максимальная температура поверхности 3500?С в высокоэнтальпийном потоке азота, вытекающем из сопла диаметром 16 мм. Установлено, что нормированные зависимости тепловых потоков в критических точках модели и сферы от эффективного коэффициента каталитической рекомбинации атомов O и молекул CO для условий эксперимента на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и входа в атмосферу Марса, связанных условиями локального моделирования теплообмена, подобны. На основе концепции локального моделирования теплообмена параметры сверхзвукового обтекания цилиндрической модели с плоским торцом в недорасширенных струях диссоциированного воздуха в широком диапазоне рабочих параметрах ВЧ-плазмотрона ВГУ-4 пересчитаны на условия входа сферы в атмосферу Земли с гиперзвуковой скоростью. Установлено, что нормированные зависимости тепловых потоков в точках торможения на модели и сфере от эффективного коэффициента каталитической рекомбинации атомов O и N для условий эксперимента на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и входа в атмосферу Земли, связанных условиями локального моделирования теплообмена, подобны. Подтверждена формула для экстраполяции измеренного в эксперименте теплового потока в точке торможения модели на условия гиперзвукового обтекания затупленного тела. Для условий экспериментов в аэродинамической трубе ВАТ-104 проведены численные расчеты продольно обтекаемых круговых конусов и цилиндра с плоским торцем; проведено сравнение с экспериментом теплообмена струй воздушной плазмы, истекающих из подогревателя АДТ ВАТ-104 с моделями.
- Добавил в систему: Лебедева Людмила Леонидовна
Соисполнители НИР
| ИПМех РАН | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Аэротермохимия течений молекулярных газов и теплообмен в индукционных ВЧ-плазмотронах |
| Результаты этапа: Проведены измерения давления в разрядном канале ВЧ-плазмотрона в диапазоне мощности генератора 45 – 72 кВт при работе на азоте со звуковыми соплами диаметром 30 и 40 мм. Выполнены измерения к.п.д. ВЧплазмотрона ВГУ-4 при работе на азоте в диапазоне давления в разрядном канале 35 – 100 гПа при мощности генератора 45 кВт. Измерено давление торможения и тепловой поток к цилиндрической водоохлаждаемой медной модели с плоским носком радиуса 10 мм вдоль оси высокоэнтальпийных сверхзвуковых недорасширенных струй азота в диапазоне мощности генератора 45 – 72 кВт и давлении в барокамере 10.3 гПа. Выполнена фоторегистрация ударно-волновые структур, возникающих при обтекании водоохлаждаемой цилиндрической модели с плоским торцом радиуса 10 мм высокоэнтальпийной недорасширенной сверхзвуковой струѐй азота. В сублимационном режиме разрушения графита зарегистрирована максимальная температура поверхности 3500?С в высокоэнтальпийном потоке азота, вытекающем из сопла диаметром 16 мм. Установлено, что нормированные зависимости тепловых потоков в критических точках модели и сферы от эффективного коэффициента каталитической рекомбинации атомов O и молекул CO для условий эксперимента на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и входа в атмосферу Марса, связанных условиями локального моделирования теплообмена, подобны. Подтверждена формула для экстраполяции измеренного в эксперименте теплового потока в точке торможения модели на условия гиперзвукового обтекания затупленного тела. Для условий экспериментов в аэродинамической трубе ВАТ-104 проведены численные расчеты продольно обтекаемых круговых конусов и цилиндра с плоским торцем; проведено сравнение с экспериментом теплообмена струй воздушной плазмы, истекающих из подогревателя АДТ ВАТ-104 с моделями. | ||
| 2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Аэротермохимия течений молекулярных газов и теплообмен в индукционных ВЧ-плазмотронах |
| Результаты этапа: 1. В рамках уравнений Навье-Стокса и химически неравновесной модели газовой среды проведено численное моделирование течения в подогревателе и в рабочей части АДТ ВАТ-104 ЦАГИ и обтекания недорасширенной сверхзвуковой воздушной струей цилиндрической модели с передним торцевым затуплением в рабочем тракте установки при различных расходах вдуваемого воздуха. В результате численных экспериментов получены и проанализированы распределения давления на торцевой поверхности модели. Значения давления на этой части поверхности модели зависят от расхода подаваемого в подогреватель воздуха и расстояния модели до среза сопла. Обнаружено, что распределения давления по поверхности торцевого затупления меняют свою монотонность на противоположную при больших расстояниях модели от среза сопла при условии малых расходах вдуваемого воздуха. 2. Рассчитаны параметры обтекания гипотетической сферы высокоскоростными потоками, соответствующие условиям обтекания цилиндрической модели с плоским носком радиуса 10 мм в ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 сверхзвуковыми недорасширенными струями воздушной плазмы в двух режимах. Установлено, что нормированные зависимости тепловых потоков в точках торможения на модели и сфере от эффективного коэффициента каталитической рекомбинации атомов O и N для условий эксперимента на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и входа в атмосферу Земли, связанных условиями локального моделирования теплообмена, подобны. Это ведет к формуле для экстраполяции экспериментально измеренного теплового потока в точке торможения на модели qwe на соответствующие условия обтекания сферы. | ||
| 3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Аэротермохимия течений молекулярных газов и теплообмен в индукционных ВЧ-плазмотронах |
| Результаты этапа: На индукционном плазмотроне ВГУ-4 при различных расходах газа (2.4 и 3.6 г/с) и мощностях ВЧ-генератора по анодному питанию (45 и 64 кВт) проведены эксперименты по измерению давления торможения в высокоэнтальпийных недорасширенных сверхзвуковых струях азота, истекающих из звуковых сопел диаметром 30 и 40 мм при давлении в барокамере 10.4 гПа. Измерены давления торможения и тепловые потоки к водоохлаждаемым поверхностям меди, нержавеющей стали, графита МПГ-7 и кварца в критической точке цилиндрической модели с плоским торцом диаметром 20 мм, обтекаемой высокоэнтальпийными недорасширенными сверхзвуковыми струями азота, истекающими из водоохлаждаемых звуковых сопел с диаметрами выходного сечения 30 и 40 мм при давлении в барокамере 10.4 гПа в четырех режимах работы плазмотрона ВГУ-4. Экспериментально продемонстрирован эффект сильного влияния каталитической рекомбинации атомов азота на тепловой поток к охлаждаемой поверхности. Тепловой поток к высококаталитичным поверхностям меди и нержавеющей стали в четыре раза превышает тепловой поток к поверхности кварца. Установлена качественная каталитическая шкала материалов по отношению к гетерогенной рекомбинации атомов N: медь ~ нержавеющая сталь > графит > кварц. Для тех же четырех режимов ВЧ-плазмотрона ВГУ-4 численно решены задачи о течении неравновесной плазмы азота в разрядном канале и в пространстве, ограниченном стенками барокамеры и поверхностью модели. Экспериментальные и расчетные данные по тепловым потокам к высоко каталитическим холодным поверхностям и давлению в точке торможения на цилиндрической модели с плоским носком в первой сверхзвуковой зоне недорасширенной струи диссоциированного азота удовлетворительно согласуются. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".