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://permmedjournal.ru/1024-7084/article/view/672141
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708424010119
- EDN: https://elibrary.ru/sdctpi
- ID: 672141
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
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)
