Numerical Modeling of Supersonic Flow with a Region of Heat Release by a Longitudinal-Transverse Discharge
- Authors: Kornev K.N.1, Logunov A.A.2, Shibkov V.M.3
-
Affiliations:
- Moscow State University, Faculty of PhysicsMoscow State University, Faculty of Physics
- МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет
- Moscow State University, Faculty of Physics
- Issue: No 4 (2023)
- Pages: 137-145
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/1024-7084/article/view/135111
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708422601020
- EDN: https://elibrary.ru/WKJDZT
- ID: 135111
Cite item
Abstract
Steady supersonic air flow in a diverging aerodynamic channel of rectangular cross-section is numerically simulated. The channel represents a laboratory model of an air-breathing straight-flow engine. The aerodynamic model is validated using the experimental data for the case in which the zone of volumetric heat release is absent. After the model has been validated a supersonic flow with a built-in zone of volumetric heat release was numerically simulated. Three-dimensional distributions of the velocity, temperature, and pressure in a steady supersonic air flow are obtained. It is shown that in the case, in which the volumetric density of the heat power of the source is equivalent to the mean total power of the discharge W = 10 kW, the discharge heats the gas up to the temperature T = 1700 to 4200 K, which leads to flow acceleration without its thermal choking. When the thermal power density of the source is equivalent to the mean common discharge power W = 20 kW, the gas is heated more strongly, up to 6700 K, but then local thermal choking of the flow occurs.
About the authors
K. N. Kornev
Moscow State University, Faculty of PhysicsMoscow State University, Faculty of Physics
Email: singuliarnost@yandex.ru
Moscow, Russia
A. A. Logunov
МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет
Email: logunov_aa@physics.msu.ru
Moscow, Russia
V. M. Shibkov
Moscow State University, Faculty of Physics
Author for correspondence.
Email: valshibmsu@gmail.com
Moscow, Russia
References
- Leonov S.B. Electrically Driven Supersonic Combustion // Energies 2018, 11, 1733. https://doi.org/10.3390/en11071733
- Chernyi G.G. Some recent results in aerodynamic applications of flows with localized energy addition // 9 International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference and 3 Weakly Ionized Gases Workshop, 1–5 November 1999, Norfolk, VA, USA, AIAA-99-4819. https://doi.org/10.2514/6.1999-4819
- Lin Bing-xuan, Wu Yun, Zhang Zhi-bo, Chen Zheng Multi-channel nanosecond discharge plasma ignition of premixed propane/air under normal and sub-atmospheric pressures // COMBUSTION AND FLAME. 2017. V. 182. P. 102–113. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2017.04.022
- Enloe C.L., McLaughlin T.E., VanDyken R.D., Kachner K.D., Jumper E.J., Corke T.C. Mechanisms and Responses of a Single Dielectric Barrier Plasma Actuator: Plasma Morphology // AIAA JOURNAL. 2004. V. 42. № 3. P. 589–594. https://doi.org/10.2514/1.2305
- Знаменская И.А., Луцкий А.Е., Мурсенкова И.В. Исследование поверхностного энерговклада в газ при инициировании импульсного разряда типа „плазменный лист“ // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30. № 24. С. 38–42. http://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/ioffe/pztf/2004/24/pztf_t30v24_07.pdf
- Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Луцкий А.Е., Мурсенкова И.В., Сысоев Н.Н. Развитие газодинамических возмущений из зоны распределенного поверхностного скользящего разряда // ЖТФ. 2007. Т. 77. № 5. С. 10–18. http://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/ioffe/ztf/2007/05/ztf7705_02.pdf
- Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Влияние скорости воздушного потока на основные характеристики нестационарного пульсирующего разряда, создаваемого с помощью стационарного источника питания // Физика плазмы. 2018. Т. 44. № 8. С. 661–674. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35642593
- Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Параметры плазмы пульсирующего в сверхзвуковом потоке воздуха разряда постоянного тока // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 3. С. 314–322. https://doi.org/10.7868/S0367292117030118
- Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Степень ионизации воздуха в плазме нестационарного пульсирующего разряда в дозвуковых и сверхзвуковых потоках // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2018. № 5. С. 44–49. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36992595
- Шибков В.М., Шибкова Л.В., Логунов А.А. Температура электронов в плазме разряда постоянного тока, создаваемого в сверхзвуковом воздушном потоке // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2017. № 3. С. 76–82. http://vmu.phys.msu.ru/file/2017/3/17-3-075.pdf
- Копыл П.В., Сурконт О.С., Шибков В.М., Шибкова Л.В. Стабилизация горения жидкого углеводородного топлива с помощью программированного СВЧ-разряда в дозвуковом воздушном потоке // Физика плазмы. 2012. Т. 38. № 6. С. 551. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17726891
- Зарин А.С., Кузовников А.А., Шибков В.М. Свободно локализованный СВЧ-разряд в воздухе. М.: Нефть и газ., 1996.
- Шибков В.М., Александров А.Ф., Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Шибкова Л.В. Свободнолокализованный сверхвысокочастотный разряд в сверхзвуковом потоке газа // Физика плазмы. 2005. Т. 31. № 9. С. 857. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=9175972
- Shibkov V.M., Aleksandrov A.F., Chernikov V.A., Ershov A.P., Shibkova L.V. Microwave and Direct-Current Discharges in High-Speed Flow: Fundamentals and Application to Ignition // Journal of Propulsion and Power. 2009. V. 25. № 1. P. 123. https://doi.org/10.2514/1.24803
- Шибков В.М., Двинин С.А., Ершов А.П., Константиновский Р.С., Сурконт О.С., Черников В.А., Шибкова Л.В. Поверхностный СВЧ разряд в воздухе // Физика плазмы. 2007. Т. 33. № 1. С. 77–85. https://elibrary.ru/item.asp?id=9444599
- Шибков В.М., Шибкова Л.В., Громов В.Г., Карачев А.А., Константиновский Р.С. Влияние поверхностного СВЧ-разряда на воспламенение высокоскоростных пропан-воздушных потоков // Теплофизика высоких температур. 2011. 49. № 2. С. 163. https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=tvt&paperid=277&option_lang=rus
- Шибков В.М., Ершов А.П., Черников В.А., Шибкова Л.В. Сверхвысокочастотный разряд на поверхности диэлектрической антенны // ЖТФ. 2005. Т. 75. № 4. С. 67–73. https://journals.ioffe.ru/articles/8529
- Шибков В.М., Двинин С.А., Ершов А.П., Шибкова Л.В. Механизмы распространения поверхностного сверхвысокочастотного разряда // ЖТФ. 2005. Т. 75. № 4. С. 74–79. https://journals.ioffe.ru/articles/8530
- Шибков В.М., Шибкова Л.В., Карачев А.А. Поверхностный сверхвысокочастотный разряд при повышенных давлениях воздуха // Теплофизика высоких температур. 2009. Т. 47. № 5. С. 650–658. https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=tvt&paperid=902&option_lang=rus
- Logunov A.A., Kornev K.N., Shibkova L.V., Shibkov V.M. Influence of the Interelectrode Gap on the Main Characteristics of a Pulsating Transverse-Longitudinal Discharge in High-Velocity Multicomponent Gas Flows // High Temperature. 2021. V. 59. № 1. P. 19–26. https://link.springer.com/article/10.1134/S0018151X21010119
- Шибкова Л.В., Шибков В.М., Логунов А.А., Долбня Д.С., Корнев К.Н. Параметры плазмы пульсирующего разряда, создаваемого в высокоскоростных потоках газа // Теплофизика высоких температур. 2020. Т. 58. № 6. С. 1–8. https://doi.org/10.31857/S0040364420060198
- Двинин С.А., Ершов А.П., Тимофеев И.Б., Черников В.А., Шибков В.М. Моделирование разряда постоянного тока в поперечном сверхзвуковом потоке газа // Теплофизика высоких температур. 2004. Т. 42. № 2. С. 181–191. https://doi.org/10.1023/B:HITE.0000026147.82949.36
- Toktaliev P.D., Semenev P.A., Moralev I.A., Kazanskii P.N., Bityrin V.A. and Bocharov A.N Numerical modeling of electric arc motion in external constant magnetic field // Journal of Physics: Conference Series 2020 1683 032009. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1683/3/032009
- Moralev I., Kazanskii P., Bityurin V., Bocharov A., Firsov A., Dolgov E. and Leonov S. Gas dynamics of the pulsed electric arc in the transversal magnetic field // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. № 42. 425203. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab9d5a
- Rakhimov R.G., Moralev I.A., Firsov A.A., Bityurin V.A. and Bocharov A.N. On the gasdynamics of the electric discharge in external magnetic field // Journal of Physics: Conf. Ser. 2019. V. 1147. 012128. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1147/1/012128
- Boulos M.I., Fauchais P., and Pfender E., Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications. Plenum Press- Springer, 1994.
- Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976.