- PII
- S3034534025040086-1
- DOI
- 10.7868/S3034534025040086
- Publication type
- Article
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume / Issue number 4
- Pages
- 95-104
- Abstract
- The influence of the anode supply power of the HF generator (30–70 kW) and pressure (50–200 mbar) on the flow past a cylindrical model with a diameter of 50 mm of a subsonic high-enthalpy air jet flowing from the discharge channel into the test chamber of the VGU-4 HF plasma torch (IPMech RAS) was studied. A comparison of the calculations of the axisymmetric flow past the model based on the full Navier–Stokes equations was performed, with and without taking into account the tangential component of the velocity (swirling). It was found that the power of the HF generator is a key factor determining changes in the structure and characteristics of the flow when taking into account the swirling. The property of conservatism of the normalized hydrodynamic characteristics of subsonic high-enthalpy air jets — the distributions of parameters in the outlet section of the discharge channel and along the jet axis — was established. The obtained matrix of dimensionless parameters at the outer edge of the boundary layer provides the possibility of calculating heat transfer to the stagnation point of the model within the framework of the one-dimensional problem autonomously without preliminary calculation of the axisymmetric flow around the model by a subsonic jet of viscous high-enthalpy air.
- Keywords
- ВЧ-плазмотрон численное моделирование дозвуковая высокоэнтальпийная струя закрутка потока диссоциированный воздух
- Date of publication
- 10.06.2025
- Year of publication
- 2025
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 6
References
- 1. Vasil’evskii S.A., Kolesnikov A.F., and Yakushin M.I. Mathematical models for plasma and gas flows in induction plasmatrons. In: Molecular Physics and Hypersonic Flows (Ed. M. Capitelli), p. 495–504, Kluwer, Dordrecht, the Netherlands, 1996.
- 2. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное исследование течений и теплообмена в индукционной плазме высокочастотного плазмотрона. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Том VII-1. Математическое моделирование в низкотемпературной плазме. Ч. 2/ Под ред. Ю.П. Попова. М.: ЯНУС-К, 2008, С. 220–234.
- 3. Vanden Abeele D., Degrez G. Efficient computational model for inductive plasma flows. AIAA Journal. 2000. V. 38. No. 2. P. 234–242.
- 4. Vanden Abeele D., Degrez G. Numerical model of high-pressure air inductive plasmas under thermal and chemical non-equilibrium. AIAA Paper 2000–2416, Denver, Colorado, June 2000.
- 5. Сахаров В.И. Численное моделирование термически и химически неравновесных течений и теплообмена в недорасширенных струях индукционного плазмотрона // Изв. РАН. МЖГ. 2007.№6. С. 157–168.
- 6. Yu M., Takahashi Y., Kihara H., Abe K., Yamada K., and Abe T. Numerical investigation of flow fields in inductively coupled plasma wind tunnels // Plasma Sci. Technol. 2014. V. 16. P. 930–940.
- 7. Власов В.И., Залогин Г.Н., Ковалев Р.В. Численное моделирование течения различных плазмообразующих газов в тракте ВЧ плазмотрона // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. Т. 19. № 4. С. 2–23. https://doi.org/10.33257/PhChGD.19.4.775
- 8. Vasil’evskii S.A., Kolesnikov A.F., Bryzgalov A.I., and Yakush S.E. Numerical simulation of equilibrium air plasma flow in the induction chamber of a high-power plasmatron. Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2023. V. 35.№4. P. 1689–1701.
- 9. Lanza D., Franco M., Elliot G., Panesi M., and Panerai F. PlasFlowSolver: An aerothermodynamic data reduction model for inductively coupled plasma wind tunnel facilities. AIAA SciTech 2025 Forum. Orlando, FlUSA, Jan 2025. https://doi.org/10.2514/6.2025-0827
- 10. Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Чаплыгин А.В. Тепловой эффект поверхностного катализа в дозвуковых струях диссоциированного воздуха: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование // Изв. РАН. МЖГ. 2020.№5. С. 137–150.
- 11. Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Определение эффективных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов в условиях влияния на тепловой поток газофазных реакций // ТВТ. 1991. Т. 29.№3. С. 521
- 12. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. Методика и результаты экспериментального определения каталитической активности материалов при высоких температурах // Изв. РАН. МЖГ. 2003.№5. С. 178.
- 13. Chazot O., Krassilchikoff H.V., and Thomel J. TPS ground testing in plasma wind tunnel for catalytic properties determination // 46th AIAA Aerospace Meeting and Exhibit, AIAA Paper 2008–1252, Jan. 2008.
- 14. Chazot O., Panerai F., Muylaert J.M., and Thoemel J. Catalysis phenomena determination in plasmatron facility for flight experiment design // 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, AIAA Paper. 2010. P. 1248.
- 15. Bryzgalov A.I., Vasil’evskii S.A., Kolesnikov A.F., and Yakush S.E. Heat Transfer of a Cylindrical Body with Catalytic Surface in Subsonic Nonequilibrium Air Plasma Flow // Fluid Dynamics. 2022. V. 57. No. 5. P. 639–656.
- 16. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Влияние закрутки потока на дозвуковую струю воздуха в ВЧплазмотроне ВГУ-4// Изв. РАН. МЖГ. 2024.№5. С. 119–127.
- 17. Patankar S.V., Spalding D.B. Heat and mass transfer in boundary layers. London: Intertext Books. 1970.
- 18. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2004. 544 c.
- 19. Суржиков С.Т. Физическая механика газовых разрядов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 640 с.
- 20. Колесников А.Ф., Щелоков С.Л. Анализ условий моделирования аэродинамического нагрева в дозвуковых струях высокоэнтальпийного воздуха ВЧ-плазмотрона ВГУ-4 // Изв. РАН. МЖГ. 2021.№2. С. 91–96.
