Исследование физических механизмов интенсификации смешения в сверхзвуковых потоках с помощью искрового разряда

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-79-10494

НазваниеИсследование физических механизмов интенсификации смешения в сверхзвуковых потоках с помощью искрового разряда

Руководитель Фирсов Александр Александрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук , г Москва

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-105 - Газо- и гидродинамика технических и природных систем

Ключевые слова смешение топлива с окислителем, сверхзвуковой поток, газодинамическая неустойчивость, неустойчивость Рихтмаера-Мешкова, электрический разряд, искровой разряд.

Код ГРНТИ29.27.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В данной работе предполагается провести экспериментальное и теоретическое исследование воздействия искрового электрического разряда на динамику развития газодинамических неустойчивостей, возникающих при инжекции газовых струй (в частности, топлива) в высокоскоростной воздушный поток. В ходе выполнения проекта будет изучено взаимодействие нескольких физических явлений в следующей постановке: будет рассмотрена интенсификация развития неустойчивости Рихтмаера-Мешкова при создании переменных во времени градиентов плотности и давления при помощи искрового электрического разряда в воздушном потоке, находящегося в области струи газообразного топлива, пересекаемой скачком уплотнения. Будут проанализированы несколько принципиальных схем: 1) одиночная струя и искровой разряд, расположенный на некотором удалении от струи так, чтобы основное влияние оказывала только ударная волна, вызванная разрядом; 2) одиночная струя и искровой разряд, расположенный непосредственно в струе или на её границе – в этой ситуации помимо ударной волны существенную роль должен оказать распад послеразрядной тепловой каверны 3) несколько струй, относительно которых искровые промежутки расположены (а) вне струй и (б) внутри струй. Во всех предложенных схемах падающий на область подачи топлива скачок уплотнения будет создан с помощью клина. При выполнении проекта планируется провести теоретическую оценку указанных эффектов, компьютерное моделирование и экспериментальное исследование газодинамических неустойчивостей, возникающих в области инжекции струи в высокоскоростной поток в присутствии искрового электрического разряда. Основное внимание будет уделено экспериментальной части работы. Актуальность решения описанной проблемы смешения топлива с высокоскоростным потоком обусловлена тем, что эффективное решение является востребованным при разработке камер сгорания прямоточных воздушно-реактивных двигателей. В данном направлении активно ведутся работы в США, России, Франции, Китае, однако известные мне исследования далеки от завершения, а подходы к решению задачи находятся на стадии фундаментальных исследований с прикладным уклоном. Идейная новизна предлагаемой работы заключается в изучении физики локализации электрического разряда в слое смешения и в анализе комбинированных механизмов интенсификации смешения с помощью газодинамических неустойчивостей и плазмы нестационарного электрического разряда. В основу предлагаемого проекта легли несколько недавних теоретических (с применением компьютерного моделирования) работ ряда авторов (например [1]) , в которых была показана перспективность рассматриваемого подхода. Однако экспериментальных работ для описанной выше или схожих постановок мне не известно. Также необходимо отметить, что в изученных теоретических работах рассматривается локальное тепловыделение, а не электрический разряд, локализация которого на границе раздела будет обеспечиваться в результате немонотонной зависимости скорости ионизации от концентрации углеводорода. Проведенные в нашей лаборатории экспериментальные исследования локализации искрового разряда при наличии различных неоднородностей в газе, распада тепловой каверны разрядного канала с образованием газодинамических неустойчивостей, и вихрегенерации с помощью искрового разряда в скоростном потоке позволяют заявлять о том, что данный проект будет успешно реализован в случае его поддержки Фондом. 1. А.А. Желтоводов, Е.А. Пимонов // Письма в ЖТФ, 2013, Т. 39, В. 22

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фирсов А.А., Долгов Е.В., Леонов С.Б. Numerical simulation of mixing enhancement by electrical discharge in supersonic airflow AIAA SciTech Forum, AIAA 2019-1349 (год публикации - 2019)
10.2514/6.2019-1349

2. Долгов Е.В., Фирсов А.А. Parametrical investigation of mixing by a spark discharge in supersonic flow XXXIV International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter (ELBRUS 2019), Poster session, March 2, paper 96 (год публикации - 2019)

3. Долгов Е.В., Колосов Н.С., Фирсов А.А. Исследование интенсификации смешения искровым разрядом в сверхзвуковом потоке воздуха при помощи численного моделирования Proceedings of the 18th Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics, C.196-199 (год публикации - 2019)

4. Долгов Е.В., Колосов Н.С., Фирсов А.А. Исследование влияния искрового разряда на смешение струи газообразного топлива со сверхзвуковым воздушным потоком КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ, Т. 11, № 5, С. 849–860 (год публикации - 2019)
10.20537/2076-7633-2019-11-5-849-860

5. Фирсов А.А., Долгов Е.В., Рахимов Р.Г., Шурупов М.В., Леонов С.Б. Jet type instability of long spark electrical discharge applied for mixing enhancement COLLOQUIUM 593: PLASMA-BASED ACTUATORS FOR FLOW CONTROL, Delft, The Netherlands, D1 (год публикации - 2018)

6. Фирсов А.А., Долгов Е.В., Рахимов Р.Г., Шурупов М.В., Леонов С.Б. Spark Discharge Application to Mixing Enhancement 17th International Workshop on Magneto-Plasma Aerodynamics, Moscow, pp.91-96 (год публикации - 2018)

7. Фирсов А.А., Долгов Е.В., Рахимов Р.Г., Шурупов М.В., Леонов С.Б. Mixing enhancement by electrical discharge in supersonic airflow AIAA SciTech Forum, Kissimmee, Florida, AIAA 2018-1195 (год публикации - 2018)
10.2514/6.2018-1195

8. Фирсов А.А., Долгов Е.В., Шурупов М.В., Рахимов Р.Г. Application of spark discharge for mixing in supersonic flow XXXIII International Conference on Equations of State for Matter, Book of Abstracts, Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia, P.242 (год публикации - 2018)

Публикации