Теплообмен в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4 при использовании щелевых сопел
Опубликовано: 07.02.2020
Авторы: Гордеев А.Н., Чаплыгин А.В.
Опубликовано в выпуске: #2(98)/2020
DOI: 10.18698/2308-6033-2020-2-1953
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Экспериментально исследован теплообмен обтекаемых под углом атаки пластин в дозвуковых струях диссоциированных газов, истекающих из щелевых сопел высокочастотного индукционного плазмотрона ВГУ-4. В экспериментах использовались сопла с размерами выходных сечений 40 × 8, 80 × 15 и 120 × 9 мм. Получены распределения тепловых потоков вдоль оси симметрии медных пластин в зависимости от мощности анодного питания ВЧ-генератора плазмотрона. Определены тепловые потоки к низкокаталитической поверхности теплозащитной плитки орбитального корабля «Буран» в зависимости от давления в барокамере установки при использовании щелевого сопла с размерами выходного сечения 120 × 9 мм.
Литература
[1] Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Новые режимы течения и теплообмена плазмы в высокочастотном индукционном плазмотроне ВГУ-4. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2008, т. 7. URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2008-7/articles/453/ (дата обращения 18.11.2019).
[2] Bityurin V.A., Bocharov A.N., Baranov D.S., Krasilnikov A.V., Knotko V.B., Plastinin Y.A. Experimental study of flow parameters and MHD generator models at high frequency plasmatron. In: The 15th International Conference on MHD Energy Conversion and the 6th International Workshop on MagnetoPlasma Aerodynamics, IVTAN. Moscow, 2005, pp. 444.
[3] Balter-Peterson A., Nichols F., Mifsud B., Love W. Arc jet testing in NASA Ames Research Center thermophysics facilities. In: 4th Symposium on Multidisciplinary Analysis and Optimization. 1992, pp. 5041.
[4] Terrazas-Salinas I., Cornelison C. Test Planning Guide for NASA Ames Research Center Arc Jet Complex and Range Complex. Space Technology Division, NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA, 2009, vol. 94035, pp. 20–21.
[5] Гордеев А.Н., Чаплыгин А.В. Экспериментальное исследование теплообмена диссоциированного потока воздуха с плоской пластиной под углом атаки в ВЧ-плазмотроне. Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2019, т. 20, вып. 1. http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.1.780
[6] Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Высокочастотные индукционные плазмотроны серии ВГУ. В сб.: Актуальные проблемы механики: Физико-химическая механика жидкостей и газов. Москва, Наука, 2010, с. 151–177.
[7] Viladegut A., Chazot O. OFF-Stagnation point testing in plasma facility. In: Progress in Flight Physics, 2015, vol. 7, pp. 113–122. DOI: 10.1051/eucass/201507113
[8] ASTM E422-05(2016), Standard Test Method for Measuring Heat Flux Using a Water-Cooled Calorimeter. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016. URL: https://www.astm.org/Standards/E422.htm (дата обращения 18.11.2019).
[9] Gülham A., Esser B. A study on heat flux measurements in high enthalpy flows. In: 35th AIAA Thermophysics Conference, 2001, pp. 3011.
[10] Gokcen T., Hui F., Taunk J., Noyes E., Schickele D. Calibration of the Truncated Panel Test Arc-Jet Facility. In: 41st AIAA Thermophysics Conference, 2009, pp. 4090. DOI: 10.2514/6.2009-4090
[11] ASTM E457-08(2015), Standard Test Method for Measuring Heat-Transfer Rate Using a Thermal Capacitance (Slug) Calorimeter. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015. URL: https://www.astm.org/Standards/E457.htm (дата обращения 18.11.2019).
[12] Anderson L.A. Effect of surface catalytic activity on stagnation heat-transfer rates. AIAA Journal, 1973, vol. 11, no. 5, pp. 649–656. DOI: 10.2514/3.6806
[13] Kolesnikov A.F. The Aerothermodynamic simulation in sub- and supersonic high-enthalpy jets: experiment and theory. In: Proc. 2nd European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles. ESA Publication Division, European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands. ESA SP-367, 1995. pp. 583–590.
[14] Магунов А.Н. Теплообмен неравновесной плазмы с поверхностью. Москва, Физматлит, 2005, с. 53–55.
[15] Coleman H.W., Steel W.G. Experimentation and Uncertainty analysis for engineers. New York, Wiley Interscience, p. 42.
[16] Esposito A., De Rosa F., Caso V., Parente F. Design of slug calorimeters for re-entry tests. NASA Tech. Pap., 2010, vol. 2, no. 2, p. 4.
[17] Nawaz A., Santos J. Assessing Calorimeter Evaluation Methods in Convective Heat Flux Environments. In: 10th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference. Chicago, Illinois, 28 June 2010 – 01 July 2010. Chicago, 2010, p. 4905.
[18] Smith S.F. Investigation of subsonic and supersonic flow characteristics of an inductively coupled plasma facility. Graduate College dissertations and theses. University of Vermont, 2013, pp. 31–34.
[19] Дождиков В.С., Петров В.А. Излучательные характеристики теплозащитных материалов орбитального корабля «Буран». Инженерно-физический журнал, 2000, т. 73, № 1, с. 26–30.
[20] Гофин М.Я. Теплозащитная конструкция многоразового орбитального корабля. Авиационно-космические системы. Москва, МАИ, 1997, с. 136–144.
[21] Леко В.К., Мазурин О.В. Свойства кварцевого стекла. Ленинград, Наука, 1985, с. 94–97.
[22] Нейланд В.Я., Тумин А.М. Аэротермодинамика воздушно-космических самолетов. Жуковский, ФАЛТ МФТИ, 1991, с. 136–154.
[23] Дресвин С.В. Физика и техника низкотемпературной плазмы. Москва, Атомиздат, 1972, с. 127–136.
[24] Воропаев А.А., Дресвин С.В., Клубникин В.С. Измерение скорости течения плазмы трубкой полного напора. ТВТ, 1969, т. 7, вып. 4, с. 633–640.
[25] Абрамович Г.Н., ред. Турбулентное смешение газовых струй. Москва, Наука, 1974, с. 10.
[26] Bottin B., Chazot O., Carbonaro M., Van Der Haegen V., Paris S. The VKI Plasmatron Characteristics and Performance. Measurement Techniques for High Temperature and Plasma Flows. J.M. Charbonnier and G.S.R. Sarma, ed. NATO Research and Technology Organization, Neuilly-sur-Seine, France, 1999, pp. 1–27.
[27] Chazot O., Pereira Gomes J., Carbonaro M. Characterization of a “mini-plasmatron” facility by pitot probe measurements. 29th AIAA, Plasmadynamics and Lasers Conference. Albuquerque, NM, 15–18 June, 1998. Albuquerque, 1998, art. 2478. DOI: 10.2514/6.1998-2478
[28] Carleton F.E., Kadlec R.H. Impact Tube gas Velocity Measurement at High Temperatures. AlChE Journal, 1972, vol. 18, no. 5, pp. 1065–1067.
[29] Barker M. On the Use of very small Pitot Tubes for Measuring Wind velocity. Proceeding of the Royal Society, Series A, 1922, no. 101, pp. 435–445.
[30] Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Васильевский С.А., Тептеева Е.С. Влияние геометрии разрядного канала ВЧ-плазмотрона на теплообмен в высокоэнтальпийных дозвуковых струях воздуха. ТВТ, 2019, т. 57, № 4, с. 509–517.