Эта работа посвящена подробному описанию свойств разряда постоянного тока в сверхзвуковом потоке воздуха и его применимости при моделировании горения.
Ввиду сложности получения большей части данных в эксперименте наши экспериментальные исследования были дополнены численным моделированием. Два пакета: FlowVision (быстрый коммерческий CFD для 3D-инжиниринга) и Plasmaero (научный 2D-код, разработанный в ОИВТ РАН для задач МГД), использовались для моделирования дугового разряда постоянного тока в сверхзвуковом потоке при Маха (М) = 2. Оба пакета будут рассмотрены для дальнейшего использования при моделировании плазменного горения, поэтому важно проверить оба кода, используя экспериментальные данные из конфигурации модели с разрядом. Осесимметричные геометрии экспериментов с двумя коаксиальными электродами, расположенными параллельно потоку, были выбраны во избежание появления перпендикулярной потоку части токового канала и соответствующих пульсаций разряда. Такие геометрии позволяют проводить численное моделирование в 2D постановке, давая возможность сравнивать результаты, полученные в экспериментах и расчетах. В результате работы получены двумерные распределения температуры, плотности тока, химического состава и других параметров разряда и потока для дуговых разрядов постоянного тока 0,5–7 А в сверхзвуковом потоке (Pст = 22 кПа, Т = 170 К). , В~500 м/с). Было достигнуто хорошее качественное согласие экспериментальных и численных результатов. Отмечено образование значительного количества атомарного кислорода, ускоряющего горение.
Firsov, A., Bityurin, V., Tarasov, D., Dobrovolskaya, A., Troshkin, R.; Bocharov, A. Longitudinal DC Discharge in a Supersonic Flow: Numerical Simulation and Experiment. // Energies 2022, 15, 7015
Скачать (статья на английском языке): PDF 5,43MB
This work focuses on detailed descriptions of DC discharge properties in supersonic airflow and its applicability in combustion simulations.
Due to the complexity of obtaining most of the data in the experiment, our experimental research was supplemented by a numerical simulation. Two packages, i.e., FlowVision (fast commercial CFD for 3D engineering) and Plasmaero (2D scientific code developed in JIHT RAS for MHD tasks), were used for modeling the arc DC discharge in a supersonic flow at Mach (M) = 2. Both will be considered for further use in plasma-assisted combustion modeling, so it is important to validate both codes using experimental data from the model configuration with discharge. Axisymmetric geometries of experiments with two coaxial electrodes located parallel to the flow were chosen to avoid the appearance of the current channel part perpendicular to the flow and the corresponding discharge pulsations. Such geometries allow performing numerical simulations in 2D formulation, making it possible to compare the results obtained in the experiments and calculations. As a result of this work, two-dimensional distributions involving temperature, current density, chemical composition, and other discharge and flow parameters were obtained for arc DC discharges 0.5–7 A in a supersonic flow (Pst = 22 kPa, T = 170 K, V~500 m/s). Good qualitative agreement between experimental and numerical results was achieved. The production of a significant amount of atomic oxygen, which accelerates combustion, was noted.
© 2022 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).