Магнитогидродинамический расчет термически и химически неравновесных потоков


DOI: 10.34759/tpt-2020-12-3-100-109

Авторы

Молчанов А. М.*, Акимов Д. В., Курашов А. А.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: alexmol_2000@mail.ru

Аннотация

Разработан метод расчета ионизированного высокоскоростного потока в условиях термической и химической неравновесности с учетом взаимодействия движущейся электропроводящей сплошной среды с электромагнитным полем. Математическая модель включает уравнения непрерывности, импульса, полной энергии, вращательной энергии, колебательной энергии, энергии электронов и сохранения массы химических компонентов. Электропроводность определяется с помощью кинетической теории. Разработанный метод использовался для численного моделирования физического процесса взаимодействия магнитного поля с ионизированным потоком. Результаты расчетов, выполненных предлагаемым способом, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными и результатами расчетов других авторов.

Ключевые слова:

взаимодействие электромагнитного поля с ионизированным пото- ком, термическая и химическая неравновесность.

Библиографический список

  1. Bush B.B. Magnetohydrodynamic hypersonic flow past a blunt body // Journal of Aero/Space Sciences. 1958. V. 25. P. 685–690. DOI: 10.2514/8.7845

  2. Poggic J., Gaitonde D.V. Magnetic control of flow past a blunt body: numerical validation and exploration // Physics of Fluids. 2002. V. 14. N 5. P. 1720–1731. DOI: 10.1063/1.1465424

  3. Молчанов А.М. Математическое моделирование ги- перзвуковых гомогенных и гетерогенных неравновес- ных течений при наличии сложного радиационно- конвективного теплообмена. М.: МАИ, 2017. 159 с.

  4. Scalabrin L.C. Numerical simulation of weakly ionized hypersonic flow over reentry capsules //A dissertation sub- mitted in partial fulfillment of the requirements for the de- gree of Doctor of Philosophy (Aerospace Engineering) in The University of Michigan. Publication Number: AAI3287624. 2007. 182 p.

  5. Lee J.H. Basic governing equations for the flight regimes of aeroassisted orbital transfer vehicles // Progress in Aero-nautics and Astronautics: Thermal-Design of Aeroassisted Orbital Transfer Vehicles. Edited by H. F. Nelson, AIAA, New York. 1985. V. 96. P. 3–53. DOI: 10.2514/6.1984-1729

  6. Yukikazu Itikawa. Cross sections for electron collisions with nitrogen molecules // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 2006. V. 35. N 1. P. 31–53. DOI: 10.1063/ 1.1937426

  7. Lee J.H. Electron-impact vibrational excitation rates in the flowfield of aeroassisted orbital transfer vehicles// Progress in Aeronautics and Astronautics: Thermophysical Aspects of Re-entry Flows. Edited by J. N. Moss and C. D. Scott, AIAA, New York. 1986. V. 103. P. 197–224. DOI: 10.2514/5.9781600865770.0197.0224

  8. Tahir Gokcen. Computation of thermochemical nonequi- librium flows around a simple and a double ellipse // Hyper- sonic Flows for Reentry Problems. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1991. P. 848–870. DOI: 10.1007/978-3-642- 76527-8_55

  9. Физико-химические процессы в газовой динамике. Справочник. Том 2: Физико-химическая кинетика и термодинамика / Под ред. Г.Г. Черного и С.А. Лосева. М.: Научно-издательский центр механики, 2002. 368 с.

  10. Blauer J.A., Nickerson G.R. A Survey of Vibrational Re- laxation Rate Data for Processes Important to CO2-N2-H2O Infrared Plume Radiation // Ultrasystems, Incorporated, Technical rept. Report Number 0455177. 1973. 72 p.

  11. Ашратов Э.А., Дубинская Н.В. Исследование течений в соплах при наличии колебательной релаксации // Вы- числительные методы и программирование. 1977. Вып. 27. С. 96–115.

  12. Yos J.M. Transport Properties of Nitrogen, Hydrogen, Oxy- gen, and Air to 30,000 K // Research and Advanced Devel- opment Division Avco Corporation. Wilmington, Massachu- setts. Technical Memorandum RAD·TM·63·7. 1963. 77 p.

  13. Wright M.J., Bose D., Palmer G.E., Levin E. Recommended collision integrals for transport property computations. Part 1: Air species // AIAA Journal. 2005. V. 43. N 12. P.2558—2564. DOI: 10.2514/1.16713

  14. Park C., Mehta U.B., Bogdanoff D.W. MHD Energy By- pass Scramjet Performance with Real Gas Effects // NAS2- 99092; RTOP 713-74-00. Jan 16. 2000. 34 p.

  15. Granthan W. Flight results of 25,00 foot per second reentry experiment using microwave reflectometers to measure plasma electron density and standoff distance // Hampton, VA: NASA TN D-6062. 1970. P. 1–92.

  16. Ziemer R.W. Experimental investigation in magneto- aerodynamics // American Rocket Society Journal. 1959. V. 29. P. 642–647. DOI: 10.1063/1.4764105

  17. Lee J.K., Kim T., MacCormack R.W. Simulation of Hyper- sonic Flow within Electromagnetic Fields for Heat Flux Mitiga- tion // AIAA Paper 2015-3503. DOI: 10.2514/6.2015-3503

  18. Laporta V., Bruno D. Electron-vibration energy exchange models in nitrogen-containing plasma flows // The Journal of Chemical Physics. 2013. V. 138. P.104319-1—104319-9.

  19. Park C., Bogdanoff D., Mehta U. Theoretical Performance of a Nonequilibrium MHD Bypass Scramjet // AIAA Paper No. 2001-0792. January 2001. 13 p. DOI: 10.2514/2.6156

  20. MacCormack R.W. Non-equilibrium Ionized Flow Simu- lations within Strong Electro-Magnetic Fields // AIAA Pa- per 2010-0225. 20 p. DOI: 10.2514/6.2010-225

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024