Влияние плазмы и внешнего энергоподвода на распространение ударных волн

• Автор: Голятин, Владислав Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 215 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы, цели и основные результаты исследований
ГЛАВА 1. КРАТКИЙ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
ГЛАВА 2. МОДИФИКАЦИЯ СООТНОШЕНИЯ ГЮГОНИО-РЕНКИНА ПРИ ВНЕШНЕМ ЭНЕРГОПОДВОДЕ В ОБЛАСТЬ УДАРНОГО СЛОЯ
2.1. Вывод обобщенных соотношений Гюгонио-Ренкина
2.2. Анализ полученных соотношений
ГЛАВА 3. СТРУКТУРА УДАРНОЙ ВОЛНЫ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ЭНЕРГОПОДВОДЕ
3.1. Постановка задачи и вывод основных уравнений
3.2. Анализ полученного решения. Слабые и умеренные
ударные волны
3.3. Решение асимптотических уравнений
3.4. Исследование полученного аналитического решения
3.5. Зависимость решения для ударной волны от пространственной формы и интенсивности источника тепловыделения
3.6. Случай теплоподвода не превосходящего критический
3.7. Структура ударной волны при критическом теплоподводе
3.8. Случай теплоподвода, превосходящего критический
ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
4.1. Вывод уравнения распространения возмущения
4.2. Эволюция начального возмущения и формирование

ударной волны
4.3. Распространение ударной волны в неоднородной области
4.4. Обсуждение и сравнение с экспериментальными данными
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И СРАВНЕНИЕ С ИЗВЕСТНЫМИ ДАННЫМИ
5.1. Физическая модель влияния плазмы на структуру и
свойства ударной волны
5.2. Оценка энерговыгодности плазменного обтекания
5.3. Учет двухмерности модели
ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ ПО ДАННЫМ О ПРОХОЖДЕНИИ ЧЕРЕЗ ПЛАЗМУ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
6.1. Диагностика плазмы с помощью ударных волн.
Теоретические основы метода
6.2. Определение температуры плазмы по измеренным параметрам ударной волны
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время наблюдается повышенный интерес к явлению распространения и формирования ударных волн в плазме. Это, с одной стороны, связано с интенсификацией разработок нетрадиционных методов управления аэродинамическим обтеканием, с другой с полученными экспериментальными результатами по аномальному поведению ударных волн в низкотемпературной плазме (см. Главу 1). Так, в экспериментах по, так называемому, плазменному обтеканию обнаружено значительное снижение коэффициента лобового сопротивления, уширение и ослабление бегущих ударных волн. Явление снижения лобового сопротивления при наличии плазменных образований вблизи обтекаемой поверхности и вверх по потоку от нее исследовались как теоретически, так и экспериментально (см. лит. обзор).
Аномальные эффекты, наблюдаемые в экспериментах с ударными волнами, (на баллистических трассах, и в аэродинамических трубах) достаточно хорошо изучены. Тем не менее, до сих пор отсутствует единый взгляд на механизмы, вызывающие такие изменения и на перспективы их практического применения. Так, в литературе интенсивно обсуждается вопрос, является ли это следствием чисто теплового воздействия, или же имеет место специфическое влияние собственно плазмы на характер течения. Кроме того, предпринимаются попытки исследовать возможность изменения структуры ударного слоя за счет внешнего энергоподвода, что позволяет, в частности, снизить лобовое сопротивление при сверхзвуковом обтекании.
Большинство работ по данной тематике, как будет видно из дальнейшего, носило характер численных расчетов для частных случаев пространственной формы области энерговыделения, что затрудняло проведение анализа физических причин изменения структуры потока при локальном энергоподводе, характерном при распространении ударных волн в плазме. Кроме того, в литературе интенсивно обсуждается внешний
ГЛАВА 3. СТРУКТУРА УДАРНОЙ ВОЛНЫ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ЭНЕРГОПОДВОДЕ.
3.1. Постановка задачи и вывод основных уравнений.
На основе анализа законов сохранения для прямого скачка параметров газа, проведенного выше, мы сделали вывод, что интенсивность ударной волны при внешнем энергоподводе в область ударного слоя снижается и существует предельная мощность энергоподвода («критическая»), при превышении которой предположение о существовании стационарного скачка параметров газа в области энерговыделения перестает выполняться. Это может означать, что либо ударный слой значительно уширяется, либо ударная волна изменяет скорость и, таким образом, уходит из зоны энерговыделения. Что же именно происходит со структурой ударной волны при превышении критической мощности энергоподвода? Очевидно, что для решения этой проблемы необходимо обратиться к законам сохранения в дифференциальной форме, т. е. к системе уравнений Навье - Стокса.
Эта глава и посвящена исследованию проблемы структуры прямого скачка параметров газа при наличии внешнего энергоподвода с произвольным пространственным распределением объемной плотности мощности.
В соответствии с поставленной задачей, предположим, что в одномерном потоке идеального газа существует движущийся со скоростью м> в направлении х источник тепла, имеющий объемную плотность мощности в(х -гг/), где / - время. Тогда система уравнений Навье - Стокса для вязкого теплопроводного газа имеет следующий вид: