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大气压空气纳秒脉冲等离子体气动激励特性数值模拟与实验验证
  • ISSN号:1000-6893
  • 期刊名称:《航空学报》
  • 时间:0
  • 分类:V211[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程;航空宇航科学技术] O539[理学—等离子体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]空军工程大学航空航天工程学院等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038
  • 相关基金:国家自然科学基金(50906100,51007095);高等学校全国优秀博士学位论文专项资金资助项目(201172)
中文摘要:

从机理出发,建立了考虑15种粒子和42个反应的二维等离子物理-化学模型,采用3段变步长方法,计算了纳秒时间尺度上等离子体放电特性与微秒、毫秒和秒时间尺度上流场的温度、压力与速度响应,并利用伏安特性、综合成像高速摄像机(ICCD)与粒子成像测速(PIV)实验对模型进行验证.结果表明:纳秒脉冲等离子体放电可以形成速率高达1.8×1010 K/s的局部快速温升,热源最强位置在上极板后端点;局部能量快速注入可引发压力场强扰动,形成以上极板后端点位置为中心且呈不均匀分布的压缩波和紧随其后的膨胀波,强压力扰动波形成初始阶段以当地声速快速传播,但很快即衰减为弱扰动波;压力扰动后的局部高温诱导局部流场形成涡结构,涡内流体平均速度为0.3 m/s.仿真和实验结果均显示,施加重频纳秒脉冲激励时,局部诱导涡与宏观热对流效果相叠加,使流体响应呈先垂直向上、再稳定斜向右上射流的规律.

英文摘要:

This paper presents a plasma kinetic model considering 15 species and 42 reactions. Discharge characteristics in timescale of ns and fluid response in μs, ms and s are investigated using a timestep adjusting technique. The results agree with voltage-current characteristics, intensified charge-coupled device (IOOD) and particle image velocimetry (PIV) experi- ments. Simulation results show that nanosecond discharge will lead to a rise of temperature at the rate of 1.8 × 10-10 K/s, with the hottest heating spot located at the back end of the upper electrode. The fast heating effect will result in a strong pressure perturbation and form an asymmetric perturbation wave spreading at the speed of sound. The strong wave will soon decay into a weak perturbation. The high temperature resulting from the pressure perturbation wave will induce vortexes in the local flow field with the highest velocity of 0.3 m/s in the vortexes. With repetitive nanosecond actuation being applied, the fluid will flow vertically first and then form a stable jet pointing to the top right direction due to the coupling effect of heat- ing convection and induced vortexes, which is validated by experiments.

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期刊信息
  • 《航空学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国航空学会
  • 主编:孙晓峰
  • 地址:北京海淀区学院路37号
  • 邮编:100083
  • 邮箱:hkxb@buaa.edu.cn
  • 电话:010-82317058 82318016
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6893
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1929/V
  • 邮发代号:82-148
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24676