Effect of Flow Swirling on the Subsonic Air Jet in the VGU-4 HF Plasmatron

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of taking into account stream swirl when calculating the flow of a subsonic air plasma jet past a cylindrical model of 50 mm in diameter when the jet flows out from the discharge channel into the test chamber of the VGU-4 IPMech RAS HF plasmatron is studied. A comparison has been made of calculations of axisymmetric flow past the model based on the full Navier-Stokes equations taking into account (new results) and without taking into account (old results) the tangential velocity component w under the experimental conditions at a pressure of 80 mbar in a wide range of anode supply power at various distances from the plasmatron channel outlet to the model. It is shown that when calculating the VGU-4 plasmatron for a low power with taking into account flow swirl, the pattern of flow past the frontal part of the model is modified, namely, a vortex region is formed in front of the model instead of a relatively thin boundary layer. For moderate and high plasmatron power, the effect of taking into account swirl on the isolines of the dimensionless stream function and on the isotherms is small in the jet core region in front of the model, but is significant in the outer flow region in the test chamber.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. A. Vasilyevsky

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: koles@ipmnet.ru
Russian Federation, Moscow

A. F. Kolesnikov

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences

Email: koles@ipmnet.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Васильевский С.А., Колесников А.Ф. Численное исследование течений и теплообмена в индукционной плазме высокочастотного плазмотрона. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Сер. Б. Том VII-1. Математическое моделирование в низкотемпературной плазме. Часть 2/ Под ред. Ю.П. Попова. М.: ЯНУС-К, 2008, С. 220–234.
  2. Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Чаплыгин А.В. Тепловой эффект поверхностного катализа в дозвуковых струях диссоциированного воздуха: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование // Изв. РАН. МЖГ. 2020. № 5. С. 137–150.
  3. Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Якушин М.И. Определение эффективных вероятностей гетерогенной рекомбинации атомов в условиях влияния на тепловой поток газофазных реакций // ТВТ. 1991. Т. 29. № 3. С. 521
  4. Власов В.И., Залогин Г.Н., Землянский Б.А., Кнотько В.Б. Методика и результаты экспериментального определения каталитической активности материалов при высоких температурах // Изв. РАН. МЖГ. 2003. № 5. С. 178.
  5. Chazot O., Krassilchikoff H.V., Thomel J. TPS ground testing in plasma wind tunnel for catalytic properties determination // 46th AIAA Aerospace Meeting and Exhibit, AIAA Paper 2008-1252, Jan. 2008.
  6. Nguyen-Kuok S. Theory of low-temperature plasma physics. Springer International Publishing Switzerland, 2017. 495 c. doi: 10.1007/978-3-319-43721-7
  7. Сахаров В.И. Численное моделирование термически и химически неравновесных течений и теплообмена в недорасширенных струях индукционного плазмотрона // Изв. РАН. МЖГ. 2007. № 6. С. 157–168.
  8. Yu M., Takahashi Y., Kihara H., Abe K., Yamada K., Abe T. Numerical investigation of flow fields in inductively coupled plasma wind tunnels // Plasma Sci. Technol. 2014. V. 16. P. 930–940.
  9. Власов В.И., Залогин Г.Н., Ковалев Р.В. Численное моделирование течения различных плазмообразующих газов в тракте ВЧ плазмотрона // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. Т. 19. №4. С. 2–23. doi: 10.33257/PhChGD.19.4.775
  10. Chazot O., Panerai F., Muylaert J. M., Thoemel J. Catalysis phenomena determination in plasmatron facility for flight experiment design // 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, AIAA Paper. 2010. P. 1248.
  11. Patankar S.V., Spalding D.B. Heat and mass transfer in boundary layers. London: Intertext Books. 1970.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Radial profiles of longitudinal (a) and tangential (b) velocity components at the discharge channel slice for three values of Nap power: 1 - 3 - Nap = 30, 50 and 70 kW.

Download (165KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Isolines of dimensionless current function in the jet core for the mode Nap = 20 kW, Zm = 60 mm: (a) - calculation taking into account twisting; (b) - calculation without taking into account twisting.

Download (180KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Isotherms in the jet core for the mode Nap = 20 kW, Zm = 60 mm: (a) - calculation taking into account twisting; (b) - calculation without taking into account twisting.

Download (194KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Isolines of the tangential velocity component w (z, r) [m/s] throughout the computational domain for the Nap = 30 kW, Zm = 60 mm mode.

Download (100KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Isolines of the dimensionless current function in the whole calculation region for the mode Nap = 30 kW, Zm = 60 mm: (a) - calculation taking into account twisting; (b) - calculation without taking into account twisting.

Download (299KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Distributions of enthalpy h (z) (a) and temperature T (z) (b) along the jet axis from the channel cut-off to the model for three power values Nap = 30, 50, 70 kW; dashed curves are calculations without considering twist.

Download (176KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Distributions of dimensionless parameters - velocity u (z) / u (0) (a) and velocity gradient u1 (z) (b) along the jet axis for two power values Nap = 30 and 70 kW; dashed curves - calculations without taking into account twisting.

Download (173KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».