Отправить статью по E-mail 
Новые модели гетерогенного катализа для численного исследования течений и теплообмена в индукционном ВЧ-плазмотроне
- Авторы: Крупнов А.А.1, Погосбекян М.Ю.1, Сахаров В.И.1
-
Учреждения:
- МГУ им. М.В. Ломоносова
- Выпуск: № 5 (2024)
- Страницы: 145-160
- Раздел: Статьи
- URL: https://journal-vniispk.ru/1024-7084/article/view/283962
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708424050138
- EDN: https://elibrary.ru/NQFISX
- ID: 283962
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
С использованием постадийной гетерогенной кинетики взаимодействия диссоциированного воздуха с поверхностями β-кристобалита и меди выполнено численное моделирование обтекания водоохлаждаемой цилиндрической модели в недорасширенных сверхзвуковых струях высокоэнтальпийного воздуха в рамках уравнений Навье—Стокса многокомпонентным неравновесно-диссоциированным воздухом с учетом химических реакций в потоке для условий экспериментов по теплообмену на индукционном ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 (ИПМех РАН). Проведено сравнение численных решений по химическому составу газа и по тепловым потокам к поверхности датчиков для различных моделей катализа. Показан вклад процессов диффузии и теплопроводности в тепловой поток к поверхности для различных режимов взаимодействия газа с материалом поверхности. Определена зависимость характеристик течения (химического состава газа на поверхности, степени заполнения поверхности, теплового потока к поверхности) от плотности мест адсорбции, изменение которой позволяет описать весь диапазон граничных условий — от некаталитических до идеально каталитических.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
А. А. Крупнов
МГУ им. М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: kroupnov@imec.msu.ru
Россия, Москва
М. Ю. Погосбекян
МГУ им. М.В. Ломоносова
Email: pogosbekian@imec.msu.ru
Россия, Москва
В. И. Сахаров
МГУ им. М.В. Ломоносова
Email: sakharov@imec.msu.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., Yakushin M.I. An Induction Plasma Application to “Buran’s” Heat Protection Tiles Ground Tests // SAMPE Journal. 1992. V. 28. № 3. P. 29−33.
- Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Экстраполяция параметров теплообмена модели в недорасширенных струях диссоциированного воздуха в ВЧ-плазмотроне на условия обтекания сферы высокоскоростным потоком в земной атмосфере // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. V. 16. № 2.
- Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Подобие теплообмена модели в недорасширенных струях диссоциированного воздуха в ВЧ-плазмотроне и при обтекании сферы высокоскоростным потоком в земной атмосфере // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2016. № 3. P. 110–116.
- Васильевский С., Колесников А., Сахаров В. Исследование точности моделирования конвективного теплообмена в дозвуковых струях диссоциированного воздуха в ВЧ-плазмотроне // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. V. 21. № 2. P. 1–13.
- Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Течение и теплообмен в недорасширенных струях индукционного плазмотрона // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. МЖГ. 2011. № 4. P. 130–142.
- Галкин С. et al. Исследование влияния формы модели на конвективные тепловые потоки к холодной каталитической поверхности в сверхзвуковых струях диссоциированного воздуха в ВЧ-плазмотроне // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. V. 22. № 3. P. 21–30.
- Романовский Б.В. Основы катализа. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. 1–172 p.
- Temkin M.I. The transition state in surface reaction // Acta Physicochimika. 1938. V. 8. № 2. P. 141–170.
- Kovalev V.L., Kroupnov A.A., Vetchinkin А.S. Quantum mechanics calculation of catalytic properties of a copper sensor for prediction of flow characteristics in plasmatron // Acta Astronaut. 2015. V. 117. P. 408–413.
- Крупнов А.А., Погосбекян М.Ю., Сахаров В.И. Применение моделей гетерогенного катализа при решении задач струйного обтекания моделей из меди для условий экспериментов на индукционном ВЧ-плазмотроне // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. V. 24. № 4. P. 1–16.
- Kroupnov A.A., Pogosbekian M.J. Interaction of dissociated air with the surface of β-cristobalite material // Acta Astronaut. 2023. V. 203. P. 454–468.
- Чаплыгин А. et al. Экспериментальное и численное исследование теплового эффекта катализа на поверхностях металлов и кварца в недорасширенных струях диссоциированного воздуха // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. V. 19. № 4. P. 1–11.
- Afonina N.E., Gromov V.G., Sakharov V.I. HIGHTEMP technique of high temperature gas flows numerical simulations // Proc. 5th Europ. Symp. on Aerothermodyn. Spase Vehicles. Cologne, 2004. P. 323–328.
- Сахаров В.И. Численное моделирование термически и химически неравновесных течений и теплообмена в недорасширенных струях индукционного плазмоторона // Изв. РАН Механика жидкости и газа. 2007. № 6. P. 157–168.
- Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. Термодинамические свойства индивидуальных веществ/3rd ed. М.: Наука, 1978.
- Park C. et al. Review of chemical-kinetic problems of future NASA missions. II — Mars entries // J Thermophys Heat Trans. 1994. V. 8. № 1. P. 9–23.
- Losev S., Makarov V., Nikolsky V. Thermochemical nonequilibrium kinetic models in strong shock waves on air // 6th Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference. Reston, Virigina: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1994.
- Лосев С., Макаров В., Погосбекян М. Модель физико-химической кинетики за фронтом очень сильной ударной волны в воздухе // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1995. № 2. P. 169–182.
- Ибрагимова Л.Б., Смехов Г.Д., Шаталов О.П. Константы скорости диссоциации двух-атомных молекул в термически равновесных условиях // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 1999. № 1. P. 181–186.
- Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. The Molecular Theory of Gases and Liquids. New York: John Willey and Sons, 1954. 1219 p.
- Reid R.C., Prausnitz J.M., Sherwood T.K. The Properties of Gases and Liquids. New York: McGraw-Hil, 1977. 688 p.
- Васильевский, С.А. Колесников А.Ф. Численное моделирование течений равновесной индукционной плазмы в цилиндрическом канале плазмотрона // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2000. № 5. P. 164–173.
- Kroupnov A.A., Pogosbekian M.J. The influence of heterogeneous catalytic processes on the heat flux to the surface and the chemical composition of the shock layer at high-speed flow around blunt bodies // Acta Astronaut. 2024. V. 219. P. 517–531.
Дополнительные файлы
