Численное моделирование сверхзвукового обтекания плазмой Цилиндрического образца

Автор: Андрей Иванович Брызгалов

Соавторы: С.Е. Якуш, А.Ф. Колесников

Организация: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Для проведения испытаний теплозащитных материалов на термостойкость и определения их каталитических свойств в ИПМех РАН используются плазмотроны ВГУ-4 и ВГУ-3. Для нахождения химического состава и температуры на поверхности образца разрабатывается программа, позволяющая проводить расчеты сверхзвуковых и дозвуковых течений воздушной плазмы с учетом физико-химической неравновесности [1] на основе решения уравнений Навье-Стокса для диссоциированного воздуха из 11 компонентов  с учетом однократной ионизации. Данная программа значительно расширяет возможности моделирования по сравнению с имеющейся программой, рассматривающей диссоциированный и ионизованный воздух как равновесную смесь. Диффузионные потоки рассчитываются из соотношений Стефана-Максвелла, коэффициенты переноса определяются согласно молекулярно кинетической теории через интегралы столкновений. Численное решение проводится по явной схеме SLAU2 на неравномерной прямоугольной сетке со сгущением узлов к поверхности образца. Химические превращения рассчитываются на отдельным шаге решением жесткой системы ОДУ по схеме семейства Адамса с численным расчетом якобиана. В данной работе используется кинетическая схема с 32 реакциями, при этом учитывается только химическая неравновесность, а колебательная температура и температура электронов считаются равными поступательной температуре. На рисунке 1 показаны результаты моделирования разрабатываемой программой течения воздушной плазмы при сверхзвуковом обтекании цилиндрического образца с плоским торцем для условий испытаний в плазмотроне ВГУ-4.

1.Брызгалов А.И. Численное моделирование течения термически и химически неравновесного воздуха за фронтом ударной волны // Вестник МГТУ им. Баумана, 2021 №3, 96, с 94–111.