Письма в ЖТФ, 2010, том 36, вып. 17
12 сентября
03;04
Энерговклад в пристеночный слой газа при инициировании наносекундного скользящего поверхностного разряда © И.А. Знаменская, Д.Ф. Латфуллин, А.Е. Луцкий, И.В. Мурсенкова Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова E-mail:
[email protected] Министерство промышленности и торговли РФ, Москва Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва Поступило в Редакцию 26 апреля 2010 г. Приведены результаты исследования уровня быстрого нагрева газа в области скользящего распределенного разряда наносекундной длительности (плазменного листа). Оценки доли энергии разряда, переходящей в тепловую энергию за время протекания тока разряда, проведены на основе детального исследования динамики ударно-волновых полей, возникающих при инициировании разряда. Эксперименты проведены в неподвижном воздухе, азоте, гелии и в сверхзвуковых потоках воздуха за плоской ударной волной в канале ударной трубы при плотностях 0.04−0.45 kg/m3 , скоростях потока до 1600 m/s.
Исследования взаимодействия плазмы с высокоскоростными потоками газа включают как фундаментальное изучение кинетических процессов и процессов теплообмена, так и анализ возможности их приложения к задачам газодинамики и плазмохимии [1]. Воздействие на высокоскоростное пристеночное течение можно эффективно осуществлять с помощью поверхноcтного распределенного скользящего разряда наносекундной длительноcти (плазменного листа) [2]. Его инициирование дает возможность реализовать вложение энергии в приповерхностный слой газа малой толщины (∼ 0.5 mm) на значительной площади. Импульсный ввод энергии приводит к образованию ударных волн, вызванному резким повышением давления в области энерговложения. Повышение давления является следствием быстрого нагрева газа в результате протекания тока через газовую среду [2]. Целью работы было экспериментальное исследование динамики ударных волн, возникающих 3∗
35
36
И.А. Знаменская, Д.Ф. Латфуллин...
при инициировании разряда в неподвижной среде (воздух, азот, гелий) и в высокоскоростном потоке воздуха, и на этой основе оценка доли энергии разряда, переходящей в тепловую энергию за время протекания тока разряда. Эксперименты проводились на ударной трубе с разрядной секцией [2], на двух противоположных стенках которой инициировались плазменные листы размером 3 · 10 cm2 на расстоянии 24 mm друг от друга. Напряжение составляло 25 kV, ток ∼ 1 kA, длительность тока разряда ∼ 200 ns. В каждый плазменный лист вкладывалась энергия 0.36 J, обеспечивая удельный энерговклад ∼ 0.24 J/cm3 . Приведенная напряженность электрического поля в разрядном промежутке составляла E/N = (1 ÷ 10) · 10−19 V · m2 (E — напряженность электрического поля, N — концентрация молекул). Разряды инициировались в неподвижной среде и в потоках воздуха за плоской ударной волной при плотностях 0.04−0.45 kg/m3 , скоростях потока до 1600 m/s. Поле течения после инициирования разряда исследовалось теневым методом. В качестве источника света использовался лазер с длиной волны излучения 532 nm и длительностью имп