Моделирование истечения сверхзвуковых струй в разреженную среду в импульсных режимах

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Проанализировано применение электромагнитных клапанов для генерации импульсных режимов истечения сверхзвуковой струи высокой плотности в секундном и субмиллисекундном диапазонах. Показано, что “медленные” клапаны секундного диапазона не позволяют достичь квазистационарного режима с высоким расходом газа по сравнению со стационарным истечением; “быстрые” клапаны субмиллисекундного диапазона генерируют газовые импульсы с параметрами, необходимыми для моделирования режимов с высоким расходом, при давлениях фонового газа, не перегружающих высоковакуумную откачную систему. Установлено, что субмиллисекундный клапан обеспечивает возможность моделирования в импульсе мгновенных расходов до нескольких десятков граммов продукта в секунду при давлениях в форкамере до 2 МПа и давлении в окружающем пространстве ниже нескольких Па. Реализован комплект звуковых и сверхзвуковых сопел с электромагнитным клапанным устройством, системами энергопитания и управления, обеспечивающими истечение газа из форкамеры сопла в течение регулируемого промежутка времени, от 0.3 до 1.5 мс, с заданной скважностью, варьируемой в пределах от нескольких десятков до тысяч. Сформированные газовые импульсы имеют трапециевидную форму с квазистационарным ядром.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Е. Зарвин

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: yas@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

В. В. Каляда

Новосибирский государственный университет

Email: yas@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

А. С. Яскин

Новосибирский государственный университет

Author for correspondence.
Email: yas@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

К. А. Дубровин

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: yas@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

Е. Д. Деринг

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: yas@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

В. Э. Художитков

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский государственный университет

Email: yas@nsu.ru
Russian Federation, 630090, Новосибирск, ул. Институтская, 4/1; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

References

  1. Savinov S.Y., Lee H, Song H.K., Na B-Ki // Plasma Chem. Plasma Proc. 2003. V. 23. № 1. P. 159. https://doi.org/10.1023/A:1022477005020
  2. Jauberteau J. L., Thomas L., Aubreton J., Jauberteau I., Catherinot A. // Plasma Chem. Plasma Proc. 1998. V. 18. No. 1. P. 137. https://doi.org/10.1023/A:1021797428416
  3. Fincke J.R., Anderson R.P., Hyde T.A., Detering B.A. // Ind. Eng. Chem. Res. 2002. V. 41. P. 1425. https://doi.org/10.1021/ie010722e
  4. Konno K., Onoe K., Takiguchi Y., Yamaguchi T. // Chem. Eng. Research and Design. 2015. V. 95. P. 144. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2015.01.012
  5. Zarvin A.E., Kalyada V.V., Madirbaev V.Zh., Korobeishchikov N.G., Khodakov M.D., Yaskin A.S., Khudozhitkov V.E., Gimelshein S.F. // IEEE Transact. Plasma Sci. 2017. V. 45. Iss. 5. P. 819. https://doi.org/10.1109/TPS.2017.2682901
  6. Зарвин А.Е., Каляда В.В., Коробейщиков Н.Г., Ходаков М.Д., Шмаков А.А. // ПТЭ. 2016. № 2. С. 127. https://doi.org/10.7868/S0032816216010171
  7. Зарвин А.Е., Каляда В.В., Яскин А.С., Ходаков М.Д., Коробейщиков Н.Г., Художитков В.Э., Мадирбаев В.Ж., Ездин Б.С. // ПТЭ. 2016. № 6. С. 50. https://doi.org/10.7868/S0032816216060136
  8. https://www.gemssensors.com/docs/default-source/resource-files/catalog-pages/catalog_electronicnon-intrinsicallysaferelays.pdf
  9. Деревянкин Г.Е., Дудников В.Г., Журавлев П.А. // ПТЭ. 1975. № 5. С. 168.
  10. Гартвич Г.Г., Дудников В.А., Зарвин А.Е., Каляда В.В., Мадирбаев В.Ж. // ПТЭ. 1997. № 2. С. 134.
  11. Smith J.A., Driscoll J.F. // J. Fluid Mech. 1975. V. 72. Part 4. P. 695. https://doi.org/10.1017/S0022112075003230
  12. Muntz E.P. // Phys. Fluids. 1962. V. 5. № 1. P. 80.
  13. Косинов В.А., Кузнецов Л.И., Шарафутдинов Р.Г. // В сб.: Экспериментальные методы в динамике разреженных газов / Под ред. С.С. Кутателадзе. Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН. 1974. С. 174.
  14. ГОСТ 16465 -70. Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения Издание с Изменением № 1, 1973. Часть 1. Сборник стандартов. М.: Стандартинформ, 2005.
  15. Ashkenas H.Z. and Sherman F.S. // Proc. 4th RGD Symp. 1966. V. 2. P. 84.
  16. Коробейщиков Н.Г., Зарвин А.Е. // Вестник НГУ: Серия Физика. 2006. Т. 1. № 2. С. 29.
  17. Зарвин А.Е., Коробейщиков Н.Г., Каляда В.В., Мадирбаев В.Ж. // Вестник НГУ: Серия Физика. 2007. Т. 2. № 4. С. 63.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Pressure in the expansion chamber depending on the braking pressure during continuous gas flow from the sonic nozzle, d* = 1.12 mm.

Download (55KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. External appearance of the pulse valve for gas-dynamic applications: a – A2013 S197 VAC second valve assembled with a nozzle, b – submillisecond valve assembled.

Download (280KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Electron beam visualization of a pulsed argon jet at P0 = 400 kPa, 〈P∞〉 = 0.19 Pa, X0 = 20 mm and a pulse duration of 0.5 ms: 1 – nozzle prechamber with a pulsed submillisecond valve; 2 – electron beam; 3 – expanding gas flow.

Download (134KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Optical scheme for recording luminescence pulses of a gas jet: 1 – initiated glow of gas particles, 2 – expansion chamber window, 3 – lens, 4 – PMT-92 (or Ocean Optics USB4000 spectrometer), 5 – PMT power supply, 6 – USB3000 ADC, 7 – computer.

Download (11KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Radiation intensity profiles recorded in a pulsed argon outflow at different values ​​of P0: a – without normalization, tи = 4 s; b, c, d – with normalization to unity at the maximum: b – d* = 0.3 mm, 0.13 Pa < P∞ < 1.1 Pa, tи = 4 s, Q = 2; c – d* = 0.7 mm, 0.1 Pa < P∞ < 2.1 Pa, tи = 2.7 s, Q = 2; d – d* = 0.3 mm, 0.13 Pa < P∞ < 1.1 Pa; tи = 0.8 s, Q = 7.

Download (183KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Profile of the change in the intensity of the gas pulse radiation and the change in the background pressure in the expansion chamber P∞, d* = 0.3 mm: a – tи = 4000 ms, Q = 2; b – tи = 700 ms, Q = 10.

Download (109KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Form of gas pulses during the outflow of argon and nitrogen from a sonic nozzle with a diameter d* = 1 mm at a distance of 50 mm from the source at different braking pressures: a – argon, comparison of two pulse duration values; b – comparison of pulses in argon and nitrogen at the same duration.

Download (139KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Time dependence of pressure in the expansion chamber during operation of the fast pulse valve: d* = 1.0 mm, f = 10 Hz, P0 = 600 kPa.

Download (71KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Pressure in the expansion chamber depending on the braking pressure in the pre-chamber with a “fast” pulse valve: f = 10 Hz, d* = 1.0 mm, pulse duration tи = 0.5 ms (a) and tи = 1.0 ms (b).

Download (96KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Longitudinal density profile of argon flowing out of a sonic nozzle with d* = 1 mm in pulse mode with a “fast” valve.

Download (44KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences