Моделирование истечения сверхзвуковых струй в разреженную среду в импульсных режимах

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

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.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

А. Зарвин

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

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

В. Каляда

Новосибирский государственный университет

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

А. Яскин

Новосибирский государственный университет

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: yas@nsu.ru
Ресей, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2

К. Дубровин

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

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

Е. Деринг

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

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

В. Художитков

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

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

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
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.

Жүктеу (55KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (280KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (134KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (11KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (183KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (109KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (139KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (71KB)
Метадеректер
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).

Жүктеу (96KB)
Метадеректер
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.

Жүктеу (44KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024