Научный отчет № 5484

Название
Исследование теплообмена и каталитической активности графитовых образцов в сверхзвуковых струях ВЧ-плазмотрона.
Авторы
Сахаров В.И., Колесников А.Ф., Чаплыгин А.В., Лукомский И.В., Лебедева Л.Л.
Аннотация
На индукционном ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 (ИПМех РАН) проведены эксперименты по теплообмену в недорасширенных сверхзвуковых струях высокоэнтальпийного азота с графитовым образцом при давлении в барокамере 8.5 гПа, расходе газа через разрядный канал 3.6 г/с, мощности ВЧ-генератора 64 кВт с использованием водоохлаждаемых конических сопел с диаметрами выходных сечений 30,40 и 50 мм. Проведены измерения давления в области точки торможения, температуры и плотности тепловых потоков к поверхности образца из графита, вставленного в специально сконструированную водоохлаждаемую цилиндрическую державку из меди диаметром 30 мм со скругленной кромкой и плоским носком. Конструкция державки позволила учесть тепловые потери через боковую поверхность образца в виде диска. В экспериментах продемонстрирован эффект влияния на тепловой поток каталитичности поверхности по отношению к рекомбинации атомов азота. Изучено влияние геометрии конических сопел на тепловые потоки к поверхности образца из графита. Для условий экспериментов в сверхзвуковых режимах численным методом в рамках уравнений Навье-Стокса и упрощенных уравнений Максвелла выполнено моделирование течений плазмы азота в разрядном канале плазмотрона и обтекания недорасширенными струями цилиндрической державки с графитовым образцом. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных данных по тепловым потокам к поверхности графитового образца. Из сопоставления экспериментальных и расчетных данных по тепловым потокам определен эффективный коэффициент гетерогенной рекомбинации атомов азота на поверхности графита при температурах 2273 - 2500 К.
Год публикации
2021 г.
Объём
25 с.
Научный руководитель
Сахаров В.И., Колесников А.Ф.
Ключевые слова
ВЧ-плазмотрон, диссоциированный азот, недорасширенная струя, теплообмен, каталитическая рекомбинация атомов азота.