INVESTIGATION OF A NANOSECOND SLIDING SURFACE DISCHARGE IN A TIME-DEPENDENT SUPERSONIC AIR FLOW IN A CHANNEL

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The regimes of development of a sliding surface discharge with a running time of about 500 ns are experimentally studied in time-dependent supersonic air flows in the channel of shock tube with a rectangular cross-section. The Mach numbers of the shock waves were from 2.30 to 5.00 at the initial air pressures from 2 to 100 Torr and the Mach numbers in the flow were from 1.18 to 1.66. A 100 mm-long sliding surface discharge was initiated at a given moment of time in different stages of the time-dependent supersonic flow after plane shock wave diffraction on an obstacle and in a quasistationary flow past the obstacle in the presence of an inclined shock wave. The discharge current and spatial radiation characteristics were analyzed. The high-speed shadow recording of the flow fields was carried out at the frequency up to 525,000 frames per second. The numerical modeling of the channel flow was performed within the framework of the Navier–Stokes equations. The comparison of the experimental and numerical results made it possible to establish the correlation between the parameters of a low-density zone formed as a result of the interaction between the oblique shock wave and a boundary layer and the regime in which the discharge current proceeds. The flow structure in the channel is analyzed after the discharge initiation, when a near-semi-cylindrical shock wave is formed. The comparison of the experimental and numerical results shows the thermal energy released in the discharge current region amounts to 0.15 to 0.36 J.

About the authors

I. E. Ivanov

Moscow State University, Faculty of Physics

Email: ivanovmai@gmail.com
Moscow, 119991 Russia

I. V. Mursenkova

Moscow State University, Faculty of Physics

Email: murs_i@physics.msu.ru
Moscow, 119991 Russia

A. S. Sazonov

Moscow State University, Faculty of Physics

Email: as.sazonov@physics.msu.ru
Moscow, 119991 Russia

N. N. Sysoev

Moscow State University, Faculty of Physics

Email: nn.sysoev@physics.msu.ru
Moscow, 119991 Russia

References

  1. Leonov S.B., Adamovich I.V., and Soloviev V.R. Dynamics of near-surface electric discharges and mechanisms of their interaction with the airflow // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. V. 25. 063001.
  2. Komuro A., Takashima K., Suzuki K., Kanno S., Nonomura T., Kaneko T., Ando A. and Asai K. Gas-heating phenomenon in a nanosecond pulse discharge in atmospheric-pressure air and its application for high-speed flow control // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. 104005.
  3. Стариковский А.Ю., Александров Н.Л. Управление газодинамическими потоками с помощью сверхбыстрого локального нагрева в сильнонеравновесной импульсной плазме // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 2. С. 126–192.
  4. Mursenkova I.V., Znamenskaya I.A., Lutsky A.E. Influence of shock waves from plasma actuators on transonic and supersonic airflow // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51. № 5. 105201.
  5. Knight D., Kianvashrad N. Review of Energy Deposition for High-Speed Flow Control // Energies, MDPI. 2022. Vol. 15. 9645. 10.3390/en15249645.
  6. Bayoda D., Benard N., Moreau E. Nanosecond pulsed sliding dielectric barrier discharge plasma actuator for airflow control: Electrical, optical, and mechanical characteristics // J. Appl. Phys. 2015. V. 118. 063301.
  7. Ma X.G., Fan J., Wu Y.K., Liu X.W., Xue R. Study on the mechanism of shock wave and boundary layer interaction control using high-frequency pulsed arc discharge plasma // Phys. Fluids. 2023. 34 (8). 086102
  8. Mursenkova I.V., Ivanov I.E., Liao Yu, Kryukov I.A. Experimental and Numerical Investigation of a Surface Sliding Discharge in a Supersonic Flow with an Oblique Shock Wave // Energies, MDPI. 2022. V. 15. № 2189
  9. Мурсенкова И.В., Ляо Ю., Иванов И.Э., Сысоев Н.Н. Характеристики наносекундного поверхностного скользящего разряда в сверхзвуковом потоке воздуха, обтекающем тонкий клин // Вестник МГУ. Сер. 3. Физика. Астрономия. 2019. № 3. C. 54–60. (Mursenkova I.V., Liao Yu., Ivanov I.E., and Sysoev N.N.) The Characteristics of a Nanosecond Surface Sliding Discharge in a Supersonic Airflow Flowing around a Thin Wedge // Moscow University Physics Bulletin. 2019. V. 74.№ 3. Р. 269–276. https://doi.org/10.3103/S0027134919030093
  10. Суржиков С.Т. Сверхзвуковое обтекание заостренной пластины с поверхностным аномальным тлеющим разрядом в магнитном поле // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 6. С. 144–167.
  11. Баранов С.А., Киселев А.Ф., Курячий А.П., Сбоев Д.С., Толкачев С.Н., Чернышев С.Л. Управление поперечным течением в трехмерном пограничном слое с помощью многоразрядной актуаторной системы // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 1. С. 67–79.
  12. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Управление обтеканием различных тел с помощью локализованного подвода энергии в сверхзвуковой набегающий поток. // Изв. РАН. МЖГ. 2003. № 5. С. 154–167.
  13. Корнев К.Н., Логунов А.А., Шибков В.М. Численное моделирование сверхзвукового потока с областью тепловыделения продольно-поперечным разрядом // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 4. С. 137–145.
  14. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Метод расчета турбулентных сверхзвуковых течений // Матем. моделирование. 2009. Т. 21. №. 12. С. 103–121.
  15. Mursenkova I.V., Liao Yu., Ulanov P.Yu., Shi L. High-Speed Shadowgraphy of the Interaction of an Oblique Shock Wave in a Channel with a Surface Sliding Discharge // Scientific Visualization, 2021. V. 13, № 3. С. 47–57. https://doi.org/10.26583/sv.13.3.05
  16. Shugaev F.V. and Shtemenko L.S. Propagation and Reflection of Shock Waves. World Sciences, Series on Advanced in Mathematics for Applied Sciences, vol.49. Singapore, 1998. 260 p. https://doi.org/10.1142/3358
  17. Мурсенкова И.В., Зиганшин А.Ф. Излучение наносекундного поверхностного скользящего разряда в сверхзвуковом потоке воздуха // Письма в ЖТФ. 2024. Т. 50. № 10. С. 11–14. https://doi.org/10.61011/PJTF.2024.10.57702.19791
  18. Мурсенкова И.В., Сазонов А.С., Ляо Ю., Иванов И.Э. Визуализация области взаимодействия косого скачка уплотнения с пограничным слоем свечением наносекундного поверхностного скользящего разряда // Научная визуализация. 2019. Т. 11. № 3. С. 76–87. I. Mursenkova, A. Sazonov, Yu. Liao, I. Ivanov. Visualization of the interaction region of an oblique shock wave with a boundary layer by the radiation of a nanosecond surface sliding discharge // Scientific Visualization. 2019. V. 11. № 3. P. 76–87. https://doi.org/10.26583/sv.11.3.07
  19. Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В. Влияние времени релаксации турбулентной вязкости на моделирование течений в соплах и струях // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 5. С. 149–159.
  20. Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное исследование турбулентных течений с ограниченным и свободным отрывом в профилированных соплах // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 7. С. 23–30.
  21. Иванов И.Э. Численное исследование отрывных турбулентных течений в сверхзвуковых соплах // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4 (3). С. 801–803.
  22. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
  23. Знаменская И.А., Латфуллин Д.Ф., Мурсенкова И.В. Ламинарно-турбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое при инициировании импульсного поверхностного разряда // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. № 15. С. 75–80.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences