Вычислительная модель течений неравновесной плазмы в индукционном плазмотроне

Проект посвящен численному моделированию сверхзвуковых течений неравновесной воздушной плазмы применительно к условиям работы индукционных плазмотронов. Проект предусматривает разработку и численную реализацию вычислительной модели, и ее валидацию на экспериментальных данных, полученных на уникальной научной установке «Плазмотроны ВГУ» в ИПМех РАН, включающей плазмотроны ВГУ-4 (100 кВт) и ВГУ-3 (1000 кВт). Воздух будет рассматриваться как смесь идеальных газов с 11 нейтральными и ионизованными компонентами. Для замыкания системы уравнений будут привлекаться термодинамические и термохимические данные, а также кинетические константы из литературы. Вычисление диффузионных потоков будет осуществляться из соотношений Стефана-Максвелла. Электромагнитное поле в разрядном канале рассчитывается по двумерной модели, показавшей заметное преимущество перед локально-одномерной в дозвуковых расчетах течения на ВГУ-4. Рассматривается как свободная струя, так и обтекание экспериментальной модели в дозвуковом и сверхзвуковом режимах. Численная схема решения уравнений движения основана на вычислении потоков по схеме AUSM, позволяющей адекватно моделировать как дозвуковые, так и сверхзвуковые течения и дающей возможность расчета высокоскоростных течений с застойными зонами. Для описания геометрии модели в рабочей камере, а также формы сопла, через которое плазма истекает из канала, используется метод «погруженных границ», позволяющий проводить расчеты на декартовой сетке, не связанной с поверхностью тела. Проводится проверка и валидация программы и модели на экспериментальных данных, полученных на плазмотронах ВГУ-4 и ВГУ-3. Результаты расчетов количественно сравниваются с результатами из работ других авторов. Будут получены характеристики потока плазмы у поверхности, необходимые для определения каталитичности испытываемого материала. Для мегаваттного плазмотрона ВГУ-3 подобные расчеты будут проведены впервые.