Визуализация тепловых полей в потоках с плоской ударной волной

Автор: Елизавета Андреевна Карнозова

Соавторы: Знаменская И.А.

Организация: МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет

Рис. 1. Тепловое излучение при проходе плоской ударной волны с числом Маха М=3,3 по профилированному каналу с импульсной ионизацией перед ее фронтом.

Развитие высокоскоростной термографической техники привело к возможности регистрации нестационарных тепловых процессов, в частности - характеристик теплообмена нестационарных сверхзвуковых течений [1]. В данной работе проведен сравнительный анализ пространственно-временных характеристик областей, связанных с газодинамическим и с плазменным нагревом участков газодинамического канала. Рассматривается процесс импульсной ионизации области плоской ударной волны, распространяющейся в канале - инициирования перед ее фронтом плазмы объемного разряда. Представлено экспериментальное панорамное исследование тепловых и газодинамических полей при взаимодействии плазмы импульсного объемного разряда с высокоскоростным течением в прямом и в профилированном канале ударной трубы. Теневым методом исследована динамика разрывов и неоднородностей, возникающих в результате данного взаимодействия [2]. На основе методики высокоскоростной инфракрасной термографии исследованы пространственно-временные характеристики тепловых полей, сопутствующих плазменным и газодинамическим процессам. Исследованы газодинамические и тепловые процессы, связанные как с инициированием импульсного объемного разряда с предыонизацией от плазменных листов, так и с взаимодействием ударной волны (с числами Маха М = 2 - 4,5) и потока за ней со стенками канала. Термография позволяла регистрировать тепловые поля через ИК-прозрачные боковые стенки разрядной секции в диапазоне 1,5 – 5,1 мкм с экспозицией 200-500 мкс [3].

Получены последовательные изображения тепловых полей в потоке с плоской ударной волной после инициирования импульсного объемного разряда в канале. По интегральным снимкам были построены зависимости интенсивности излучения в видимом и инфракрасном диапазоне от расстояния от ударной волны до конца разрядного промежутка. Проведено сравнение данных термографии, полученных при регистрации импульсного энергоподвода перед плоской ударной волной (импульсный объемный разряд) и за прошедшей ударной волной (ударно-волновой нагрев стенок в профилированном канале).

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 23-19-0096.

1. Знаменская И.А. Методы панорамной визуализации и цифрового анализа теплофизических полей. Обзор // Научная визуализация. 2021. Т. 13. № 3. С. 125–158.

2. Doroshchenko I., Znamenskaya I., Koroteev D., Kuli-zade T. When shock is shocked: Riemann problem dynamics at pulse ionization of a shock wave // Physics of Fluids. 2017. Vol. 29. № 10. P. 101701.

3. Знаменская И.А., Карнозова Е.А. Динамика тепловых полей на обтекаемой поверхности, нагретой ударной волной и импульсным разрядом // Журнал технической физики. 2024. Т. 94. № 6. С. 849–856.