Чисельне моделювання нестаціонарних потоків холодної плазми при роботі плазмового актуатора - РЕДЧИЦЬ, Д. О.; МОІСЕЄНКО, С. В. (Космічна наука і технологія, 2024)
В роботі розглядається чисельне моделювання нестаціонарних потоків холодної плазми. Низькотемпературна нерівноважна ідеальна плазма формується при взаємодії плазмового актуатора з повітряним середовищем. Для опису поведінки низькотемпературної плазми розроблено математичну модель, яка базується на нестаціонарних рівняннях, що описують динаміку заряджених частинок, і рівняннях електродинаміки плазми. В роботі розглядається 14 видів частинок: метастабільні і збуджені атоми азоту і кисню, позитивні і негативні іони, електрони і атомарний кисень. Розглянуто об’ємні та поверхневі хімічні реакції, котрі описують процеси у бар’єрному розряді, що протікають над поверхнею діелектрика. Для нестаціонарних рівнянь динаміки плазми розроблено неявний чисельний алгоритм з підітераціями за псевдочасом, який базується на скінченно-об’ємному підході. Рівняння для електростатичного потенціалу з джерельними членами розв’язувались за допомогою методу мінімізації узагальненої нев’язки з неповним LU-передзумовлюванням. В нестаціонарних рівняннях для щільності частинок плазми апроксимація дрейфових похідних здійснювалася за допомогою схеми TVD з функцією-обмежувачем MinMod. Похідні в рівнянні для електричного потенціалу розраховувалися за допомогою скінченно-об’ємних співвідношень з урахуванням протипотокової апроксимації значень концентрації заряджених частинок плазми. Отримано чисельні результати зародження, розвитку та руйнування стримера при діелектричному бар’єрному розряді. Проаналізовано нестаціонарні характеристики плазми в області над діелектричною поверхнею, включаючи розподіл щільності частинок, електричного потенціалу та складових сили Лоренца. Результати чисельного моделювання нестаціонарних потоків низькотемпературної плазми добре узгоджуються з наявними експериментальними даними.