Численное моделирование истечения в вакуум высокоскоростных плазменных струй

Е. Урвачев; Урвачев Е. М.; Т. Лосева; Лосева Т. В.; А. Ляхов; Ляхов А. Н.; Ю. Зецер; Зецер Ю. И.

doi:10.31857/S0367292123601145

Численное моделирование истечения в вакуум высокоскоростных плазменных струй

Authors: Урвачев Е.¹^,2^,3^,4, Лосева Т.¹^,2, Ляхов А.¹^,2, Зецер Ю.²
Affiliations:
1. Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова
2. Институт динамики геосфер им. ак. М.А. Садовского, РАН
3. НИЦ “Курчатовский институт”
4. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
Issue: Vol 49, No 11 (2023)
Pages: 1118-1126
Section: SPACE PLASMA
URL: https://ruspoj.com/0367-2921/article/view/668909
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292123601145
EDN: https://elibrary.ru/FWTOEU
ID: 668909

Cite item

Full Text

Abstract

Представлены результаты численного трехмерного моделирования динамики высокоскоростных струй алюминиевой плазмы при их инжекции в сильно разреженную ионосферу Земли, которую можно считать вакуумом. Приведено описание модификации стандартного гидродинамического подхода, позволяющей учитывать режим сверхзвукового истечения плазмы в вакуум. Рассмотрены сценарии одиночной и встречной инжекций. Определены газодинамические параметры плазменных образований и их оптические характеристики, полученные при использовании стандартного и модифицированного подходов.

Keywords

высокоскоростная алюминиевая струя, активный ракетный эксперимент в ионосфере, численное моделирование

References

Erlandson R.E., Meng C., Zetzer J.I. // J. Spacecraft and Rockets. 2004. V. 41. P. 481.
Erlandson R., Meng C., Swaminathan P., Kumar C., Dogra V., Stoyanov B., Gavrilov B., Kiselev Y., Zetzer J., Stenbaek-Nielsen H. et al. // J. Spacecraft and Rockets. 2004. V. 41. P. 483.
Zetser J., Poklad Y.V., Erlandson R. // Izvestiya, Phys. Solid Earth. 2021. V. 57. P. 745.
Underwood T.C., Loebner K.T., Miller V.A., Cappelli M.A. // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 2588.
Komissarov S., Porth O. // New Astron. Rev. 2021. V. 92. P. 101610.
Beskin V. // Astron. Rep. 2023. V. 67. P. 27.
Бескин В., Крауз В., Ламзин С. // УФН. 2023. Т. 193. С. 345.
Landau L.D., Lifshitz E.M. Fluid Mechanics: Landau and Lifshitz: Course of Theoretical Physics, Volume 6. V. 6. Elsevier, 2013.
Лосева Т., Косарев И., Поклад Ю., Ляхов А., Зецер Ю., Урвачев Е. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 956.
Лосева Т., Урвачев Е., Зецер Ю., Ляхов А., Косарев И., Поклад Ю. // Физика плазмы. 2023. Т. 49. С. 797.
Denavit J. // Phys. Fluids. 1979. V. 22. № 7. P. 1384.
Werner G.R., Uzdensky D.A., Begelman M.C., Cerut-ti B., Nalewajko K. // Monthly Notices Royal Astron. Soc. 2018. V. 473. P. 4840.
Lobok M., Brantov A., Bychenkov V.Y. // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. № 12.
Lobok M., Andriyash I.A., Vais O., Malka V., Bychen-kov V.Y. // Phys. Rev. E. 2021. V. 104. P. L053201.
Suzuki-Vidal F., Lebedev S., Krishnan M., Skidmore J., Swadling G., Bocchi M., Harvey-Thompson A., Patan-kar S., Burdiak G., de Grouchy P. et al. // High Energy Density Phys. 2013. V. 9. P. 141.
Hsu S., Moser A., Merritt E., Adams C., Dunn J., Brockington S., Case A., Gilmore M., Lynn A., Messer S., et al. // J. Plasma Phys. 2015. V. 81. P. 345810201.
Kuzenov V., Ryzhkov S., Frolko P. // J. Phys.: Confer. Ser. V. 830. IOP Publishing. 2017. P. 012049.
Rousskikh A.G., Artyomov A.P., Zhigalin A.S., Fedyu-nin A.V., Oreshkin V.I. // IEEE Transac. Plasma Science. 2018. V. 46. P. 3487.
Крауз В., Харрасов А., Ламзин С., Додин А., Мялтон В., Ильичев И. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. С. 506.
Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Y. // Aerospace. 2023. V. 10. P. 662.
Bird G.A. // Molecular gas dynamics and the direct simulation of gas flows. 1994.
Titarev V. // Communications Computational Phys. 2012. V. 12. P. 162.
Podryga V., Polyakov S. // Keldysh Institute Preprints. 2016. № 81. P. 1.
Rana A.S., Struchtrup H. // Phys. Fluids. 2016. V. 28.
Keenan B.D., Le A., Winske D., Stanier A., Wetherton B., Cowee M., Guo F. // Phys. Plasmas. 2022. V. 29.
Munz C.-D. // Mathematical methods in the appl. sci. 1994. V. 17. P. 597.
Subramaniam V., Raja L.L. // J. Computational Phys. 2018. V. 366. P. 207.
Glazyrin S. // Astron. Lett. 2013. V. 39. P. 221.
Urvachev E., Shidlovski D., Tominaga N., Glazyrin S., Blinnikov S. // Astrophys. J. Suppl. Ser. 2021. V. 256. № 1. P. 8.
Glazyrin S., Lykov V., Karpov S., Karlykhanov N., Gryaz-nykh D., Bychenkov V.Y. // JETP Lett. 2022. V. 116. P. 83.
Gasilov V., Boldarev A., Dyachenko S., Olkhovskaya O., Kartasheva E., Bagdasarov G., Boldyrev S., Gasilova I., Shmyrov V., Tkachenko S. et al. Towards an application of high-performance computer systems to 3D simulations of high energy density plasmas in Z-pinches // Applications, Tools and Techniques on the Road to Exascale Computing. IOS Press, 2012. P. 235.
Gasilov V.A., Boldarev A.S., Olkhovskaya O.G., Boy-kov D.S., Sharova Y.S., Savenko N.O., Kotel’nikov A.M. // Preprints of the Keldysh Institute of Applied Mathematics. 2023. P. 37.
Gonzalez M., Audit E., Huynh P. // Astron. Astrophys. 2007. V. 464. № 2. P. 429.
Skinner M.A., Dolence J.C., Burrows A., Radice D., Varta-nyan D. // Astrophys. J. Suppl. Ser. 2019. V. 241. № 1. P. 7.
Godunov S.K., Bohachevsky I. // Matematičeskij sbornik. 1959. V. 47. P. 271.
Toro E.F. Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics: a practical introduction. Springer Science & Business Media, 2013.
Harten A., Lax P.D., Leer B. v. // SIAM review. 1983. V. 25. P. 35.
Davis S. // SIAM J. Scientific and Statistical Computing. 1988. V. 9. P. 445.
Batten P., Clarke N., Lambert C., Causon D.M. // SIAM J. Scientific Computing. 1997. V. 18. P. 1553.
Sun M., Takayama K. // J. Computational Phys. 2003. V. 189. P. 305.
Fleischmann N., Adami S., Adams N.A. // J. Computational Phys.: X. 2020. V. 8. P. 100077.
Urvachev E., Blinnikov S., Glazyrin S., Baklanov P. // Astron. Lett. 2022. V. 48. № 1. P. 20.
Ma W., Zhao Z., Ni G. // Appl. Numerical Mathematics. 2021. V. 167. P. 92.
Weinberger R., Ehlert K., Pfrommer C., Pakmor R., Springel V. // Monthly Notices Royal Astron. Soc. 2017. V. 470. P. 4530.
Saha M.N. // Proceed. Royal Society London. Ser. A. 1921. V. 99. P. 135.
Zeldovich Y.B., Raizer Y.P. Physics of shock waves and high-temperature hydrodynamic phenomena. V. 2. Academic Press, 1968.
Miyoshi T., Kusano K. // J. Computational Phys. 2005. V. 208. P. 315.