Effects of Gas Flowing around the Energy Release Zone during Laser Combustion Wave Propagation

M. A. Kotov; Котов М. А.; S. Yu. Lavrentyev; Лаврентьев С. Ю.; N. G. Solovyov; Соловьев Н. Г.; A. N. Shemyakin; Шемякин А. Н.; M. Yu. Yakimov; Якимов М. Ю.

doi:10.31857/S0207401X23080071

Effects of Gas Flowing around the Energy Release Zone during Laser Combustion Wave Propagation

Authors: Kotov M.A.¹, Lavrentyev S.Y.¹, Solovyov N.G.¹, Shemyakin A.N.¹, Yakimov M.Y.¹
Affiliations:
1. Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 42, No 8 (2023)
Pages: 45-55
Section: Combustion, explosion and shock waves
URL: https://vestnikugrasu.org/0207-401X/article/view/674839
DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X23080071
EDN: https://elibrary.ru/IGRDDN
ID: 674839

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The reasons for the observed propagation velocities of stationary laser-supported combustion (LSC) waves in laser plasmatron scheme in argon and air to exceed the calculated ones in assumption of heat-conductive propagation mechanism are considered. Earlier obtained analytical solution of the hydrodynamic problem of flowing around model low density heated gas volume with step-like spherical boundary is used for interpretation experimental results. It is shown that when laser power is 2–3 times above LSC threshold power heat-conductive mechanism with correction factor predicted by the model gives satisfying description of the LSC wave velocities observed. At higher laser power radiative heat transfer factor should be taken into account. It is shown that flowing around spherical hot gas boundary model can also be applied to describe gas flow in thermal gravitational convection around continuous optical discharge (COD). An estimate is given for the pulsation frequency of the convective plume from COD, leading to the similarity relation common for optical discharges and flickering flames.

Keywords

COD, LSC, laser plasma, forced convection, thermal gravity convection, convective instabilities

References

Бункин Ф.В., Конов В.И., Прохоров А.М., Федоров В.Б. // Письма в ЖЭТФ. 1969. Т. 9. С. 609.
Райзер Ю.П. // Письма в ЖЭТФ. 1970. Т. 11. С. 195.
Генералов Н.А., Зимаков В.П., Козлов Г.И., Масюков В.А., Райзер Ю.П. // Там же. С. 447.
Козлов Г.И. // Письма в ЖТФ. 1978. Т. 4. Выпуск 10. С. 586.
Baranowski A., Mucha Z., Peradzynski Z. // Bull. Acad. Pol. Sci., Sci. Tech. 1977. V. 25. № 4. P. 361.
Lavrentyev S.Yu., Solovyov N.G., Shemyakin A.N., Yakimov M.Yu. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1394. Article 012012.
Kotov M.A., Lavrentyev S.Yu., Solovyov N.G., Shemyakin A.N., Yakimov M.Yu. // Plasma Sources Sci. Technol. 2022. V. 31. P. 124002; https://doi.org/10.1088/1361-6595/aca42f
Генералов Н.А., Захаров А.М., Косынкин В.Д., Якимов М.Ю. // Физика горения и взрыва. 1986. Т. 22. № 2. С. 91.
Котов М.А., Козлов П.В., Герасимов Г.Я., Левашов В.Ю. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 31.
Герасимов Г.Я., Козлов П.В., Забелинский И.Е., Быкова Н.Г., Левашов В.Ю. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 17.
Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Андержанов Э.К., Бетев А.С., Медведев С.П. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 66.
Гуськов К.Г., Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. // Квантовая электрон. 1990. Т. 17. № 7. С. 937.
Буфетов И.А., Прохоров A.М., Федоров В.Б., Фомин В.К. // Там же. 1983. Т. 10. № 9. С. 1817; https://doi.org/10.1070/QE1983v013n09ABEH004612
Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.
Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974.
Райзер Ю.П. // УФН. 1980. Т. 132. № 3. С. 549; https://doi.org/10.1070/PU1980v023n11ABEH005064
Райзер Ю.П., Силантьев А.Ю., Суржиков С.Т. // Теплофизика высоких температур. 1987. Т. 25. № 3. С. 454.
Герасименко М.В., Козлов Г.И., Кузнецов В.А. // Квантовая электрон. 1983. Т. 10. № 4. С. 709.
Зимаков В.П., Кузнецов В.А., Кедров А.Ю., Соловьев Н.Г., Шемякин А.Н., Якимов М.Ю. // Квантовая электрон. 2009. Т. 39. № 9. С. 797.
Jeng S.-M., Keefer D.R., Welle R., Peters C.E. // AIAA Journal. 1987. V. 25. № 9. P. 1224.
Суржиков С.Т. // Квантовая электрон. 2000. Т. 30. № 5. С. 416; https://doi.org/10.1070/QE2000v030n05ABEH001720
Raizer Yu. P., Surzhikov S.T. // AIAA–95–1999;
Szymanski Z., Peradzynski Z., Kurzyna J. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V. 27. P. 2074.
Fowler M.C., Smith D.C. // J. Appl. Phys. 1975. V. 46. P. 138.
Jackson J.P., Nielsen P.E. // AIAA J. 1974. V. 12. P. 1498.
Holder D.W., North R.J. Schlieren Methods. London: H.M. Stationery Off., 1963.