МГД-генератор замкнутого цикла с неоднородным потоком неравновесно ионизованной плазмы

• Автор: Финников, Константин Андреевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ МГД-ПРОЦЕССОВ И КИНЕТИКИ НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ
МГД-генераторы замкнутого цикла
МГД-преобразование энергии в неоднородных газо-плазменных потоках
Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы
2 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ПО СКОРОСТЯМ И ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В ПЛАЗМЕННОМ СЛОЕ
2.1 Постановка задачи
2.2 Оценки величины электрического и магнитного поля
2.3 Функция распределения электронов по скоростям при низких
энергиях
2.3.1 Распределение электронов по энергии
2.3.2 Моменты функции распределения
2.3.3 Оценки влияния неоднородности и нестационарности
на моменты функции распределения
2.3.4 Уравнения моментов функции распределения в одномерном приближении
2.4 Уравнение Больцмана для электронов высокой энергии
2.4.1 Линеаризация уравнения Больцмана
2.4.2 Влияние нелокальное и нестационарности
2.4.3 Уравнение Больцмана в локальном приближении
2.4.4 Численный алгоритм решения уравнения Больцмана
2.5 Функция распределения в условиях сильной неравновесное .

2.6 Расчет кинетических коэффициентов электронного газа
3 КИНЕТИКА ПРОЦЕССОВ, ПРИВОДЯЩИХ К ИОНИЗАЦИИ И РЕКОМБИНАЦИИ
3.1 Кинетика молекулярных ионов
3.2 Электронно-столкновительные переходы
3 3.3 Атомно-столкновительные переходы
3.4 Радиационные переходы
3.5 Система уравнений кинетики
3.6 Качественный анализ результатов решения уравнения Больцмана
4 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОНИЗАЦИОННОРЕКОМБИНАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
4.1 Тестирование кинетической модели
4.1.1 Моделирование контракции тлеющего разряда как тестовая задача кинетической модели
' 4.1.2 Модель положительного столба разряда
4.1.3 Результаты моделирования
4.2 Параметрический анализ ионизационно-рекомбинационной кинетики в плазменном слое
4.3 Моделирование процесса создания плазменного слоя
4.4 Моделирование течения в канале МГД-генератора
4.4.1 Постановка задачи
4.4.2 Модель магнитной газодинамики потока газа с плазменными слоями
4.4.3 Численная аппроксимация уравнений магнитной газодинамики нейтральной компоненты
, ' 4.4.4 Численная аппроксимация уравнения концентрации
электронов
4.4.5 Результаты моделирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Используемые обозначения
А Сечение канала
А/cm Коэффициент Эйнштейна для спонтанного перехода
В Индукция магнитного поля
Е Напряженность электрического поля в лабораторной системе от-
счета
Е' Напряженность электрического поля в системе отсчета частицы

h Шаг разностной сетки по пространству
he Шаг разностной сетки по энергии
j Плотность тока
кь Постоянная Больцмана
К Коэффициент нагрузки
Ks Постоянная Саха
1С Длина канала
п Концентрация частиц
р Давление
Т Температура
и Скорость потока
v Скорость частицы
vj, Скорость дрейфа частицы
х Координата вдоль направления течения газа в МГД-канале
у Координата вдоль направления электрического тока в МГД-
канале
2 Координата вдоль направления магнитного поля
а Константа рекомбинации
Р Параметр Холла
fik Константа реакции ионизации из к-го состояния
Г Плотность потока частиц
е Кинетическая энергия
наличием нескольких сильно различающихся характерных времен установления различных неизвестных: для Г1 — время потери импульса электрона, для /° при низких энергиях — время потери энергии электрона в упругих столкновениях, для /° при высоких энергиях время потери энергии в неупругих
столкновениях. Размерность системы превышает размерность МГД-модели на единицу за счет модуля скорости электрона. В связи с этим использование такой кинетической модели в задачах с двумя и более пространственными координатами проблематично.
Существенным упрощением первоначального общего подхода можт стать приближение локальной и стационарной функции распределения. В этом приближении из уравнений на функцию распределения исключаются члены с пространственными и временными производными. В результате такие величины, как электрический ток и константы неупругих процессов находятся как функции локальных параметров плазмы. Такой подход неприменим в условиях сильной неоднородности плазмы. Так, пространственно-зависимую функцию распределения необходимо рассматривать в условиях сильно неоднородной плазмы, в которой длина пробега электрона с потерей энергии сравнима с характерным пространственным масштабом /44, 60/. Возникает необх-димость рассмотреть вопрос о применимости локального подхода при нахождении электронной функции распределения в условиях неоднородного газоплазменного потока будет рассмотрен в данной главе. Здесь необходимо учитывать следующие обстоятельства. С одной стороны, в плазменном слое имеет место значительный перепад концентрации и температуры электронов. С другой стороны, неравновесный плазменный слой является несамостоятельным разрядом, в котором распределение ионизации, образованное тем или иным способом на входе в МГД-канал, эволюционирует под влиянием медленных рекомбинационных процессов. Как отмечалось во вводной части, в плазменном слое реализуется сравнительно плавный переход от сильноионизованной к слабоионизованной области, с характерным пространственным масштабом изменения ионизации порядка 1 см, в отличие от ситуации, наблюдающейся в самостоятельных дуговых разрядах, где граница области сильной ионизации имеет протяженность порядка и менее 1 мм. Помимо оценок влияния неодно-