Электродинамика и поля температур струйного высокочастотного индукционного разряда атмосферного давления

• Автор: Гайнуллин, Рустем Нусратуллович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 267 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Содержание
Основные условные обозначения
Введение
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1 Высокочастотный индукционный разряд и области его применения
1.2 Методы диагностики электромагнитных и тепловых характеристик струйного В414 разряда атмосферного давления
1.3 Анализ экспериментальных данных о параметрах ВЧИ разряда
1.4 Математические модели для расчёта параметров ВЧИ разряда
1.5 Задачи исследования
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СТРУЙНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО РАЗРЯДА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
2.1 Одномерная модель электромагнитного поля струйного высокочастотного индукционного разряда
2.2 Двухмерная модель электромагнитного поля струйного высокочастотного индукционного разряда
2.3 Анализ полученных результатов
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ УСТАНОВКИ, МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Описание экспериментально-измерительного комплекса
3.2 Диагностическое оборудование
3.3 Методика калибровки магнитного зонда
3.4 Оценка точности результатов измерений
3.5 Методика проведения экспериментов и обработки опытной информации
3.6 Методика проведения оптических измерений температуры плазмы
3.7. Выводы по главе
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СТРУЙНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО РАЗРЯДА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПРИОСЕВОЙ ОБЛАСТИ ПЛАЗМОИДА
4.1 Одномерная модель постоянной проводимости Томсона струйного высокочастотного индукционного разряда
4.2 Структура электромагнитного поля струйного высокочастотного индукционного разряда вблизи оси плазмоида в идеальном индукторе

4.3 Двухмерная модель постоянной проводимости струйного высокочастотного индукционного разряда
4.4 Структура электромагнитного поля струйного высокочастотного индукционного разряда вблизи оси плазмоида в индукторе конечных размеров
4.5 Закономерности структуры электромагнитного поля ВЧИ разряда
4.6 Обобщение полученных результатов
4.7 Выводы по главе
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО РАЗРЯДА
5.1 Структура электромагнитного поля высокочастотного индукционного разряда вблизи плоскости центрального сечения плазмоида
5.2 Структура электромагнитного поля высокочастотного индукционного разряда в индукторе конечной длины
5.3 Анализ полученных результатов
5.4 Коаксиальная структура высокочастотного индукционного разряда
5.5 Эффект Энгеля-Штеенбека в случае высокочастотного индукционного разряда
5.6 Экспериментально-теоретическая модель расчёта электромагнитных и тепловых характеристик струйного высокочастотного индукционного разряда
5.7 Методика расчёта электромагнитных и тепловых характеристик высокочастотного индукционного разряда атмосферного давления
5.8 Выводы по главе
ГЛАВА 6. ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИИ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ ОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ
6.1 Описание плазмохимической установки для получения высокодисперсных порошков
6.2 Получение лабораторных образцов порошков 8Ю2
6.3 Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение
Основные условные обозначения
е— заряд электрона; те - масса электрона;
«о пе, па— концентрация ионов, электронов и атомов;
ga— статистический вес иона и атома; й- постоянная Планка;
Д— потенциал ионизации; к - постоянная Больцмана; га - радиус Дебая;
Т - равновесная температура;
Те,Т{ - температура электронов и тяжёлых частиц;
V - частота электронных столкновений; со- круговая частота электромагнитного поля; а - проводимость плазмы;
Я - коэффициент теплопроводности; р - удельная плотность; ц - магнитная проницаемость; ср - удельная теплоёмкость;
IV- удельная объёмная мощность тепловыделения;
Й-вектор напряженности магнитного поля;
Е - вектор напряженности электрического поля; б - вектор смещения электрического поля; в - вектор магнитной индукции;
Д,, - азимутальная составляющая вектора напряженности электрического поля;
Н2 - продольная составляющая вектора напряженности магнитного поля;
Нг - радиальная составляющая вектора напряженности магнитного поля;
- плотность тока и её азимутальная составляющая;
В работе [107] значения эквивалентного радиуса плазмоида получены по “оптическим радиусам”. При этом они хорошо согласуются с данными X. Эккерта [67], полученных на основании прямых измерений напряженности поля и расчетов по каналовой модели.
В работах [112] авторы предлагают, для определения эффективного диаметра использовать такой его параметр, как глубина проникновения электромагнитного поля в индукционный разряд.
Таким образом, вопрос о температуре или электропроводности плазмы не может быть точно решен в рамках ММЦ, так как величину а приходится как-то задавать. Так как температура и электропроводность плазмы определяется балансом энергии в самой области разряда, то ММЦ, как самая грубая “каналовая модель”, дополняется уравнением баланса энергии, которое записано в простейшей форме, без учёта движения газа [113]. Для того чтобы уравнение энергии можно было бы решать независимо, принимается, что при г<Я„ (в канале) электропроводность является постоянной величиной и равна нулю при г > Яп. Причём, использование каналовой модели при расчёте ВЧИ разряда более обоснованно, чем для дугового разряда, где первоначально она применялась. Это связано с тем, что в случае ВЧИ разряда из-за наличия скин-слоя, форма радиального распределения электропроводности имеет более выраженную прямоугольную форму, чем у дугового разряда.
Вместо уравнения энергии, в работе [114] авторы предложили другое уравнение, выражающее так называемый “принцип минимума”, который заключается в том, что плазма в разряде нагревается до такой температуры, чтобы при заданном токе в индукторе, радиусе камеры и условиях теплоотвода для поддержания разряда расходовалось бы как можно меньше мощности. В результате, авторы пришли к выводу, что индукционная плазма не может существовать, если а/5 < 1,75, где а - радиус плазмы, 5 - толщина скин-слоя. В работе рассчитывалась зависимость полной мощности разряда