Структура эрозийной плазменной струи сильноточного разряда в капилляре

• Автор: Шариков, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание.
Введение.
Глава 1. Физико-техническое обеспечение эксперимента.
1.1. Способы получения потоков эрозийной плазмы.
1.2. Параметры и режимы сильноточного разряда в капилляре.
1.3. Экспериментальная установка.
Глава 2. Теоретические модели сильноточного разряда и
сверхзвуковая эрозийная плазменная струя.
2.1. Газодинамические модели капиллярного разряда с испаряющейся стенкой.
2.2. Структура недорасширенных сверхзвуковых газовых и плазменных струй.
Глава 3. Измерение давления плазмы в канале сильноточного разряда.
3.1. Методика измерения давления.
3.2. Результаты измерения давления плазмы в канале капиллярного разряда.
Глава 4. Исследование струи плазмы, истекающей из канала капиллярного разряда.
4.1. Общая характеристика струи.
4.2. Определение положения центрального скачка уплотнения в струе плазмы, истекающей из канала капиллярного разряда с испаряющейся стенкой.
4.3. Оценки термодинамических параметров плазменной струи в области, прилегающей к срезу капилляра.
4.4. Особенности осевого распределения температуры в эрозийной плазменной струе.
Основные выводы.
Заключение.
Список литературы.

Введение.
Систематизация и обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований потоков излучающей плазмы, генерации ударных волн и теплового излучения, а также явлений, сопровождающих их воздействие на вещество, привели в последнее время к формированию нового и важного раздела газовой динамики - радиационной плазмодинамики (РПД).
Актуальность работы.
Трудности локальной экспериментальной диагностики РПД-процессов способствуют как теоретическим разработкам, так и становлению эффективно используемых численных экспериментов, позволяющих на некоторых этапах заменять дорогостоящие эксперименты, а в тех случаях, когда экспериментальные данные практически отсутствуют, численное моделирование остаётся единственной возможностью извлекать недостающую информацию.
В свою очередь, разработки комплексов вычислительных программ для сложных газодинамических расчётов с учётом переноса излучения, а также построение необходимых для этого математических моделей требуют «доступных» экспериментов, которые могли бы являться тестовыми задачами. К таким тестовым задачам можно отнести изучение структуры плазменной струи, истекающей из канала капиллярного разряда с испаряющейся стенкой.
Достоверность расчётов лучистой теплопроводности плотной урановой плазмы, проводимых при проектировании газофазных ядерных реакторов не находила подтверждения экспериментальными исследованиями.
В рамках этой программы важно было получить сведения о давлении плотной плазмы в канале сильноточного разряда, использованного для натурных экспериментов, а также провести исследование параметров струй модельных веществ.
Целью работы является исследование структуры эрозийной плазменной струи.
Для достижения этой цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
- создание диагностически оснащённого экспериментального стенда для получения плотной плазмы;
- разработка методик и отладка эксперимента с использованием модельного вещества для изучения термодинамических параметров плотной плазмы;
изучение факторов, влияющих на точность эксперимента (неравновесность плазмы, неоднородность плазменного объекта и др.).
Диссертация состоит из четырёх глав.
В первой главе рассматриваются способы получения потоков эрозийной плазмы, описываются экспериментальная установка и аппаратура, используемые в настоящей работе, и делается обзор экспериментальных исследований сильноточного разяда в капилляре.
Вторая глава содержит обзор теоретических моделей капиллярного разряда с испаряющейся стенкой, результаты численных расчётов такого разряда, а также обзор экспериментальных, теоретических и расчётных работ, посвящённых изучению структуры сверхзвуковых недорасширенных газовых и плазменных струй в стационарном и нестационарном режимах.
Третья глава посвящена измерению давления плотной плазмы в канале капиллярного разряда. В этой главе предложена методика измерения импульсного давления плазмы капиллярного разряда с помощью крешерного и пьезоэлектрического датчиков давления. Для предложенной методики произведена оценка точности измерений. Приведены результаты измерения давления с помощью разработанной методики в различных режимах разряда. Предложена эмпирическая зависимость давления плазмы в канале сильноточного разряда от геометрических размеров (длины и диаметра) капилляра при фиксированном токе разряда. Произведено сравнение полученных

1.3. Экспериментальная установка.
При изучении структуры эрозийной плазменной струи [22-25] использовалась установка сильноточного капиллярного разряда [26], позволяющая получать оптические изображения струи и одновременно контролировать термодинамические параметры плазмы (температуру и давление). Функциональная схема установки представлена на рис. 1.3.1.
Установка состоит из разрядной платы, блока питания капиллярной разрядной установки (КРУ), регистрирующей аппаратуры. Разрядная плата служит для крепления образца, через отверстие в котором осуществляется разряд, а также электродов и датчика давления.
Питание разряда осуществлялось от накопительной LC - линии с переменным (1-6) числом ячеек с параметрами L = 8 мкГн, С = 140 мкФ, что обеспечивало трапецеидальный импульс разрядного тока. Линия может заряжаться до напряжения U = 6 кВ, при этом запасённая энергия может достигать величины W = 15 кДж.
Для согласования волнового сопротивления линии с нагрузкой, включающей в себя сопротивления разрядного промежутка и проводов, служило переменное добавочное сопротивление, включаемое в цепь разряда. Для контроля разрядного тока использовался шунт, имеющий сопротивление Ruj = 2,1 * 1 О*3 Ом (рис.1.3.1.). Электрическая схема установки приведена на рис. 1.3.2.
Питание установки КРУ осуществляется от электрощитка (напряжение 220 В переменного тока).
Через выключатели блокировок S2 и S3, расположенные на дверях отсека питания, напряжение 220 В подается на тумблер «Сеть», при включении которого питание подается через выключатели блокировок S5 и S6, расположенные на дверях конденсаторного отсека, на блок автоматики (Vil, К2, V27 - V29, V22 - V24, КЗ, К4). При этом на панели управления загорается сигнальная лампа Л1 «Сеть».
При замыкании тумблера S7 напряжение 220 В подаётся (при замыкании контактов К4.3 реле К4) на обмотку реле К1. При этом размыкаются нормально замкнутые контакты К1.1, шунтирующие