Формирование потоков частиц и их взаимодействие с поверхностью электродов в импульсном разряде низкого давления

• Автор: Антошкин, Владислав Александрович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 171 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА И СПОСОБЫ ИХ ОПИСАНИЯ

1.1. Механизм электрической эрозии

1.1.1. Роль объемного и поверхностного источника тепла

1.1.2. Уравнение энергетического баланса

1.1.3. Термомеханическое разрушение электродов

1.1.4. Факельный механизм эрозии

1.1.5. Взрывной механизм эрозии

1.2. Основные модели эрозионных процессов

1.2.1. Статистические модели
1.2.2. Тепловые модели
1.2.3. Вероятностные модели
1.3. Моделирование физических процессов в газовом разряде низкого
давления ...... 2 Д;. 2 .
1.3.1. Модели, основанные на уравнениях баланса частиц
1.3.2. Модели, основанные на уравнении Больцмана
1.3.3. Вероятностные модели развития газового разряда
1.4. Выводы к главе
2. ФОРМИРОВАНИЕ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
2.1. Моделирование электрических полей
2.1.1. Построение дискретных сеток
2.1.2. Численные схемы решения уравнения Пуассона
2.1.3. Интерполяция потенциала электрического поля
2.2. Расчет траекторий движения заряженных частиц
2.3. Нахождение времени движения частицы в неоднородном
электрическом поле
2.4. Столкновения заряженных частиц в газовой среде

2.4.1. Вероятность столкновений
2.4.2. Расчет вероятности столкновения на адаптивных сетках
2.4.3. Эффективное статистическое усреднение частиц
2.5. Расчет функции распределения частиц для тиратрона ТГИ1 270/12
2.6. Выводы к главе
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ НА ЭЛЕКТРОДАХ ВО ВРЕМЯ ГАШЕНИЯ РАЗРЯДА
3.1. Моделирование процесса распада плазмы
3.2. Влияние напряжения на скорость распада плазмы
3.3. Объемная рекомбинация при низком давлении газа
3.4. Выводы к главе
4. РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭРОЗИИ
4.1. Определение границы теплового воздействия
4.2. Расчет одномерного уравнения теплопроводности с одной
подвижной границей на адаптивной нестационарной сетке
4.3. Результаты расчета тестовой задачи
4.4. Расчет одномерного уравнения теплопроводности с двумя
подвижными границами на адаптивной нестационарной сетке
4.5. Расчет одномерного уравнения теплопроводности с тремя
подвижными границами на адаптивной нестационарной сетке
4.6. Запись уравнения теплопроводности в обобщенной системе
координат
4.7. Расчет уравнения теплопроводности в обобщенной системе
координат с осевой симметрией
4.8. Выводы к главе
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение

Газоразрядные приборы являются ключевыми элементами большинства мощных радиоэлектронных устройств. В настоящее время они не могут быть заменены ни одним другим прибором при разработке импульсных систем большой мощности, надежная работа которых в значительной мере определяется безотказностью и стабильностью их параметров.
Повышение этих характеристик невозможно осуществить без тщательного изучения физических процессов, происходящих при взаимодействии мощных потоков частиц с поверхностью твердого тела. Именно эти процессы приводят к разрушению материала электродов и считаются одной из основных причин, ограничивающих срок службы практически всех устройств газоразрядной техники.
Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные на протяжении нескольких десятков лет, позволили выявить основные закономерности эрозионных процессов и существенно повысить долговечность современных приборов. Однако множество взаимоисключающих гипотез, отсутствие надежных математических моделей, а главное методики экспериментального изучения их динамики, позволяют утверждать, что физический механизм электрической эрозии на сегодняшний день - одна из нерешенных задач физики сильноточного разряда.
Данная проблема заключается в том, что процессы взаимодействия потоков частиц с поверхностью электродов сильно зависят от конкретных условий реализации газового разряда, а высокая скорость протекания и конструктивные особенности приборов практически исключают возможность их экспериментального изучения.
Это определяет необходимость создания комплексного математического подхода, который должен учитывать не только все многообразие процессов, происходящих на поверхности твердого тела, но и определять их взаимосвязь с физическими процессами, происходящими в плазме.

1.3.1. Модели, основанные на уравнениях баланса частиц
Наиболее простыми моделями газового разряда, которые используются для анализа физических процессов в приборах низкого давления, являются модели, основанные на следующей системе дифференциальных уравнений:
= div(pegradne - Уепе) + Уепе + урпр - рпепр, (1-8)

—— = div(ppgradnp - УрПр)+ уепе + урпр -рпепр, (1.9)
div(eSQgradU) = -р, (1.10)
где пе, пр - концентрация электронов и ионов, м3; г - время, с; Д,, Вр - коэффициент диффузии электронов и ионов, м/с; Уе, Ур — вектор дрейфовой скорости электронов и ионов, м/с; уе, ур - частота ионизации электронами и ионами, с1; Р - коэффициент объемной рекомбинации, м3/с; в — относительная диэлектрическая проницаемость; 8о - диэлектрическая постоянная, Ф/м; V -потенциал электрического поля, В; р - объемная плотность зарядов, Кл/м3.
Уравнения (1.8, 1.9) представляют собой уравнения баланса заряженных частиц и определяют скорость изменения концентрации электронов и ионов во времени. В них первые два слагаемых, стоящих под знаком дивергенции, учитывают диффузию частиц и их движение в электрическом поле, два следующих слагаемых определяют возможность ионизации атомов или молекул газа, а последние учитывает процесс объемной рекомбинации.
Уравнение (1.10) является уравнением Пуассона и определяет распределение потенциала электрического поля в приборе в зависимости от приложенного напряжения к его электродам и распределения объемного заряда.
В ранних работах система уравнений (1.8-1.10) применялась для моделирования стационарного режима газового разряда в плоском диодном промежутке без влияния пространственного заряда на распределение электрического поля и учитывала ионизацию газа только первичными электронами, испускаемыми накаленным катодом [107]. Более сложные модели газораз-