Взаимодействие электрических разрядов со сверхзвуковыми газодинамическими возмущениями

• Автор: Ершов, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 342 с. : ил.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ УДАРНЫХ ВОЛН И СВЕРХЗВУКОВЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ С НЕОДНОРОДНЫМИ И НЕРАВНОВЕСНЫМИ СРЕДАМИ.

§1. Ударные волны в газоразрядной плазме

§2. Электрические разряды в сверхзвуковых потоках газа

§3. Импульсные плазменные струи, инжектируемые в затопленное

пространство

§4. Зондовая диагностика неравновесной нестационарной движущейся плазмы

Заключение к Гл

ГЛ.П. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УВ С ПЛАЗМОЙ СЛАБОТОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ

§1. Экспериментальная установка и методики измерений

1.1 Экспериментальная установка.

1.2 Методы диагностики ударной волны

1.3 Методы диагностики параметров плазмы
§2. Распространение слабых УВ в плазме продольного тлеющего разряда в воздухе
2.1 Параметры тлеющего разряда в УТ
2.2 Влияние УВ на разряд
2.3 Характеристики распространения УВ в разряде §3. Сравнение с теорией теплового ускорения
3.1 Одномерная теория
3.2 Учет двумериости задачи в эксперименте
3.3 Моделирование распространения УВ в разряде в рамках двумерной нестационарной задачи
3.4 Механизм колебательной релаксации
§4. Распространение слабых УВ в плазме продольного тлеющего разряда в гелии
§5. Структура электронной компоненты УВ в электроразрядной слабоионизованной плазме
5.1 Постановка эксперимента по измерению структуры электронной компоненты УВ.
5.2 Применение метода редукции к обработке экспериментальных данных
5.3 Предвестник УВ в виде волны разрежения
5.4 Предвестник УВ в плазме аргона
5.5 Численная модель теплопроводностного предвестника Заключение к гл.Н
ГЛ. III. СВОБОДИОГОРЯЩИЙ ПОПЕРЕЧНЫЙ РАЗРЯД В СВЕРХЗВУКОВОЙ СТРУЕ ВОЗДУХА
§1. Экспериментальная установка и методики измерений
1.1 Экспериментальная установка.
1.2 Оптические методы диагностики
1.3 Схема спектроскопических измерений

1.4 Газодинамическая структура сверхзвуковой струи §2. Конфигурация поперечного разряда в сверхзвуковой струе
2.1 Разряд постоянного тока
2.2 Импульсный разряд
§3. Динамика импульсного разряда
3.1 Динамика разряда
3.2 Механизм неустойчивости
3.3. Распределение потенциала пространства §4. Вольт-амперные характеристики разряда
4.1 Электрическое поле в разрядных каналах
4.1 Диаметр разрядного канала
§5. Пространственно-временная структура разряда
5.1 Период колебаний разряда.
5.2 Пространственная структура и протяженность разряда §6. Микроскопические характеристики разряда
6.1 Спектры излучения плазмы
6.2 Температура газа
6.3 Приведенное электрическое поле
6.4 Концентрации заряженных частиц Заключение к гл.Ш
Гл.IV. РАЗРЯДЫ В ОДНОРОДНЫХ СВЕРХЗВУКОВЫХ ПОТОКАХ
§1. Экспериментальное исследование разрядов постоянного тока в гиперзвуковых потоках воздуха.
1.1 Экспериментальная установка
1.2 Структура поперечного разряда постоянного тока в гиперзвуковом потоке
1.3 Сравнение разрядов при различных числах Маха
1.4 Продольный разряд постоянного тока в гиперзвуковом потоке §2. Кинетическая модель разряда в сверхзвуковом потоке
§3. Газодинамическая модель в сверхзвуковом потоке
3.1. Моделирование эффектов, влияющих на нагрев газа в разряде
3.2. Уточнение модели.
§4. Воспламенение сверхзвукового потока углеводородно-воздушной смеси электрическим разрядом
4.1 Экспериментальная установка
4.2 Экспериментальное исследование воспламенения сверхзвукового потока пропап-бутан воздушной смеси
§5. Численное моделирование воспламеняющих разрядов в сверхзвуковом потоке пропан-воздушиой смеси Заключение к гл.ІУ
ГЛ. V. ИМПУЛЬСНАЯ ИІІЖЕКЦИЯ ПЛАЗМЕНННЫХ СТРУЙ В ЗАТОПЛЕННОЕ ПРОСТРАНСТВО
§1. Газодинамика образования и релаксации плазменного вихря при импульсной инжекции в атмосферу
§2. Формирование устойчивых структур при импульсной инжекции в затопленное пространство в широком диапазоне давлений § 3. Релаксация кинетических параметров сверхзвуковой плазменной струи в атмосферу
§4. Параметры импульсной струи, инжектируемой кумулятивным плазмотроном в атмосферу

§5. Истекающие в атмосферу дозвуковые плазменные струн, образуемые
капиллярным разрядом.
Заключение к ra.V
ГЛ. YI. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗОНДОВ ДЛЯ ш ДИАГНОСТИКИ НЕПОДВИЖНОЙ НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЫ НИЗКИХ И ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ДАВЛЕНИЙ
§1. Дебаевская экранировка в плазме с неравновесной ФРЭЭ
§2. Экспресс-методы определения кинетических коэффициентов плазмы с
неравновесной ФРЭ из электронной ветви ВАХ
2.1. Определение средней энергии электронов
2.1.1. Изотропная плазма низкого давления
2.1.2. Изотропная плазма повышенного давления
2.2. Оценка частот неупругих процессов и концентрации атомов на 257 нижних уровнях
2.3. Применение метода к анизотропной плазме
§3. Определение ФРЭЭ из электронной ветви ВАХ зонда как решения
обратной некорректной задачи
3.1 Определение ФРЭЭ из ВАХ зонда на компакте
3.2. Расчет тока на зонд методом Монте-Карло
3.3. Применение аппарата некорректных задач к эксперименту
§4. Ионная ветвь ВАХ
4.1. Влияние вида ФРЭЭ на ток ионов
4.2. Влияние столкновений па ток ионов
4.3. Влияние отрицательных ионов
Заключение к гл. VI
ГЛ. VII. ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗОНДОВ ДЛЯ
ДИАГНОСТИКИ СВЕРХЗВУКОВЫХ ПОТОКОВ ПЛАЗМЫ
§1. Зондовая диагностика импульсных плазменных струй, истекающих в
затопленное пространство
1.1. Типичный режим работы зонда
1.2.Ионная ветвь ВАХ
1.3.Электронная ветвь ВАХ
§2. ВАХ зонда в импульсных плазменных струях, инжектируемых в
сверхзвуковой поток.
§3. Зондовая диагностика поперечных электрических разрядов в
сверхзвуковых потоках газа
3.1. Постановка задачи
3.2. Автоматизированные схемы зондовых измерений с оптической 300 развязкой
3.3. Результаты апробации схемы в поперечном разряде
§4. Численная модель взаимодействия зонда с потоком плазмы
§5. Результаты моделирования
5.1 Неподвижная плазма
5.2. Движущаяся плазма
§ 6. Сравнение с экспериментом
Заключение к гл. VII
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Список цитируемой литературы
Список публикаций автора

Дальнейшая динамика истечения плазменной струи зависит от значения параметра Р = <2М2 (б - вложенная в разряд электрическая энергия, <7 - диаметр сопла плазмотрона) [142]. В зависимости от величины /? реализуются два режима истечения: при Р > 5 107 -режим ударно-волновой структуры (бочкообразной конфигурации), для которого характерно наличие висячего скачка уплотнения и диска Маха, при Д < Ю7 - режим грибообразной конфигурации. Обе конфигурации формируются к к 40 - 50 мкс.
К «100 мкс интенсивность излучения заметно падает, падает и скорость движения контактной поверхности, средняя масса тяжелых частиц в струе существенно меньше исходного газа - ксенона и составляет =30 - 40 а.е.м [138]. Методом лазерного рассеяния было исследовано пространственно-временное распределение плотности электронов. Температура плазмы измерялась по относительной интенсивности линий Си, яркостная -по сплошному спектру методом сравнения с эталоном яркости ЭВ-45. Параметры плазмы к моменту времени =80 мкс составляли: ис = (2- 4) 101(1 см’’. Т=7000 - 8000 К [139,141].
На существенно более поздних стадиях истечения (= 1 мс) бочкообразная конфигурация плазменной струи трансформируется в шаровидное плазменное образование, а от грибообразной конфигурации отделяется светящееся кольцо -плазменный тороидальный вихрь (рис.1.2).
а б
Рис. 1.2 СФР-граммы плазменных структур: а - тонкое кольцо (вид сверху, г = 1 мс. <7о = 26 мм; в центре - светящаяся область около сопла плазмотрона); б -шарообразная конфигурация (вид сбоку, г= 1 мс, с!0 = 12 мм.
В дальнейшем интенсивность свечения еще больше падает, однако время
существования структур (определенное по фотоэлектрическим измерениям в
спектральной области 200 -1200 нм), оказывается различным - =20 мс для шара и =100 мс
для тора. Последнее названо в [140] аномально большим. Отметим, что образование
устойчивого кольцевого вихря со временем жизни до =100 мс наблюдалось ранее при
исследовании возможности моделирования шаровой молнии путем импульсной инжекции
эрозионного разряда в воздух [143].