Моделирование кинетических процессов в плазме высоковольтного наносекундного импульсного разряда в молекулярных газах

• Автор: Киндышева, Светлана Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Кинетика распада неравновесной газоразрядной плазмы

1.2. Моделирование стимулированного плазмой воспламенения газовых смесей

1.3. Быстрый нагрев в плазме молекулярных газов при высоких электрических полях

ГЛАВА 2. РАСПАД ПЛАЗМЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО НАНОСЕКУНДНОГО РАЗРЯДА

2.1. Введение

2.2. Распад плазмы высоковольтного наносекундного импульсного разряда при комнатной температуре газа

2.2.1. Анализ экспериментальных данных

2.2.2. Кинетическая модель

2.2.3. Результаты вычислений
2.2.4. Неоднородность высоковольтного наносекундного разряда
2.2.5. Модификация кинетической схемы
2.3. Распад плазмы высоковольтного наносекундного импульсного разряда при высоких газовых температурах
2.3.1. Экспериментальные данные
2.3.2. Кинетическая модель
2.3.3. Результаты вычислений
2.4. Выводы главы
ГЛАВА 3. КИНЕТИКА НАРАБОТКИ АКТИВНЫХ ЧАСТИЦ И
ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ СНЦ-С5Н12 ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО НАНОСЕКУНДНОГО РАЗРЯДА
3.1. Введение
3.2. Смеси с кислородом: СрНггнУОг: Аг
3.2.1. Экспериментальные данные
3.2.2. Кинетическая модель плазмы в разряде и его послесвечении
3.2.3. Результаты вычислений для стадии разряда и его послесвечения
3.3. Смесь с воздухом: СН4:воздух:Аг
3.3.1. Экспериментальные данные
3.3.2. Кинетическая модель наработки активных частиц в разряде и процессов воспламенения
3.3.3. Результаты моделирования разрядных процессов
3.3.4. Результаты моделирования воспламенения смеси
3.4. Выводы главы
ГЛАВА 4. БЫСТРЫЙ НАГРЕВ ГАЗА В СЛАБОИОНИЗОВАННОЙ НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЕ В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
4.1. Введение
4.2. Расчетная модель
4.3. Результаты расчета
4.4. Сравнение с экспериментом и другими расчетами
4.5. Выводы главы
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Работа посвящена теоретическому исследованию процессов в плазме высоковольтного наносекундного импульсного разряда, который развивался в объеме в форме волны ионизации или вдоль диэлектрической поверхности (поверхностный барьерный разряд). Указанные типы разряда поддерживаются при высоких значениях приведенного электрического поля Е/Ы (У — плотность нейтральных частиц), что обеспечивает значительный вклад энергии разряда в ионизацию молекул и возбуждение их электронных уровней. Характерные начальные концентрации электронов лежат в диапазоне 1012 — 1 (У1 см-3. Кроме этого, для волн ионизации характерно наличие области параметров, в которой развитие разряда происходит однородно, что позволяет значительно унросшть моделирование разрядных процессов за счет перехода к нульмерной постановке задачи.
Плазма с указанными параметрами встречается в различных традиционных плазменных приложениях: газовых лазерах, источниках света и плазмохимии. В последнее дссятиле I ис также интенсивно развивается ряд новых приложений неравновесной разрядной плазмы. К ним, в частности, относится плазменная аэродинамика, где важную роль может играть управление газовыми потоками с помощью магнитогазодинамического (МГД) взаимодействия и локального нагрева газа, а также плазменно — стимулированное воспламенение горючих газовых смесей.
Обработка экспериментальных данных по динамике изменения плотности электронов в послесвечении высоковольтного наносекундного разряда позволяет получать новую информацию о константах скорости гибели электронов для процессов, определяющих время жизни плазмы при достаточно высоких плотностях заряженных частиц. Эта информация необходима при моделировании неравновесной плазмы. Имеющиеся измерения констант скорости электрон - ионной рекомбинации в молекулярных газах относятся, как правило, к плазме более низкой концентрации, когда тройная рекомбинация с третьим телом — электроном не играет заметной роли. Исследование свойств высоковольтного импульсного разряда, в котором могут создаваться высокие плотности однородной плазмы при относительно невысоком энерговкладе, а значит — и невысокой степени диссоциации и возбуждения газа, позволяет восполнить указанный пробел и служит источником новых данных по скоростям электрон - ионной рекомбинации.

Время, МКС

Время, МКС
Рис. 2.11. Зависимость концентрации электронов от времени в послесвечении разряда в кислороде при давлении а) 3.5 Тор и б) 8 Тор. Кривая 1 - измерения, кривая 2 - расчет в предположении однородности, 3 - расчет с учетом радиальной неоднородности плазмы.
Полученное расхождение между экспериментом и расчетом в динамике концентрации электронов для плазмы кислорода и воздуха значительно выше погрешности эксперимента. Возможны несколько вариантов для объяснения наблюдаемого расхождения: 1) учтены не все процессы, влияющие на концентрацию