Моделирование динамики заряженных пылевых частиц в электродинамических ловушках при атмосферном давлении

• Автор: Лапицкий, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 98 с. : ил.

Содержание:
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Пылевая плазма

1.2 Пылевые структуры заряженных микрочастиц в пылевой плазме

1.3 Электродинамические ловушки заряженных пылевых частиц

1.4 Линейная ловушка Пауля

/. 4.1 Зоны устойчивости

1.5 Ионная ловушка Пауля

1.6 Ловушка Пеннинга

1.7 Зарядка частиц в коронном разряде

1.8 Коронный разряд
1.9 Выводы
Глава 2. КОРОННЫЙ РАЗРЯД
2.1 Модель стационарного коронного разряда
2.1.1 Уравнения состояния коронного разряда
2.1.2 Распределение концентраций заряженных частиц от
коронирующего электрода, ВАХ коронного разряда
2.2 Динамика частицы в неоднородном поле коронного разряда
2.3 Сравнение эволюции зарядки частиц в однородном и неоднородном
электрических полях
2.4 Выводы
Глава 3. ДИНАМИКА ЗАРЯЖЕННЫХ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ В
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ЛОВУШКАХ
3.1 Модель расчета поведения частиц в электродинамических
ловушках
3.1.1 Метод расчета
3.1.2 Тестовые расчеты

3.2 Моделирование ионной ловушки Пауля в вязкой газовой среде
3.2.1 Схема ионной ловушки Пауля
3.2.2 Области удержания заряженных пылевых частиц
3.2.3 Динамика структур в ионной ловушке Пауля
3.3 Динамика заряженных пылевых частиц в линейной ловушке Пауля.
3.3.1 Схема расчета
3.3.2 Область удержания заряженных пылевых частиц
3.3.3 Динамика структур
3.3.4 Количество частиц, удерживаемых в ловушке
3.3.5 Сравнение результатов моделирования и эксперимента по
удержанию заряженных пылевых частиц в линейной ловушке Пауля
3.3. б Недостатки применения линейной ловушки Пауля совместно с
коронирующим электродом
3.4 Выводы
Глава 4. ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛОВУШКИ ПАУЛЯ ДЛЯ
ЗАХВАТА ЧАСТИЦ ИЗ ГАЗОВОГО ПОТОКА
4.1 Схема модернизированной ловушки
4.2 Параметры удержания частиц в газовом потоке
4.3 Метод бесконтактного удаления частиц из газового потока
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Пылевая плазма является системой, состоящей из свободных электронов, ионов, нейтральных молекул и микроскопических пылевых частиц размером 1-100 мкм. Пылевая плазма широко распространена в космосе: в планетарных кольцах, хвостах комет и межзвездных облаках.
Системы заряженных пылевых частиц являются одним из чрезвычайно интересных объектов. Благодаря большому заряду пылевых частиц (102—105 электрона) потенциальная энергия взаимодействия между пылевыми частицами может намного превосходить их среднюю кинетическую энергию, что означает возникновение в плазме сильно неидеальной пылевой компоненты. Сильное взаимодействие частиц часто приводит к фазовым переходам типа «газ -жидкость или жидкость - твердое тело» и возникновению пространственноупорядоченных жидкостных или кристаллических пылевых структур. Образование упорядоченных структур существенно влияет на физические свойства и поведение ансамбля частиц, а также возможности практического применения устройств, использующих пылевую плазму.
Эксперименты по удержанию ансамбля заряженных пылевых частиц с сильным кулоновским взаимодействием показали возможность формирования стабильных пылевых структур при низких давлениях. Попытки получения структур из заряженных пылевых частиц при атмосферном давлении сталкиваются с необходимостью учета трения заряженных пылевых частиц о воздух и, соответственно, необходимостью подбирать параметры ловушки из-за иной области устойчивости, отличной от таковой для случая сильноразреженной среды, где область устойчивости определена аналитически. Во всех ранее выполненных исследованиях не исследовали условия образования упорядоченных структур из заряженных пылевых частиц при

Рисунок 2.2. Распределение концентраций электронов в зависимости от расстояния до
электрода.

1_ [ст]
Рисунок 2.3. Распределение концентраций ионов в зависимости от расстояния до
электрода.
Для проверки корректности модели коронного разряда проведено
сравнение расчетных данных с аналитическим выражением распределения