Динамика разлета плазменной оболочки с током

• Автор: Кузнецов, Адольф Павлович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 c. : ил

иГЛАВЛЕНИШ

Глава I.Обзор

§1.1.Коаксиальные ускорители плазмы и плазменные

токовые оболочки

§1.2.Числеиные исследования плазмы

Глава II.Численный метод исследования

§2.1.Метод частиц в ячейках (МЧЯ)

§2.2.Модификация МЧЯ

§2.3.Течение Нрандтля-Майера в магнитном поле при

малых магнитных числах Рейнольдса

Глава III.Разлет плазменной токовой оболочки

§3.1. Эксперимент
§3.2.Движение плазменной оболочки в магнитном
поле (нульмерное приближение)
§3.3.Численное исследование разлёта
Глава IV.Ускорение водородной плазменной токовой оболочки
§4.1.Эксперимент
§4.2.Числеиное исследование процесса ускорения в
однородной среде
§4.3.Ускорение в волне разрежения
§4.4.0 физическом обосновании принятой модели оболочки
Заключение
Литература
ВВн;Ди;Нин;
Плазма является традиционным и давним объектом электрофизических исследований.ибладая высокой проводимостью, она интенсивно взаимодействует с электромагнитны!»! полем, предоставляя широкие возможности как для исследования фундаментальных проблем науки, так и для решения широкого круга прикладных задач.Здесь и весьма обширные программы по физике плазмы, как таковой, и интенсивные исследования электро- и магнитной динамики плотных пучков заряжен-* ных частиц и нейтральных потоков.ибласть прикладных вопросов электрофизики столь значительна, что здесь невозможно, да и нет, видимо, необходимости их все перечислять.Остановимся на тех из них, для которых характерен акцент на анализ явлений, связанных с взаимодействием электромагнитного поля с течением проводящей сплошной среды.В число таких вопросов входят і/іГД-ТЄЧЄНИЯ, ускорители плазмы, плазменные двигатели, вопросы, связанные с созданием плазменных катодов с высокой плотностью тока, плазменных источников света, включая и когерентные и т.п. Для большинства затронутых проблем свойственна существенная нестационарность процессов.
Настоящая работа была, в основном, направлена на анализ явлений в импульсных установках.Важной особенностью исследованных явлений, помимо их нестационарности, явилась их неодномерность. Число решенных задач такого рода для электрофизики плазмы невелико. Потребность же в их решении является весьма настоятельной.
Исследование подобных вышеперечисленным явлений сопряжено с большими экспериментальными трудностями, обусловленными кратковременностью процесса, большой мощностью и высокой концентрацией энергии. Экспериментаторы, большей частью, вынуждены ограничиваться регистрацией светящейся границы плазменных сгустков, используя
либо скоростную покадровую съемку, либо скоростную фоторазвертку, Лишь в редких случаях при эксперименте удается, применив интерферометрическую технику, получить сведения о плотности плазмы. Что же касается определения температуры, давления и скорости течения в различных точках плазменного образования, то обо всех этих параметрах экспериментаторы могут судить лишь косвенно и только на уровне оценок по порядку величин. С другой стороны, эффективность чисто теоретических методов исследования всегда ограничивается той или иной степенью идеализации явления, обусловленной принятой моделью, недостаточной точностью граничных и начальных условий решаемых задач, а также и тем, что проводимые теоретические исследования нестационарных многомерных процессов возможны только с использованием численных методов, точность которых, а иногда и само использование, также ограничены, В этих условиях представляется вполне естественным следующий подход к проведению исследований :
а) разрабатывается физическая модель исследуемого явления, выбирается способ математического описания модели и метод
решения сформулированной при этом задачи;
б) поставленная задача решается для условий, соответствующих реализованному эксперименту;
в) оцениваются справедливость разработанной модели и возможности принятого метода расчета путем сравнения известных из эксперимента данных с теми, что были получены при расчете;
г) удовлетворительный результат сравнения дает возможность с весьма высокой достоверностью считать исследуемое явление соответствующим его модели и позволяет считать достоверными полученные при расчете и те данные, которые не удалось зафиксировать при эксперименте.
5 С
» ё"'-е;.|. Ри гЫ^.гОЧ-уь.
л — Х1± ц
) Ц $г(С-*/2)
+ Уг ~

-<Л*(0^)-о.
»] 4 Ч
Здесь :
^ - угловая координата, Г - радиальная координата. Смысл остальных символов, надстрочных и подстрочных знаков был уже пояснен в главе П. Решение системы (2.21) совместно с уравнением состояния и уравнением (2.20) на эйлеровом этапе позволяет

найти предварительные значения составляющих скоростей И (: ,
ТТц и внутренней энергии е
Лагранжевый этап расчета использовал моделирование распределение вещества в ячейке с помощью датчика случайных чисел, основанного на последовательности Холтона. Заметим, что счет с использованием библиотечных датчиков случайных чисел обнаружил столь высокие флуктуации решения, что говорить о каких-либо результатах в этом случае не имело смысла.
Начальные и граничные условия.
Начальные условия задавались в соответствии с известным стационарным решением задачи о течении Прандтля-Майера во всей области счета, которая была ограничена по радиусу величиной
а по ^ ветчиной4>тах = Здесь Цг
и Ктах целые числа, а меньше, чем максимальный угол, поворота течения, но больше, чем Кг-а<Р (см. рис. 2.6).
Граничные условия задавались постоянными только на передней линии веера. На границах У = Гтах и 4) = 4)тах они определялись во время расчета с помощью линейной экстраполяции параметров течения из области, где они вычислялись в соответствии, с модифицированным МЧЯ. Такая экстраполяция оказалась удовлетвори-