Разработка методов расчета и исследование радиационных процессов в системах с разрядными источниками селективного излучения

• Автор: Градов, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 326 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 КОМПЛЕКСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ С ОБЪЕМНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ
1.1. Общая характеристика объекта исследования
1.2.Построение замкнутой модели процессов, протекающих в едином радиационном поле системы
2 РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ИЗЛУЧАЮЩЕ - ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД И ПОВЕРХНОСТЕЙ
2.1 Модель распространения монохроматического излучения в многоэлементных системах сложной геометрии
2.2.Перенос излучения сложного спектрального состава в излучающих средах произвольной оптической плотности..
3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
3.1 .Состояние плазмы источников селективного излучения
3.2. Модель неравновесной пространственно неоднородной многокомпонентной плазмы
3.3.Модели дуговых и импульсных разрядов в условиях J1TP.
4 ОПТИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПЛАЗМЫ РАЗРЯДОВ
4.1.Оптические свойства
4.2.Термодинамические и транспортные характеристики
слабонеидештьной плазмы
5. КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ
5.1 .Численная реализация уравнений моделей и вычислительные алгоритмы

ВВЕДЕНИЕ
Системы, рассматриваемые в диссертации, могут быть идентифицированы с приборами квантовой электроники, облучагел ьными установками, устройствами светотехники, имитаторами излучений различной физической природы, установками радиационного нагрева, бортовыми генераторами световых импульсов и другими видами техники. В системах в качестве источников селективного излучения используются электрические разряды дугового типа в инертно- и металлогазовых плазмообразующих средах, стабилизированные прозрачной цилиндрической оболочкой.
Особенность указанных систем состоит в ключевой роли радиационного воздействия как определяющего фактора их функционирования, а важнейшей проблемой является обеспечение эффективной генерации и использования из-лучешгя определенного спектрального диапазона, т.е. проблема энергетической эффективности устройств. Наибольшую остроту данный вопрос имеет в таких областях, как лазерная техника, осветительное приборостроение, облу-чательная техника. Связано это с тем, что применяемые здесь приемники лучистой энергии обладают, как правило, узкими спектральными диапазонами поглощения (чувствительности), и широкополосное излучение источников воспринимается облучаемой средой далеко не полностью. Кроме того, нетривиальной оказывается задача организации энергетически выгодного протекания процессов в наиболее сложном варианте объемного поглощения излучения приемником, например, активной средой лазеров. Наконец, из-за большого количества различных поглощающих сред приходится сталкиваться с ситуацией, когда имеют место значительные непроизводительные потери энергии в канале радиационного взаимодействия излучателя и приемника. Таким образом, при построении рассматриваемых систем и источников излучения необходимо обеспечивать, с одной стороны, заданный спектральный состав лучистых потоков, а с другой - эффективное использование излучения при минимальных потерях в светооптической системе. Вместе с тем известно,

что физика процессов в системах на базе разрядной селективно излучающей низкотемпературной плазмы, во многом определяющей характеристики всей системы, достаточно сложна, тем более, что источник излучения в составе системы находится под воздействием собственной многократно отраженной радиации, и его характеристики могут заметно меняться по сравнению с таковыми вне системы. В результате оказывается, что чисто экспериментальное или полуэмпирическое исследование всех аспектов функционирования рассматриваемых установок малопродуктивно. Сложной и дорогой является процедура изучения экстремальных режимов работы устройств, а ряд их характеристик в силу замкнутости систем весьма затруднительно измерить. В этой ситу ации возрастает роль расчегно-теоретического анализа, и особую актуальность приобретает задача разработки методов и компьютерных средств расчета, построенных при максимальном учете деталей физических процессов, протекающих в плазме и других элементах приборов, с обязательным рассмотрением их в естественной взаимосвязи и ориентированных на проведение полномасштабных вычислительных экспериментов.
В последние годы в связи с развитием лазерной техники, МГД- и термоэмиссионных методов преобразования энергии, ряда актуальных направлений светотехники и плазмодинамических технологий были достигнуты впечатляющие успехи в области физики и техники селективно излучающей плазмы и энергетики использующих ее систем. Значительная роль в этом принадлежит научным школам и творческим коллективам таких организаций и институтов, как ИВТ РАН, ГОИ им. Вавилова, НИИ «Зенит», ФИ АН им. Лебедева, ИГ1М, МГТУ им. Н.Э. Баумана, МГАИ, МГУ, МГЭИ, ВНИИИС, ВНИИСИ. ряда зарубежных фирм и лабораторий, в том числе, Ливерморской Национальной лаборатории им. Лоуренса (США), исследовательских центров ведущих электротехнических концернов: «General Electric», «Silvania» США, «Osram» Германия, «Philips» Нидерланды, «Ivasaki» Япония и др.
Однако проблематика повышения энергетической эффективности рассматриваемых в диссертации систем далеко не исчерпана. Не до конца ис-
Рис. 1.10. Зависимости средней температуры <Т> (а), тока в разряде I (6), КПД системы накачки Т]1 и доли потерь энергии на стенках Т)ст(ш) от средней удельной электрической мощности <¥>, вкладываемой в разряд
а, б: 1, 2- Н§, 1- лампа открытая, 2- в системе накачки; в: 1-3 -77, , 4-6 -Т]ст 1, 4, 5 -1^, 2, 3, 6 - Хе, 1 - 3, 5. 6 - лампа в системе накачки, 4 - лампа открытая; 1, 2, 5, 6 - отражатель зеркальный, 3 - диффузный