Тепломассоперенос и динамика катодных и прикатодных процессов сильноточных плазменных систем

• Автор: Цыдыпов, Балдандоржо Дашиевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 258 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КАТОДНЫХ И ПРИКАТОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

СИЛЬНОТОЧНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ СИСТЕМ

1Л. Физические параметры сильноточных разрядов на твердотельных

электродах

1.2. Закономерности и взаимосвязь катодных и прикатодных процессов

1.3. Физико-математические модели процессов в системе

«катод - прикатодная плазма»

1.3.1. Тепловые квазистационарные модели катодного пятна

1.3.2. Модели катодных и прикатодных процессов

термоэмиссионных катодов
Выводы
ГЛАВА 2. ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ СИЛЬНОТОЧНЫХ КАТОДНЫХ
УЗЛОВ
2.1. Постановка задачи
2.2. Метод решения
2.3. Влияние различных параметров на тепловой режим катода
Выводы
ГЛАВА 3. ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА
АКТИВИРОВАННЫХ ТЕРМОЭМИССИОННЫХ КАТОДОВ .
3.1. Уравнения диффузии и испарения активаторов
3.2. Двумерная задача
3.3. Математическое моделирование процессов
3.4. Основные закономерности процессов
Выводы
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
СИСТЕМЫ «АКТИВИРОВАННЫЙ КАТОД - ДУГОВОЙ РАЗРЯД»
4.1. Эволюционная физико-математическая модель процессов
4.2. Алгоритм решения обобщенной системы уравнений
4.3. Динамика процессов эволюционной системы
Выводы
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАТОДНЫХ И
ПРИКАТОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
5.1. Экспериментальный стенд и методика измерений
5.2. Тепловой режим работы катода
5.2.1. Тепловой поток в катод
5.2.2. Температурное поле
5.3. Работа выхода электронов
5.4. Удельная эрозия катода
5.5. Влияние давления газа на параметры катода
5.6. Рециклинг атомов и ионов металла в прикатодной области.
Выводы

ГЛАВА б. ОПТИМИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ТЕРМОЭМИССИОННЫХ КАТОДОВ
6 Л. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов..
6.2. Метод моделирования и оптимизации ресурса работы катодов.
6.3. Квазиодномерный метод оптимизации
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия широко используются в различных областях науки и техники сильноточные плазменные системы (СПС). Это генераторы низкотемпературной плазмы в физико-химических исследованиях, высокотемпературных технологиях, плазменной металлургии и сварочном производстве, ускорители плазмы и ионные инжекторы в плазмодинамике и плазмооптике, ракетно-космической и вакуумной технике, источники высокоинтенсивного излучения для задач квантовой электроники, радиационного нагрева летательных аппаратов при имитации входа в плотные слои атмосферы и др. [1 - 9].
Дальнейшее их внедрение и применение в промышленности выдвигают задачи совершенствования существующих и создания новых типов плазменных устройств, отвечающих комплексу повышенных требований к надежности, КПД и работоспособности. Решение этих задач тесно связано с
исследованием фундаментальной проблемы взаимодействия

низкотемпературной плазмы с твердыми стенками [10].
Среди большого разнообразия пристенных процессов в плазменных устройствах следует выделить два принципиально разных вида взаимодействия. К первому относятся процессы на стенках, ограничивающих разряд, где перенос тока через пристенный пограничный слой не оказывает существенного влияния на состояние самого слоя. Второй вид - это приэлектродные процессы на токонесущих стенках, определяющие характеристики разряда. Здесь наиболее сложны катодные и прикатодные процессы (КПП) сильноточных разрядов, формирующие параметры генерируемой плазмы и режимы функционирования плазменной системы в целом. Катоды находятся в непосредственном контакте с плазмой разряда в экстремальных условиях по уровням тепловых потоков, температур и плотностей тока. Термоэмиссионные катоды СПС, например, работают в различных средах в диапазоне давлений 10 - 108 Па, токовой нагрузки 10 - 105 А и единичных мощностей 10 - 107 Вт [2].

результате теоретических и экспериментальных исследований, показывают, что катодные и прикатодные процессы представляют единую цепочку самосогласованных и взаимосвязанных явлений. Изменения, возникающие в любом звене, приводят к перестройке всей цепочки КПП. Схематически взаимосвязь катодных и прикатодных процессов в сильноточных дуговых разрядах изображена на рис. 1.З., а типичное распределение параметров плазмы для двуслойной модели приведено на рис. 1.4.