Электрогидродинамическая и тепловая неустойчивость поверхности проводящей жидкости

• Автор: Суворов, Василий Германович
• Шифр специальности: 04.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 119 с. : ил

Содержание
I ВВЕДЕНИЕ.

II Динамика поверхности проводящей жидкости в сильном электрическом поле

А Введение

Б Численное моделирование динамики жидкой проводящей поверхности

в сильном электрическом поле. Постановка задачи.

В Метод решения.

Г Результаты зависимость профиля поверхности от начальной формы

возбуждения и от напряженности внешнего поля .

Д Результаты эволюция физических величин в нелинейной стадии развития электрогидродинами ческой неустойчивости

Е Оценка влияния пространственного заряда на эволюцию поверхности

Ж Выводы
III Развитие тепловой неустойчивости поверхности проводящей жидкости в присутсгвиии автоэлектронной эмиссии
А Введение
Б Постановка задачи о нагреве жидкометаллического эмиттера, авто
электронным током.
В Метод решения.
Г Результаты расчета динамики тепловыделения в жидкометалличе
ском эмиттере и их обсуждение.
Д Выводы
IV Самосогласованная модель электронной эмиссии из металла при
высоких плотностях тока
А Введение
Б Функция распределения электронов в металле в 8ми моментиом приближении Грсда
В Самосогласованное определение функции распределения электронов ь
металле в присутствии автоэлекгронной эмиссии.
Г Результаты и обсуждение.
Д Выводы
V Заключение. Основные результаты
VI Приложение. Вывод граничных условий для давления на поверхности жидкого металла во внешнем электрическом поле
VII Рисунки
I. ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность


Кроме того, состояние жидкого металла в фазе предшествующей взрывной электронной эмиссии характеризуется наличием высоких плотностей тока 9Лсм2 и больших градиентов температур Ксм существенный разогрев поверхности, при этом, может происходить за времена меньшие, чем 0. Естественно, что при таких условиях функция распределения электронов внутри металла не может считаться равновесной, а эмиссионные характеристики катода описываться теорией ФаулераНордгейма, поэтому пеобходимо создание моделей термоавтоэлектрониой эмиссии, учитывающих неравновесное состояние электронного газа вблизи эмитирующей поверхности. Из общей цели вытекают три основные задачи диссертационной работы. Вопервых, учитывая особенности задач элсктрогидродинамики, необходимо предложить и реализовать метод, который позволял бы описать динамику свободной проводящей поверхности в сильном электрическом поле от начальной стадии до стадии формирования конуса Тэйлора, г. Метод должен обеспечить высокую точность и однозначность определения свободной поверхности и связанных с ней величин кривизны, электрического поля, скорости без внесения каких либо искусственных сглаживаний. Вторая задача состоит в обобщении данной методики расчета в направлении учета разогрева образующегося острия током авгоэлектронной эмиссии. То есть, одновременно с расчетом движения жидкости таким же методом будет решена двумерная задача теплопроводности и исследована динамика температуры внутри жидкости, динамика плотности автоэмисснонпого тока и полного тока с поверхности. Кроме того, будет изучен вклад в энергетический баланс катода поверхностного источника энергии источника Поттингама. Третья задача состоит в обобщении равновесной теории автоэлектронной эмиссии теории ФаулераНордгейма на неравновесный случай, т. Каждой из трех задач соответствует отдельная глава диссертации. Во первой главе проведено двумерное численное моделирование неустойчивости жидкой проводящей поверхности с осевой симметрией в сильном электрическом иоле. Для исследования течения жидкости был использован метод расщепления по физическим факторам с преобразованием расчетной области к канонической форме. Контур, ограничивающий расчетную область, на каждом шаге по времени с помощью замены переменных отображается в прямоугольник, а система уравнений НавьеСтокса совместно с уравнением Лапласа для определения электрическою поля на поверхности решается в системе новых переменных. Из решения самосогласованных уравнений на гидродинамические моменты получены новые зависимости основных эмиссионных характеристик катода от приложенного электрического поля, температуры и работы выхода. В области высоких полей и относительно низких температур, т. В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации. Некоторые технические расчеты, во избежание загромождения основного текста, вынесены в Приложение. Научная новизна и практическое значение работы. В диссертации предложен способ описания эволюции проводящей поверхности электрическом поле, решающий проблему хаотизации, ранее наблюдавшуюся при решении подобных задач методом МАС. Решение достигается естественным образом, без искусственного сглаживания поверхности, путем решения системы уравнений в новых переменных. С помощью данной методики изучена динамика проводящей поверхности во внешнем электрическом поле в геометрии с осевой симметрией. Впервые исследована зависимость образующегося профиля поверхности от начальной формы возмущения и от величины напряженности внешнего поля показано, что эволюция поверхности приводит к формированию на изначально гладкой поверхности особенности конуса с углом раствора близким к углу Тэйлора. В диссертации впервые исследована динамика основных физических величии кривизны поверхности, напряженности электрического ноля, скорости при образовании конуса. Впервые предложена и реализована модель развития тепловой неустойчивости при протекании эмиссионного тока через вершину образующегося конуса. В рамках данной модели изучены основные особенности процесса перехода тепловой неустойчивости к фазе взрывной электронной эмиссии. В диссертации впервые предложена самосогласованная модель автоэлектронной эмиссии, обобщающая равновесную теорию Фаулера.