Динамика потоков и ускорение микрочастиц в импульсном электротермическом ускорителе

• Автор: Масленников, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с.

Содержание.
ВВЕДЕНИЕ
1. Анализ процессов формирования потоков в стволе ускорителя и динамики ускорения микрочастиц
1.1. Динамика потоков и ускорение микрочастиц в ускорителе с одноразрядной схемой разрядного узла (двухэлектродный ускоритель)
1.2. Динамика потоков и ускорение микрочастиц в ускорителе с двухразрядной схемой разрядного узла (трехэлектродный ускоритель)
1.3. Динамика потоков и ускорение микрочастиц в ускорителе с двумя разнесенными в пространстве разрядными промежутками
1.4. Динамика потоков и микрочастиц в пространстве между срезом ствола
и подложкой
2. Конструктивные особенности, схемы импульсного электропитания и энергетические характеристики экспериментальных образцов импульсных электротермических ускорителей
2.1. Конструктивные особенности экспериментальных образцов импульсных электротермических ускорителей
2.2. Цепи импульсного электропитания ускорителей
2.3. Электрические характеристики ускорителей
3. Экспериментальное исследование формирования потоков в ускорителе
3.1. Оборудование и измерительные методики
3.2. Визуализация структуры потока для ускорителя с одноразрядной схемой разрядного узла

3.3. Определение динамических характеристик потоков двухэлектродного ускорителя
3.4. Определение динамических характеристик потоков трехэлектродного ускорителя
3.5. Измерение температуры плазменного потока
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение.
Уникальные возможности устройств мощной импульсной электрофизики, в частности, достижение рекордных значений импульсной мощности, позволяют им находить чрезвычайно широкое применение в современных технологиях.
Одним из таких применений является использование импульсных электротермических ускорителей для ускорения микрочастиц порошковых материалов с целью нанесения покрытий на поверхность различных изделий. По своим потенциальным возможностям данный способ нанесения покрытий обладает рядом преимуществ перед традиционно используемыми аналогами, такими как детонационные установки [1,2], плазмотроны [3-6] и газопламенные установки [7,8]. Прежде всего следует отметить, что электротермические ускорители могут создавать газовые и плазменные потоки, чьи скорости существенно превосходят скорости потоков, получаемые другими методами. Это дает возможность провести ускорение микрочастиц порошковых материалов до существенно более высоких скоростей, что способствует более прочным связям между покрытием и основой [7-13].
Кроме этого, подобные установки позволяют осуществлять ускорение микрочастиц в контролируемой по составу и давлению среде, в частности при ат-мосферных условиях, что является немаловажным для промышленного применения. Ввиду отсутствия продуктов сгорания горючих смесей данные установки позволяют получать покрытия с высокой степенью химической чистоты.
Параметры формируемых потоков в стволе электротермического ускорителя обеспечивают необходимые условия для нагрева микрочастиц порошков практически всех материалов до температур плавления и выше, при этом имеется возможность управления параметрами формируемых потоков в широком диапазоне путем регулировки режимов работы ускорителя.
Рассматриваемый способ нанесения покрытий не требует специальной термической и механической обработки подложки. Отсутствие горючих смесей для работы электротермического ускорителя позволяет обойтись без специаль-

Моделирование динамики потоков в трехэлектродной схеме разрядного узла с помощью численных моделей происходит следующим образом. Область энерговложения имеет два промежутка, расположенных последовательно друг за другом (рис. 12). Первый из них размещен в начале разрядного узла в координатах О-йь Здесь в течение интервала времени А1 по определенному закону происходит вложение энергии Ш. Сформированный в результате этого высокоскоростной поток распространяется вдоль ствола ускорителя, заполняя второй разрядный промежуток 1р, который в это время находится в ждущем режиме с поданным напряжением на его электроды. По мере заполнения его сформированным в первом разрядном промежутке потоком происходит замыкание цепи разрядного контура и начинается процесс выделения запасенной в накопителе энергии. Как показали расчеты, момент начала интенсивного вложения энергии в разряд совпадает с моментом заполнения разрядника плазменной частью потока. Параметры первого разрядного промежутка (11 = 1,5 см; А1 = 2,5 мкс; У1 = 50 Дж) задавались с учетом проведенного экспериментального макетирования, позволившего определить рабочие условия, обеспечивающие надежное срабатывание установки. Емкость накопителя второй ступени равна 12 мкФ, зарядное напряжение варьировалось в пределах 6-й 2 кВ, паразитные индуктивность и сопротивление имели значения 0,25 мкГн и 15 мОм, соответственно. Длина разрядного промежутка (1р) составляла 5 см, его диаметр и диаметр ствола ускорителя равны 6 мм. При этих параметрах разряд в основном разрядном промежутке инициируется приблизительно через 50 мкс после начала процесса вложения энергии в первый разрядный промежуток.
Анализ динамики газовых потоков в ускорителе проводился для различных уровней вкладываемой энергии во второй разрядный промежуток, при этом основными исследуемыми параметрами являлись плотность, скорость, температура и давление газа. В качестве примера полученных результатов могут служить зависимости для динамики потоков в трехэлекгродной схеме разрядного про-