Развитие теплофизических моделей дугового, индукционного, сверхвысокочастотного и оптического разрядов

• Автор: Кулумбаев, Эсен Болотович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Бишкек
• Количество страниц: 315 с. : ил.

Содержание

Введение
1. Математическое моделирование дугового, индукционного, СВЧ и
оптического разрядов
1.1. Дуговой, индукционные, СВЧ и оптический разряды
1.2. Модели плазмы
1.3. Модель течения
1.4. Электродинамические модели
1.5. Методы решения
Выводы
2. Дуговой разряд
2.1. Модели дуги
2.2. Короткая электрическая дуга
2.3. Осесимметричная дуга в канале плазмотрона
2.4. Дуга в области анодного узла
2.5. Дуга в канале во внешних магнитных полях
2.6. Открытая дуга во внешних полях
Выводы
3. Индукционный разряд
3.1. Низкочастотный разряд трансформаторного типа
3.2. Трансформаторный тороидальный разряд
3.3. Трансформаторный плазмотрон
3.4. Высокочастотный индукционный разряд
3.5. ВЧИ плазмотрон
3.6. Индукционная лампа
Выводы
4. Сверхвысокочастотный разряд

4.1. Модель разряда радиального типа
4.2. Течение и нагрев газа в вихревых плазмотронах
4.3. Моделирование неравновесного разряда
4.4. СВЧ разряд на волне типа Ню
4.5. Движущийся разряд на волне Ню
Выводы
5. Непрерывный оптический разряд
5.1. Модели разряда
5.2. Газодинамический режим медленного горения
5.3. Оптический плазмотрон
5.4. Разряд в гравитационном поле
5.5. Разряд в закрученном потоке газа
5.6. Разряд в поперечном потоке газа
5.7. Разряд в пересекающихся лучах лазеров
Выводы
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Проведение фундаментальных исследований взаимодействия электромагнитных полей с низкотемпературной плазмой и ее применение в различных областях науки, техники и производства вызывает интерес к задачам связанным с исследованиями электрических газовых разрядов и построенных на их основе генераторов плазмы - плазмотронов. На практике широко используются дуговые, высокочастотные (индукционные, емкостные), сверхвысокочастотные и оптические разряды [1-20].
Для эффективного практического применения газоразрядных устройств необходимо: определить зависимость характеристик плазмы от внешних регулируемых параметров (давление, род и расход газа, электрический ток, напряжение, геометрические размеры, подводимая мощность электромагнитного поля и др.); управлять процессами поддержания и генерации плазмы; выбрать оптимальные режимы работы в приложении к конкретным плазменным технологиям и т.д. Решение этих задач возможно на основе всестороннего экспериментального исследования и математического моделирования электрических разрядов. С помощью теоретических моделей устанавливаются закономерности и режимы горения разрядов, особенности течения и нагрева газа, разрабатываются различные конструкции генераторов низкотемпературной плазмы. В ряде случаев теоретические исследования заменяют сложный, дорогостоящий, а иногда и принципиально невыполнимый эксперимент.
Основы теоретического описания физических процессов, происходящих в газоразрядной плазме, изложены в специальной литературе [1-2,6,21-29], где отмечается, что наряду с фундаментальным кинетическим подходом эффективным в границах применимости приближения сплошной среды является магнитогазодинамическое (МГД) описание плазмы.
с граничными условиями
г = 0: дЕг /дг- 0; г = Я : Ег = Е, а Ег и Вф находятся из уравнений Максвелла
р 1 дВ* Я 1 дЕ>
Г а ’ (р
0)£/л0 дг со дг
Вне области разряда ( г > г*: <у = 0, ек = 1) решение (1.17):
£2 = С,Я«()+С2Я()-
представляет собой суперпозицию падающей и отраженной волн.

Коэффициенты суперпозиции Си С2 вычисляются из непрерывности Ег,Ег на границе г = К
С, = -“|Я,‘2>М)+'Я?’М)]; Са = + ЛдЯ<,>(4£Л)+ е*'я™(М)] ,
где Яуд2)(кЕг) = /од (кЕг)±гУод(кЕг), Ь,{кЕг\{кЕг)- функции Ханкеля и Бесселя 1 и 2 рода; значение Е2}{ определяется по заданной мощности Р1 электромагнитного поля из выражения Умова-Пойнтинга
Р1 +7?Х)=2|С1|2/а>Мо-
В СВЧ разряде на волне типа Ню электромагнитная энергия подводится по прямоугольному волноводу сечения а х Ь ТЕ-волной с компонентами е(0; Еу = Е о)ехр(иМ - гкг В(ВХ; 0; В2 )ехр(/<ц/ - /Аз) в декартовой системе
координат, которая частично отражается и проходит через разряд (рис. 1.3 в, г). В двумерном приближении, когда изменение характеристик по направлению вектора напряженности электрического поля незначительно по сравнению с