Сверхзвуковой поток газа в плоском канале с нормальным тлеющим разрядом в магнитном поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты численного исследования взаимодействия сверхзвукового потока молекулярного азота при скорости М = 2 и 5 с нормальным тлеющим разрядом в магнитном поле при давлении 0.6 Торр. Показано, что магнитное поле может как ускорять, так и замедлять движение токового столба разряда в газовом потоке в зависимости от поляризации вектора индукции магнитного поля. В отсутствие магнитного поля нормальный тлеющий разряд не сносится потоком, а движется с заметно меньшей скоростью, что является следствием влияния пограничных слоев газа вблизи поверхностей и с запаздыванием скорости ионизационных процессов в токовом столбе газоразрядной плазмы по отношению к скорости движения нейтрального газа, пронизывающего разряд.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Т. Суржиков

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: surg@ipmnet.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Гладуш Г.Г., Самохин А.А. Численное исследование шнурования тока на электродах в тлеющем разряде // ПМТФ. 1981. № 5. С.15–23.
  2. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Двумерная структура нормального тлеющего разряда и роль диффузии в формировании катодного и анодного пятен // Теплофизика высоких температур. 1988. Т.25. № 3. С.428–435.
  3. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 591 с.
  4. Суржиков С.Т., Райзер Ю.П. Еще раз о природе эффекта нормальной плотности тока на катоде тлеющего разряда//Письма в ЖТФ. 1987. Т.13. №8. С.452-456
  5. Surzhikov S.T., Shang J.S. Two-component plasma model for two-dimensional glow discharge in magnetic field //Journal of Computational Physics. 2004. 199. pp.437-464.
  6. Surzhikov S.T., Shang J.S. Normal Glow Discharge in Axial Magnetic Field// Plasma Sources Sciences and Technology. 2014, Vol.23. 054017.
  7. Гуськов О.В., Копченов В.И., Липатов И.И., Острась В.Н., Старухин В.П. Процессы торможения сверхзвуковых течений в каналах. М.: Физматлит, 2008. 168 с.
  8. Surzhikov S.T. Theoretical and Computational Physics of Gas Discharge Phenomena. A Mathematical Introduction, 2nd ed. de Gruyter: Berlin, 2020, 537 p.
  9. Суржиков С.Т. Диффузионно-дрейфовая модель поверхностного тлеющего разряда в сверхзвуковом потоке газа//Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2024. №1. С.145–162.
  10. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1989. 504 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расчетная схема нормального тлеющего разряда в плоском канале с потоком газа.

Скачать (66KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электродинамическая структура нормального тлеющего разряда в покоящемся газе: (а) объемная концентрация электронов (ZE = ne / n0) и (б) ионов (ZI = ni / n0), (в) — электрический потенциал (Fi = φ / ε), (г) модуль напряженности электрического поля в В/см (EfieldM = |E|), (д) объемная скорость рождения электрон-ионных пар в 1/(см3с) (Rate_Ioniz = ω). Белой рамкой показана область начального приближения конфигурации квазинейтральной плазмы. Здесь и далее n0 = 109 см-3.

Скачать (368KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Газовая динамика плоского канала при М = 5: а) — числа Маха, б) — температура в К, в) — давление в Торр, г) — плотность (Ro = ρ / ρin).

Скачать (317KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение концентраций электронов (а, б, в) и ионов (г, д, е) в последовательные моменты времени t = 25.2 мс (а, г), 76.8 мс (б, д) и 107 мс (в, е) движения нормального тлеющего разряда в магнитном поле Bz = –0.01 Тл без газового потока.

Скачать (454KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение напряженности электрического поля (а, б, в) и скорости ионизационных процессов (г, д, е) в последовательные моменты времени t = 25.2 мс (а, г), 76.8 мс (б, д) и 107 мс (в, е) движения нормального тлеющего разряда в магнитном поле Bz = –0.01 Тл без газового потока.

Скачать (464KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение концентраций электронов (а) и ионов (б) через Δt = 26 мс после начала движения разряда в потоке М = 2 без магнитного поля.

Скачать (172KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределение концентраций электронов (а) и ионов (б) через Δt = 24 мс после начала движения разряда в потоке М = 5 без магнитного поля.

Скачать (184KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределение концентраций электронов (а, б, в) и ионов (г, д, е) в последовательные моменты времени t = 2.4 мс (а, г), 8 мс (б, д) и 24.8 мс (в, е) после начала движения разряда в потоке М = 2 с магнитным полем Bz = –0.01 Тл.

Скачать (532KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Распределение концентраций электронов (а, б, в) и ионов (г, д, е) в последовательные моменты времени t = 2.5 мс (а, г), 8.4 мс (б, д) и 16.9 мс (в, е) после начала движения разряда в потоке М = 5 с магнитным полем Bz = –0.01 Тл.

Скачать (542KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Распределение концентраций электронов (а, б) и ионов (в, г) в последовательные моменты времени t = 5.3 мс (а, в) и 34.1 мс (б, г) после начала движения разряда в потоке М = 2 с магнитным полем Bz = +0.01 Тл.

Скачать (265KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Распределение концентраций электронов (а, б) и ионов (в, г) в последовательные моменты времени t = 2.8 мс (а, в) и 16.2 мс (б, г) после начала движения разряда в потоке М = 5 с магнитным полем Bz = +0.01 Тл.

Скачать (260KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Распределение напряженности электрического поля и скорости ионизационных процессов в момент времени t = 34.2 мс после начала движения нормального тлеющего разряда в магнитном поле Bz = +0.01 Тл и в потоке М = 2.

Скачать (142KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Распределение напряженности электрического поля и скорости ионизационных процессов в момент времени t = 16245 мкс после начала движения нормального тлеющего разряда в магнитном поле Bz = +0.01 Тл и в потоке М = 5.

Скачать (143KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Распределение напряженности электрического поля и скорости ионизационных процессов в момент времени t = 24.8 мс после начала движения нормального тлеющего разряда в магнитном поле Bz = –0.01 Тл и в потоке М = 2.

Скачать (158KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Распределение напряженности электрического поля и скорости ионизационных процессов в момент времени t = 24.8 мс после начала движения нормального тлеющего разряда в магнитном поле Bz = –0.01 Тл и в потоке М = 5.

Скачать (173KB)
Метаданные
17. Рис. 16. Распределение коэффициента давления вдоль нижней поверхности при М = 2 и М = 5. Сплошные кривые — Bz = –0.01 Тл, штриховые кривые — Bz = +0.01 Тл; сплошная кривая — распределение коэффициента давления без разряда.

Скачать (77KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024