Ток объёмного разряда измерялся с помощью безынерционного шунта. На рис.3 приведена осциллограмма тока разряда в однородном потоке. Импульсное питание основного объемного разряда и скользящих разрядов осуществляется от конденсатора, заряжаемого до напряжения 25-35 кВ. С блока запуска напряжение через разделительный конденсатор подается на управляющий электрод разрядника. Как уже отмечалось, сначала происходит поджиг плазменных листов, затем (примерно через 50-70 не) зажигается основной разряд. Полное время воздействия разряда (рис. 3) не превышает imp < 200-300 не, что много меньше характерных газодинамических времен. Таким образом, за время импульса не происходит изменения положения и конфигурации основных разрывов газодинамических параметров.
Мощность энерговыделения в объемной фазе разряда определялась на основании измерений напряжения и тока разряда. В рассматриваемых условиях среднее значение удельного энерговклада составляло 0.03-0.06 эВ/мол. При этом в плазменных листах, формируемых поверхностным скользящим разрядом, выделяется примерно 12% полной энергии. Поскольку это энерговыделение происходит в относительно тонком слое, то удельный энерговклад оказывается достаточным для генерации газодинамических возмущений в поперечном потоку направлении. Результаты экспериментов и численного моделирования показывают, что формирующиеся возмущения типа взрывных ударных волн (УВ) достаточно быстро затухают.
|
|
Рис. 3. Осциллограмма тока (0.5 кА/дел.) объемного самостоятельного разряда в воздухе при Р = 50 Тор; развертка - 100 нс/дел.
Таким образом, на установке экспериментально моделировался процесс создания плазменной области в однородном сверхзвуковом (и трансзвуковом) потоке газа с плоской ударной волной. В широком диапазоне параметров (давление воздуха 20-600 Тор) пространственная структура объемного разряда в таком потоке является достаточно однородной, влияние боковых стенок на структуру области ионизации относительно невелико. При этом время воздействия импульсного объемного разряда существенно меньше характерных газодинамических времен.
Для описания характеристик данного разряда и его влияния на структуру газодинамического течения была разработана одномерная (плоская) нестационарная численная модель. Одномерное приближение представляется в данном случае оправданным, поскольку, как уже отмечалось, структура исследуемого объемного разряда как перед фронтом волны, так и в сверхзвуковом потоке газа за УВ достаточно однородна. Таким образом, влиянием стенок в первом приближении можно пренебречь и рассматривать две пространственные области, разделенные фронтом УВ, с однородным распределением параметров в каждой из них. Значения газодинамических параметров в этих областях связаны соотношениями Гюгонио. Рассматривалась динамика нагрева газа, эволюция состава азотно-кислородной смеси и параметров исследуемого импульсного объемного разряда, воздействующего на такую газодинамическую структуру.
В начальный момент времени задавались концентрации заряженных частиц (образованных в результате воздействия УФ-излучения скользящих разрядов), а также простран- ственные распределения давления и температуры газа. Концентрации всех нейтральных частиц в начальный момент времени полагались равными своим равновесным значениям.
Для определения концентрации электронов решалось уравнение:
Здесь - координата вдоль направления распространения волны - соответствующий размер разрядной области (L1= 10 см), Da- коэффициент амбиполярной диффузии, vion и vatt - частоты ионизации и прилипания электронов, - частоты ассоциативной ионизации и электрон-ионной рекомбинации, - частоты отлипания электронов от отрицательных ионов на атомах 0(3Р), молекулах и др. Аналогичные уравнения баланса записывались для всех заряженных частиц. Учитывалось десять сортов положительных и отрицательных ионов:
Частоты ионизации и возбуждения частиц в разряде существенно зависят от величины приведенного поля E/N.
При заданном токе разряда I электрическое поле в каждый момент времени определялось из уравнения:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
