|
Физические явления в газоразрядной плазме - Велихов Е.П.Скачать (прямая ссылка):  Помимо разогрева в результате адиабатического расширения, газ вверх по потоку может разогреваться ударными волнами, формирующимися при релаксации начального возмущения давления. При распространении ударных волн 155 в скачках уплотнения происходит диссипация энергии, являющаяся причиной нагрева газа вдали от области разряда. После прохождения волны возрастание температуры газа AT определяется соотношением [19] аг_2 у-1 (M2-I)3 ,5 94> где M — число Маха распространяющейся ударной волны. Для характерных энерговкладов, достижимых в однородном тлеющем разряде, (М—1)«0,2. При этом из (5.94) следует, что нагрев газа одиночной ударной волны оказывается незначительным: ДТ/Т0»Ш 3 Из вышесказанного ясно, что нахождение времени выноса нагретого газа из зоны разряда требует, строго говоря, решения нестационарной газодинамической задачи. Только из решения этой задачи можно получить время и характер установления квазистационарного режима течения газа в стадии большого числа повторяющихся импульсов тока. Естественно, что подобную задачу можно решить только численно, что и было сделано в работах [20]. Основной результат численного исследования уравнений одномерной газодинамики заключается в следующем. Если дозвуковой поток газа в некоторой области размером /„ периодически возбуждается импульсами тока разряда такими, что Wp~ ~р, то при частоте следования импульсов fi\m = v/t0, в разрядной зоне к началу каждого импульса тока устанавливается уровень значений температуры и плотности газа, отличающихся от невозмущенных значений на 10—30 %. Следующим вопросом является вопрос о том, в какой степени указанный уровень возмущений влияет на устойчивость объемного разряда. Совершенно ясно, что один и тот же уровень возмущений ухудшает устойчивость самостоятельного разряда гораздо сильнее, чем несамостоятельного. Действительно, изменение локальной концентрации электронов и, следовательно, локального энерговклада в самостоятельном разряде при изменении концентрации газа описывается формулой, следующей, например, из (2.7): owp sn д (in v,) (5.95) Wp N o (In ?)• 8 Видно, что благодаря сильной зависимости Vi от напряженности поля E в самостоятельном разряде 10—30 %-ные флуктуации концентрации газа приведут к существенным флуктуациям б W и, значит, однородность газового разряда будет существенно нарушена. 156 ¦I Примечательно, что подобная картина хорошо подтверждена на опыте. Оказывается, что импульсно-периодический самостоятельный разряд в потоке газа при указанных выше энерговкладах теряет свою устойчивость уже при частотах, в 2,5—3 раза меньших /Um. В то же время несамостоятельный импульсно-периодический разряд в потоке газа остается устойчивым вплоть до частот /, близких к значению /lim. Выше отмечалось, что энергия, уносимая ударными волнами из зоны разряда, составляет малую долю от полного энерговклада в газ. Следует заметить, однако, что газовый канал представляет собой некий акустический резонатор. Поэтому, если время затухания волн сравнимо с периодом следования импульсов тока, то внешнее периодическое воздействие может привести к раскачке в разрядной области отнюдь не малых по амплитуде собственных колебаний плотности газа с частотой \n=ncj2la, где Cs — скорость звука, Ia— длина акустического резонатора, п=1, 2, 3,... В этом случае возбуждаемые разрядом акустические колебания из-за большой чувствительности энерговклада в газ к флуктуациям плотности газа могут оказывать сильное влияние на структуру разряда. Такая обратная связь способна привести к раскачке неустойчивости разряда, названной в литературе перегревно-акустической [12, с. 149]. Физическая причина неустойчивости связана с тем, что акустические волны, бегущие под небольшим углом навстречу потоку газа, медленно затухают. Оставшееся от предшествующего импульса акустическое возмущение плотности газа приводит к нарушению однородности энерговклада. Повышенное выделение энергии в областях с повышенной температурой газа сопровождается увеличением давления. Достаточно большое увеличение давления может привести к дальнейшей раскачке звуковых колебаний. Примечательно, однако, что роль указанных эффектов можно в значительной степени уменьшить соответствующим подбором элементов газодинамического канала. Так* адиабатическое расширение горячего газа вверх по потоку можно ограничить, использовав входной канал малого сечения. Развитие же перегревно-акустической неустойчивости, происходящее при совпадении частоты следования импульсов с какой-либо из собственных частот акустического резонатора, можно подавить изменением длины канала Ia. СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Pemep Р. Электронные лавины и пробой в газах.— M.: Мир, 1968. 2. Лозанский Э. Д., Фирсов О. Б. Теория искры.—M.: Атомиздат, 1975. 3. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика сплошных сред.— M.: Гос-техиздат, 1954. 4. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда.— M.: Госатомиздат, 1961. 5. Лифшиц Е. M., Патаевский Л. П. Физическая кинетика.— M.: Наука, 1979.
Авторские права © 2011 BooksOnChemistry. Все права защищены. |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
