Введение к работе
. .-.'
г.-.цчй Актуальность темы. Слабоионизованная плазма високого давления ~віироко используется в современной энерготике и технологій: МГД генераторах, мощных электроразрядных лазерах, различных технологичес-ческих процессах, например, сварке, резке, плавлении материалов. Поиск путей оптимизации рабочих режимов указанных устройств и процессов, а также разработка принципиально новых установок и технологий требуют проведения широкомасштабних исследований физических явлений в плазме. Большой интерес в этой связи представляет анализ протекания тока через приэлектродные области плазмы, физические процессы в которых во многом определяют интегральные характеристики разряда, а также могут стать причиной возникновения неустойчивостей разряда. Ввиду отсутствия прямой диагностики приэлектродных областей (из-за малости масштабов неоднородностей) особенно актуальным становится развитие теоретических моделей приэлектродных областей плазмы.
Применимость гидродинамического подхода, который до сих пор бил основой теоретического анализа, в приэлектродных областях микроскопического масштаба (порядка длины свободного пробега частиц) необоснована, и его использование для моделирования, вообще говоря, может привести к существенным искажениям физической картины явле-шій. Таким образом, описание таких приэлектродных областей принципиально должно вестись на микроскопическом - кинетическом - уровне. Кинетическое рассмотрение дает ответы на два принципиальных вопроса теоретического анализа: о применимости гидродинамического подхода> и, в случае положительного ответа, о корректных макроскопических условиях.
Еще один важный аспект проблемы связан с необходимостью разработки общих подходов к решению краевых задач для кинетического уравнения. Ввиду математической сложности этих задач к настоящему времени были предприняты лишь единичные попытки описания эволюции функции распределения частиц плазмы в приэлектродной области. В такой ситуации постановка и решение таких задач, помимо указанной большой практической ценности, представляет собой и значительный самостоятельный интерес.
Целью работы является получение аналитических и численных решений пространственно неоднородных кинетических уравнений как для ионной, так и для электронной компонент плазмы в стационарном случае. В случае ионной компоненты решение необходимо для вывода макроскопических граничных условий на электродных поверхностях. 8 слу-
- г -
чао электронной компонента целью решения кішетического уравиеігая является проворна справедливости использования гндродзгаамического приближения при моделировании приэлехтролных слоев и последующий вывод макроскопических граничных условий.
Научная ценность и новизна диссертации определяются впервые получеиными результатами:
-
Получено асимптотическое решение краевой задачи для модельного уравнения Больцмана для функцуи распределения ионов в прнэлек-тродном кнудсеновском слое континуальной слабоионнзованной плазми около омптт'.фующего и адсорбирующего электродов в іфодолах очень малого и очень большого по сравнению с единицей отношении работа электрического поля на длине свободного пробега ионов к энергии их теплового движения.
-
Показано, что для ионов в сильном поле в случае омиттирую-щего электрода макроскопический поток ионов в первом приближении совпадаот с потоком эмиссии, и этот вывод сохраняет свою справедливость и в рамках более строгого анализа с использованием полного уравнения Больцмана.
-
Предложены макроскопические граничное условия для концентрации ионов на поверхностях как зщіттируюшего, так и адсорбирующего электродов.
-
Разработан алгоритм совместного расчета функции распределения электронов, распределений концентрации ионов и напряженности электрического поля в прнэлектродном слое диффузного разряда.
-
Проведены расчеты прикатодного и прианодного слоев. На основе анализа результатов расчетов, выполненных п рамках разработанной методики, и расчетов, выполненных в рамках гидродинамической модели, отмечены эффекты нелокальное энергетического спектра электронов в прнэлектродном слое объемного заряда, которые связаны с отличием "хвоста" рассчитанной нелокальной функции распределения от локального распределения. Показано, что гидродинамическое приближение позволяет на качественном уровне рассчитывать характеристики диффузного разряда.
-
Получено асимптотическое и численное решение задачи об энергетической релаксации эмиттированных электронов в прикатодной области слабоионизованной плазмы высокого давления. Решение получено в пределе существенно меньшей работы электрического поля на длине свободного пробега электронов по сравнению.с характерной энергией эмиттировашшх электронов.
Т. Предложены макроскопические граничные условия для концент-
рации электронов на эмиттирующем катоде. Показано, что это условно в общим случае немонотонно зависит от величины приложенного поля.
Практическая ценность. Подученные в диссертации результати по теории прнолектродных. явлений в слаооионизонашюй плазме високого давления используются для анализа прпэлектродных пограничных слоев в МГД генераторах открытого цикла.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав и выводов, содержит t20 рисунков и список литературы из 94 наименовании.
