Введение к работе
'о_ . Актуальность темы. В последние годы значительное мести в сор .теоретических и экспериментальных исследованиях течений низкотемпературной плазм)! уделяется изучению волновых процессов. Эти исследования необходимы для создания оптимальных условий работы различных технических плазменных устройств (магиитогидродинамических (МГД) генераторов, ускорителей, установок для изучения физических свойств плазмы и др.), о также для лучшего понимания процессов, протекающих гз низкотемпературной плазме. Важпой задачей является исследование на устойчивость течений в МГД-генераторах. Известно, что существование незатухающих колебаний в канале генератора приводит к ухудшению его характеристик. Поэтому представляется важным определение области параметров потока, при которых течение в МГД-генераторе является устойчивым. В особенности это относится к сверхзвуковому МГД-генератору, представляющему значительный интерес для энергетики. Исследование устойчивости течения в сверхзвуковом генераторе, основанное на построении спектра существующих в ней собственных возмущений, до последнего времени не было проведано. Другой важной проблемой является диагностика плазмы путем измерения распространения электро- и газодинамических возмущений он параметров от источников колебаний. Теоретические исследования в этой области представляются ценными, так как на сегодняшний день методи акустической диагностики МГД-плазмы остаются недостаточно разработанными. Регеение упомянутого круга вопросов требует применения современной теории волновых явлений в низкотемпературной плазме, учитывающей нелокальный характер электрических иолей. создаваемых гидродинамическими возмущениями.
Цель работы. В настоящей работе исследуется влияние нелокального характера электрического поля на волновые процессы в низкотемпературной плазме. Изучаетсялинейннй отклик плазмы на локали зеванные возмущения газодинамических параметров, а также роль rpft ниц при распространении двумертіх возмущений в плоскости, перпеп дикулярной магнитному полю. Исследуется устойчивость сверхзвукового течения в К8Н8Л8Х №ГД-генераторов различных типов. Особое внимание уделяется обратной связи через впевнюю цепь, которая создает условия для возникновения неустойчивости.
Научная ноіягеаа. Исследогчн линаинцй отклик анзкотеїшературяой рааковесйой однородной нлзхш, находящейся в магнитном поле, на локализованное начальные возмущения газодинамических параметров. Определены достаточные условия формирования предвестников возмущений скорости и давления перед фронтом звуковой волны.
Показало, что в обдем случае трехмерных возмущений МГД-зффекты приводят і; еєлокзльной генерации акустических и вихревых возмущения независимо от вида начальных возмущений.
СШшрухиа; специфический характер проявления нелокальных эффектов при распространении двумерных звукових импульсов в однородной плазме в плоскости, перпендикулярной к магнитному полю. Здесь, во-порвых, все колокалыше эффекты возникают только ври достижении норвоначллышм волновым фронтом границы плазми, а, во-вторых, наблюдается следующей - возмувилшя давления "мгновенно" распространяются только вдоль плазменной граниш, в то время как возмущения скорости охватывают весь плазменный объем. Пря этом геперащш вихрових возмущений не происходит.
Гаавнт метод расчета частот и инкрементов (декрементов) собственных одномерных колебаний пара«огро.'} точения плазмы в каналах сверхзвуковых МГД-генераторов разлитых типов. Показано, что возмущения имоют дискретний спектр, л возмохмо суиіествоьзшк; конечного числа нарастаниях ісолеозішй. Ііредставлаїш формулы для вычисления коэффициентов уравнения на собственные значения, и изучено расположение его корней на комплексной плоскости частота-
КШфЬМвНТ .
Прс-дстазлвны результаты конкретного численного расчета грашщ областей неустойчивости н пространстве безразмерных параметров, определяющих стационарное сверхзвуковое нространствешю-неоднародное течение ндазмн продуктов сгорании в фзрадеевском МГД-геператоре со сплошными электродами к в МГД-генераторе Холла. Показано, что зависимость "размеров" области неустойчивой работы генератора от входных параметров точения является сложной и немонотонной, так что по большинству параметром существует "оптимум" для развития неустойчивости.
"Практический-ценность.- Полу чинные в L и її главах решения задач о распространении импульсов и периодических колебаний в плазмо, находящейся в магнитном ноле, нредитамлятт интерес для
разработки методов диагностики плазмы, основанных на измерения реакции плазмы па создаваемое возмущения. Эти ремспия также могут быть пспользопапн для изучения переходных процвсссв и устойчивости магпитогозодипзмических течений к неодномерянм возмущениям.
Результати III глави когут применяться при проектировать МГД-геперзтеров и внборо устойчивых реяшов их работы. Эти результата допускают постановку специальных экспериментов по исследсвгн;ш акустической и перегревши неустойчивости сверхзвуковых. МГД-течяпий равновесной плазма. Построенные собственные функции могут служить основой для изучения нелинейной стадии развития неустойчивости сверхзвуковых МГД-точепий.
Защищаемые положения.
1.Аналитический расчет линейного отклика однородной безграничной плазмы, находящейся в магнитном поле, на возмущения давления или ззвихргшюоти, заданные з виде трохкорпой дельта-функции. Исследование асимптотмсн получении* решении и структури злоктроскус-тических и вихревых предвестников на больших расстояниях от источника возмузепил.
2. Аналитический расчет эволюции двумерных акустических возму-кієшїД в плоскости, перпендикулярной магнитному пола, в однородной ограниченной плазме з случае, когда начальное возиущегаге давления задается.в виде двумерной дельта-функции. Исследование отражения цилиндрического звукового импульса от диэлектрической и кетал^т-ческой стенок.
3.Метод расчета честот и инкрементов собственных одномерных колебаний для неоднородных течений п каналах сверхзвуковых МГД-генероторов. Уравнение на собственные значения и формулы для расчета его коэффициентов применительно к генератора;.) различных типов.
4.Численний расчет границ областей неустойчивости в пространстве параметров, определяющая стационарное сверхзвуковое течение в канале фзродеепского генератора со сплошными электродами н холлов-ского генератора с сосредоточенной нагрузкой.
Апробация роботы. Основные результата опубликована в Т печатных работах н били представлены на сессии Научного Совета АН СССР по кошлексной проблеме "Преобразование видов' энергии" (Москва, 1937), на VI Всесоюзной Екола-семкпарв "Нелинейные задачи теории
гидродинамической устойчивости" (КолюОашию, 1988), на Всесоюзном научном семинаре "Взаимодействие акустических волн с плазмой" (Meгри, 1989), на совещании рабочей группы по проблеме "Взаимодействие акустических dojih с плазмой" (Ереван, 1990), на научной сессии Секции кинотики низкотемпературной плазмы "Акустические возмущения в неравновесной плазме и газах" (Москва, 1990), на втором Всесоюзном научном семинаре "Взаимодействие акустических волн с плазмой" (Могри, 1991).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Основное содержание работы изложено на 121 странице, включая 2Z рисунка и список литературы из 101 наименования.
