Р.Н. Гайнуллин
КОНТАКТНАЯ ДИАГНОСТИКА СТРУЙНОГО
ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО РАЗРЯДА
АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
Монография
Казань
КГТУ
2009
УДК 533.9:537.52
Контактная диагностика струйного высокочастотного
индукционного разряда атмосферного давления. <...> ISBN 978-5-7882-0678-3 В монографии предложен новый комплексный метод
контактной диагностики низкотемпературной плазмы струйного
высокочастотного индукционного разряда атмосферного
давления, позволяющий рассчитать его электромагнитные и
тепловые
характеристики
по
измеренным
значениям
продольной компоненты магнитного поля в разряде в
зависимости от скорости плазменного потока. <...> Развитый метод
даёт возможность более глубоко изучить структуру
квазистационарного электромагнитного поля ВЧИ разряда, что
позволило установить ряд новых закономерностей, присущих
данному типу разряда. <...> 2
Основные условные обозначения
e – заряд электрона;
me – масса электрона;
ni , ne , na – концентрация ионов, электронов и атомов;
g i , g a – статистический вес иона и атома;
h – постоянная Планка;
U i – потенциал ионизации;
k – постоянная Больцмана;
rd – радиус Дебая;
T – равновесная температура;
Te , Ti – температура электронов и тяжёлых частиц;
ν – частота электронных столкновений;
ω – круговая частота электромагнитного поля;
σ – проводимость плазмы;
λ – коэффициент теплопроводности;
ρ – удельная плотность;
µ – магнитная проницаемость;
с p – удельная теплоёмкость;
W – удельная объёмная мощность тепловыделения;
r
H – вектор напряженности магнитного поля;
r
E – вектор напряженности электрического поля;
r
D – вектор смещения электрического поля;
r
B – вектор магнитной индукции;
Eϕ – азимутальная составляющая вектора напряженности
электрического поля;
H z – продольная составляющая вектора напряженности
магнитного поля;
H r – радиальная составляющая вектора напряженности
магнитного поля;
3
j , jϕ – плотность тока и её азимутальная составляющая;
t – время;
c – скорость света;
r – текущий <...>
Контактная_диагностика_струйного_высокочастотного_индукционного_разряда_атмосферного_давления._Монография.pdf
УДК 533.9:537.52
Контактная диагностика
струйного
высокочастотного
индукционного разряда атмосферного давления. Казань: Изд-во
Казан. гос. технол. ун-та, 2009. – 219 с.
ISBN 978-5-7882-0678-3
контактной диагностики низкотемпературной плазмы струйного
высокочастотного индукционного разряда
В монографии предложен новый комплексный метод
атмосферного
давления, позволяющий рассчитать его электромагнитные и
тепловые
глубоко изучить
квазистационарного электромагнитного поля ВЧИ разряда, что
позволило установить ряд новых закономерностей, присущих
данному типу разряда.
занимающихся вопросами физики и техники высокочастотного
индукционного разряда, преподавателей,
студентов вузов.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского государственного технологического университета.
Рецензенты: – докт. техн. наук, проф. К.Х. Гильфанов (КГЭУ);
докт. физ.-мат. наук, проф. Л.Р. Тагиров (КГУ).
Для широкого круга научных работников и специалистов,
аспирантов и
характеристики по измеренным значениям
продольной компоненты магнитного поля в разряде в
зависимости от скорости плазменного потока. Развитый метод
даёт возможность более
структуру
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Основные условные обозначения………………………………… 3
Введение……………………………………………………………. 5
Глава 1. Экспериментальное и теоретическое исследование
высокочастотного индукционного разряда……………………...
9
1.1. Предисловие……………………………………………...... 9
1.2. Характеристика процессов в разрядной камере ВЧ
плазмотронов……………………………………………............ 10
1.3. Методы контактной диагностики теплофизических и
электромагнитных
параметров ВЧИ разряда при
атмосферном давлении………………………………………… 16
1.4. Анализ экспериментальной информации о параметрах
ВЧИ разряда…………………………………………………….
24
1.5. Математические модели для расчёта параметров ВЧИ
разряда…………………………………………………………... 30
1.6. Задачи исследования………………………………………. 36
Глава 2. Математическая модель электромагнитного поля
струйного высокочастотного индукционного разряда
атмосферного давления………………………………………... 39
2.1. Одномерная модель
высокочастотного индукционного разряда….……………….. 39
2.2. Двухмерная модель
электромагнитного поля
электромагнитного поля
высокочастотного индукционного разряда…………………... 45
2.3. Анализ полученных результатов…………………………. 56
Глава 3. Экспериментальное исследование
струйного
высокочастотного индукционного разряда атмосферного
давления………………………………………………………… 58
3.1. Описание экспериментального стенда…………………… 58
3.2. Диагностическое оборудование………………………….. 63
3.3. Методика калибровки магнитного зонда………………… 65
3.4. Оценка точности результатов измерений………………... 68
3.5. Методика проведения экспериментов и обработки
опытной информации…………………………………………..
69
218
Стр.218
Глава 4. Модель постоянной проводимости высокочастотного
индукционного разряда………………………………………...
3.6. Методика проведения оптического эксперимента……... 74
79
Глава 5.
4.1. Одномерная модель постоянной проводимости Томсона
высокочастотного индукционного разряда…………………... 79
4.2. Двухмерная модель постоянной проводимости
высокочастотного индукционного разряда…………………... 89
4.3. Закономерности структуры электромагнитного поля
ВЧИ разряда……………………………………………………. 105
Структура
электромагнитного
поля
высокочастотного индукционного разряда в приосевой
области плазмоида……………………………………………... 110
5.1. Одномерная модель ВЧИ разряда………………………. 110
5.2. Двумерная модель ВЧИ разряда………………………… 116
5.3. Обобщение полученных результатов……………………. 131
Глава 6. Численное решение задачи в одномерном случае…….. 143
6.1. Структура электромагнитного поля высокочастотного
индукционного разряда вблизи плоскости центрального
сечения плазмоида……………………………………………... 143
6.2. Построение численной модели расчёта для
центрального сечения плазмоида при
z = 0………………….. 148
Глава 7. Численное решение задачи в двухмерном случае……... 162
7.1. Структура электромагнитного поля высокочастотного
индукционного разряда в индукторе конечной длины……… 162
7.2. Анализ полученных результатов…………………………. 189
7.3. Коаксиальная структура ВЧИ разряда…………………… 195
7.4. Эффект Энгеля-Штеенбека в случае ВЧИ разряда……… 199
Заключение……………………………………………………... 202
Список литературы…………………………………………….. 204
219
Стр.219