диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва - 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Объединенном институте высоких температур Российской академии наук.
Научный руководитель: доктор физико-математических наук, Леонов С.Б.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Василяк Л.М. (ОИВТ РАН);
кандидат физико-математических наук, доцент Судаков В.Г. (ЦАГИ)
Ведущая организация: Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, физический факультет
Защита состоится “_” _ 2013 г. в _ ч. мин. на заседании диссертационного совета Д 002.110.02 Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенного института высоких температур РАН по адресу: 125412, г. Москва, ул. Ижорская, 13, стр. 2, актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН.
Искровой разряд привлекает внимание исследователей в связи с многообразием форм существования, значительной интенсивностью воздействия на среду и малым временем отклика. Изучение сильноточных плазменных каналов связано с широким кругом практических задач, к числу которых относятся – физика молнии и молниезащиты, физика импульсных плазменных устройств, безопасность высоковольтного оборудования. Импульсные разряды высокой мощности были детально исследованы рядом авторов [1, 2]. Диапазон токов разряда распространяется от импульсов наносекундного разряда ~ 1 А до токов атмосферных разрядов ~100 МА. Исследуемый в работе разряд – протяженная искра субмикросекундной длительности занимает промежуточное положение с характерным временем токовой фазы в ~100 нс и пиковым током ~ 1 кА.
Настоящая квалификационная работа включает в себя результаты исследования процессов взаимодействия искровых каналов с неоднородными газовыми средами и с высокоскоростными газовыми потоками; исследование стримерной, переходной и сильноточной фазы разряда; особенностей распада послеразрядной тепловой каверны и зависимости указанного распада от геометрии энерговклада в разрядный канал; а также возможностей применения исследуемого разряда для интенсификации смешения компонентов неоднородной среды.
Актуальность темы.
В последние десятилетия активно развиваются смежные с физикой газовых разрядов области науки, такие, например, как плазменная аэродинамика [3]. Применение электрических разрядов различного типа позволяет создавать устройства с малым временем отклика и в перспективе позволит решать задачи, недоступные для механических устройств. Одной из актуальных задач современной плазменной аэродинамики является поддержание горения в прямоточных двигателях. Широко используются решения этой задачи механическими методами, обзор которых приведен в [4], однако большинство из них связаны с большими потерями полного давления в высокоскоростном потоке. Также опубликован ряд работ по поддержанию горения при помощи разрядов постоянного тока [5], СВЧразряда [6], а также наносекундных и стримерных разрядов [7]. Большинство представленных работ нацелено на наработку химически активных частиц в разрядной плазме и не затрагивает непосредственно проблему смешения топлива с окислителем. Указанная проблема может являться лимитирующей стадией горения в условиях высокоскоростного потока.
Поставленные задачи предлагается решить при помощи плазменного актуатора на основе высоковольтного субмикросекундного разряда. Таким образом, актуальной становится задача исследования механизмов взаимодействия импульсного разряда с неоднородными газовыми средами.
Задачи диссертационной работы.
Целью настоящей работы является экспериментальное исследование механизмов взаимодействия импульсного филаментарного электрического разряда субмикросекундной длительности с неоднородной средой, в том числе в высокоскоростном потоке, включая изучение процессов его распространения, локализации и распада. В соответствии с поставленной целью, перед автором были поставлены следующие научные задачи:
1. Изучение динамики распространения филаментарного электрического разряда субмикросекундной длительности и формирования сильноточного канала.
2. Исследование особенностей локализации канала протекания разрядного тока в неоднородной среде и высокоскоростном газовом потоке;
3. Изучение динамики и морфологии неустойчивого распада послеразрядного горячего канала.
В силу практической направленности работы к числу решаемых задач относятся также:
4. Разработка методов управления распространением и локализацией импульсного разряда; оптимизация конфигурации разрядного филамента для повышения эффективности воздействия на среду;
5. Разработка и экспериментальная проверка метода определения локального соотношения концентраций газов на основе спектроскопии излучения пробного разряда;
6. Экспериментальное исследование процесса интенсификации смешения двухкомпонентной газовой среды мощным импульсным разрядом.
Научная новизна работы.
В данной диссертационной работе изложены экспериментальные результаты по исследованию поведения нестационарных электрических разрядов в неоднородной среде и высокоскоростном потоке. Некоторые из них были получены впервые. В частности:
1. Детально исследован процесс распада послеразрядного канала филаментарного разряда субмикросекундной длительности. Подробно исследованы и описаны неустойчивости мелкого масштаба (неустойчивость Рэлей-Тейлора) и крупномасштабные (струйные) неустойчивости. Струйный тип высокоскоростных неустойчивостей обнаружен и описан впервые. На основе экспериментальных данных и результатов численного моделирования проведен анализ динамики развития обнаруженных неустойчивостей. Предложена физическая модель развития газодинамических возмущений, индуцированных импульсным разрядом.
Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.