Pulsed jets for dense plasma generation in an external magnetic field.pdf В данной работе рассматривается капиллярный разряд с испаряющейся стенкой [1-3]. Этот разряд представляет собой мощный импульсный плазмодинамический разряд, плазма которого создается в диэлектрическом цилиндрическом канале, заполненном для облегчения электрического пробоя металлизированным порошком. При этом импульсный электрический ток протекает через цилиндрический канал и формирует в нем плотную горячую плазму, которая истекает через выходное сечение, имея высокую излучательную способность. Импульсный капиллярный разряд является одним из сравнительно простых способов получения плотной плазмы. Известно, что данный тип разряда характеризуется продолжительной, достаточно устойчивой в атмосфере плазменной структурой импульсной струи. Рис. 1. Распределение температуры T, К для импульсной струи капиллярного разряда на момент времени t = 11.3 мкс Будем считать, что ng - это граничная безразмерная величина обобщенной степени нерасчетности n, разделяющая дозвуковой и сверхзвуковой режимы импульсного истечения плазмы. При этом предположим, что давление внутри канала капиллярного разряда слабо отличается от давления на срезе сопла, через которое происходит истечение в затопленное пространство. Тогда при n > ng реализуется сверхзвуковой режим истечения плазмы [4], при котором в плазменных струях образуются ударно-волновые структуры (бочки), характерные для стационарных газовых струй. Ударно-волновые структуры состоят из диска Маха, висячего скачка уплотнения и отраженной ударной волны, а количество бочек зависит от второго критериального числа β. При этом в сверхзвуковом режиме, если выполняется условие n > ng и Δt  , вблизи сопла плазмотрона/капиллярного разряда образуется только одна группа бочек. Дальнейшее увеличение приводит к росту характерных размеров бочки. При низких давлениях среды или n   бочка не образуется и реализуется режим импульсного истечения плазмы. Математическая модель и численная методика приведена и описана в работах авторов [5-7]. Структура ударных волн одиночной эрозионной плазменной струи капиллярного разряда показана на рис. 1: 1 - косая ударная волна (граница струи); 2 - висячая ударная волна; 3 - отраженная ударная волна; 4 - центральная ударная волна (диск Маха). На рис. 2-5 показаны результаты проведенных расчетов: поле температуры T и числа Маха, а также распределения магнитного поля и магнитного давления Рм (диапазон изменения Рм = 10-100 атм) на разные моменты времени. Параметры для всех нижеприведенных графиков приведены в таблице. Невозмущенной газовой средой является воздух. Рис. 2. Пространственные распределения температуры Т, К и числа Маха при наличии внешнего магнитного поля (Рм = 100 атм) на момент времени t = 11.3 мкс. Теплофизические параметры плазмы на срезе капиллярного разряда: W = 2.7 кДж, tхар = 25 мкс Рис. 3. Пространственные распределения магнитного поля B, Тл и магнитного давления на момент времени t = 11.3 мкс Рис. 4. Пространственные распределения температуры Т, К и числа Маха при наличии внешнего магнитного поля (Рм = 100 атм) на момент времени t = 20.7 мкс Рис. 5. Пространственные распределения внешнего магнитного поля B, Тл и магнитного давления при t = 20.7 мкс Основные параметры капиллярного разряда Параметры Обозначение Величина Давление P 1 атм Температура Т 300 К Запасаемая энергия в емкостном накопителе W 2.7 кДж Характерное время энерговклада tхар 25 мкс Диаметр капилляра d 10 мм Длина капилляра L 50 мм Изменение степени нерасчетности на выходе из капилляра с течением времени n 5-140 В заключение отметим, что в данной работе исследована динамика изменения температуры, числа Маха и магнитного давления импульсных струй для системы трех капиллярных разрядов, истекающих через магнитное сопло. Внешнее магнитное поле оказывает существенное влияние, как видно из представленных на рис. 2-5 зависимостях, на основные параметры и характер истечения, что дает повод рассматривать данные системы как один из вариантов ракетного двигателя или источника интенсивного излучения.

Скачать электронную версию публикации