Введение к работе
Актуальность темы. Исследование поведения плазменных образований в магнитном поле представляет определенный интерес для широкого круга задач, связанных с созданием и использованием плазменной техники в промышленности и науке, с развитием космической техники и изучением околоземного пространства, с изучением астрофизических процессов.
Несмотря на рост интереса к изучению процесса распостране-ния плазменных струй в магнитном поле, в настоящее время этот вопрос еще недостаточно изучен вследствие многопараметричности и сложности решения подобного рода задач. Представленные в литературе работы дают достаточно полную информацию о характере взаимодействия с магнитным полем лишь плазменных сгустков модельной геометрии и об особенностях поведения плазменной струи в отсутствие магнитного ПОЛЯ.
Учет влияния магнитного поля при распостраненш плазменной струи существенно усложняет задачу. Помимо уравнений гидродинамики для плазмы необходимо рассматривать, совместно с ними, электродинамические уравнения Максвелла, поскольку в ряде случаев необходимо учитывать влияние индуцированного магнитного поля и эффект Холла. Определенные трудности связаны с наличием свободной границы струи и различными характерными масштабами в разных частях струи.
Имеющиеся работы по плазменным струям в магнитном поле связаны, в основном, с экспериментальным исследованием характеристик конкретных технических устройств и посвящены либо изучению распостранения струй, ограниченных в поперечном направлении стенками, либо содержат лишь самые общие оценки влияния магнитного поля на струю плазмы.
Цель работы. Создание и реализация фізико-математической модели, описыващей поведение сверхзвуковой плазменной струи в приложенном магнитном поле, направленном вдоль оси струи. Численное исследование характерных особенностей поведения плазменной струи при наличии магнитного поля; рассматриваются положение границы струи, распределение плаэмодинамических и электромагнитных параметров, влияние струи на конфигурацию приложенного магнитного поля.
Научная новизна работы определяется ее направленностью и состоит в следующем.
1. Построена и реализована в виде комплекса программ
модель распостранения сверхзвуковой плазменной струи при
наличии магнитного поля, учитывающая двухтемпературность
плазмы, индуцированное магнитное поле, возможность азимуталь
ной закрутки струи всяедствие МГД-взаимодействия и эффект
Холла.
А.
2. Исследовано "влияние приложенного продольного магнитного
поля на положение свооодной границы струи и щдродинамические
параметры плазмы. Рассмотрен механизм образования в струе зон
с дозвуковым режимом течения. Обнаружена возможность регуляр
ного отражения висячего скачка уплотнения от оси симметрии.
-
Исследовано распределение индущфованного магнитного поля Свозмущение приложенного) в струе и окружающем пространстве при умеренных Re .
-
Рассмотрено влияние учета индуцированного магнитного поля на параметры струи.
-
Исследовано распределение электрических токов в струе при учете эффекта Холла. Обнаружена возможность образования в струе нескольких замкнутых токовых конфигураций.
Защищаемые положения.
1. Построенная модель, описывающая поведения плазменной
струи при наличии магнитного поля.
-
Алгоритмы реализации предложенной модели.
-
Результаты исследования влияния приложенного магнитного поля на характеристики струи.
-
Результаты исследования индуцированного магнитного поля и его влияния на параметры струи.
5. Результаты исследования распределения электрических
токов в струе при учете эффекта Холла.
Достоверность работы подтверждается рядом полученных результатов, качественно совпадающими с представленными в литературе.
Практическая ценность работы определяется предметом исследования, тем что полученные результаты представляют интерес как в теоретическом плане, так и для практических приложений. Разработанный комплекс программ можно использовать как в целом; для планирования экспериментов по изучению распостранения плазменных струй в космическом пространстве, при разработке магнитоплазьюдашамических двигателей и ускорителей, при
решении задач управления струей в технологических процессах, так и прихенять его отдельные элементы для решения других теоретических и прикладных задач, например при исследовании плазменных течений в каналах различных МГД-устройств.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее приложений" (Москва, 1990 г. Э, на II Всесоюзном симпозиуме по радиационной плазмодинамике С п. Кацивели, ..1991 г.), на семинаре кафедры вычислительной математики и программирования МАИ под руководством проф. У. Г. Лирумова С1993 г. 3.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 149 страниц, в том число 113 страниц текста, 38 рисунков. Список литературы включает 107 наименований.