Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. В настоящее время в связи с наметившейся тенденцией к созданию мощных космических энергоустановок наблюдается увеличение исследований магнитоплазмодинамических ускорителей. Помимо космических приложений ускорители могут применяться в експериментах по получению высокоскоростных плазменных потоков, в технологических процессах, в задачах решения проблемы управляемого термоядерного синтеза. Торцевой сильноточный ускоритель (ТСУ) является одним из перспективных МПД ускорителей. Среди достоинств ТСУ - применение многополостного катода, что обеспечивает практически полную ионизацию рабочего тела на выходе катода, а также возможность работы ускорителя на разнообразных рабочих телах: газах - аргоне, азоте и др., на парах металлов и на смесях паров металлов с газами.
Одной из актуальных проблем исследования МПД ускорителей является повышение ресурса их работы примерно с 10^ часов до уровня ~10 часов. Эта проблема непосредственно связана с явлениями в приелектродных слоях и, соответственно, с распределением параметров плазмы в области разряда ТСУ. Задача определения параметров плазмы в межэлектродном промежутке является основополагающей среди вопросов теоретического исследования МПД ускорителей. Но многие созданные методики расчета параметров потока в области разряда МПД ускорителей с торцевым електродом относятся или к гипотетическим схемам ускорителей, или не соответствуют реальным условиям вксперимента. Соответственно, во многих работах отсутствуют сравнения результатов расчета о экспериментом.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Исследование распределения параметров плазмы в области разряда ТСУ на основе разработанной физико-математической модели, позволяющей' произвести расчеты параметров потока при реальных, соответствующих експерименту критериях подобия и описать пространственные распределения магнитной индукции, полученные при работе ускорителя в квазистационарном режиме с осевой симметрией разряда.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в следующем:
1. Построена и реализована модель течения плазмы в области разряда торцевого сильноточного ускорителя, учитывающая пространственное распределение магнитной индукции и
соответствующая реальніш физическим процессам в ускорителе.
2. На основе разработанной модели исследовано влияние критериев
подобия , граничных условий на распределение параметров плазми.
3. Установлено качественное и количественное соответствие
осредненных одномерных зависимостей магнитной индукции
пространственным зависимостям.
-
Рассмотрено влияние методов решения квазиодномерных уравнений на распределение параметров плазмы в ТСУ.
-
При числах Рейнольдса магнитного Re Q~ 1 рассмотрена особенность задания-начальных условий для двумерного уравнения магнитной индукции на основе соответствующего одномерного уравнения.
6. Исследовано течение газообразного рабочего тела в
елементарних каналах многополостного катода.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие положения.
1. Метод расчета параметров плазмы в ТСУ на основе
нестационарных квазидвумерных уравнений.
2. Возможность количественного и качественного описания потока
плазмы в ТСУ на основе квазиодномерных уравнений.
-
Результаты исследования влияния методов расчета на распределение параметров плазмы в ускорителе.
-
Особенность задания начальных условий к квазидвумерной системе МГД-уравнений.
5. Результаты исследования течения газообразного рабочего тела
в каналах многополостного катода.
Достоверность работы основывается на сравнении с експериментальними данными, на сравнении с результатами расчетов другими исследователями, на проверочных расчетах по более простым моделям.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы определяется возможностью примене-ния сформулированных методик для разработки магнитоплазмо-динамических ускорителей, для тестирования последующих, более сложных моделей расчета потока плазмы в ускорителях. Рассчитанные пространственные распределения магнитной индукции в ускорителе можно применить для расчета плотности электрического тока с последующим анализом процессов в приелектродных слоях, а следовательно, для решения проблемы повышения ресурса ускорителей.
Методика расчета параметров газообразного рабочего тела в полостях ШК вследствие незначительных размеров полостей катода представляет собой, очевидно, единственную возможность определения параметров рабочего тела перед активной зоной для корректной
-s-
постановки задачи по расчету параметров плазмы в активной зоне катода.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались и обоуж-дались на семинарах на кафедре вычислительной математики и программирования МАИ под руководством проф. У.Г. Пирумова (1984,1994), в НИИ механики МТУ под руководством проф. Г.А. Любимова (март 1993, декабрь 1993), в институте Высоких Температур РАН под руководством к. ф-м. наук В.А. Битюрина (март 1993, декабрь 1994), были представлены на Международной конференции "Космические двигатели" во Франции в 1994г.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-6].
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 121 страница, в том числе 85 страниц текста и 36 рисунков. Список литературы содержит 80 наименований.