Введение к работе
Актз'алыюсть темы. В последнее время, в смай с развитием высоковольтной импульсной техники, широкое применение в .электрофизических установках получили прерыватели тока, основанные на разрушении проводников током значительной плотности. Существенную роль в процессах, сопровождающих электрический взрыв проводников играет стадия, начинающаяся но завершению их плавления и заканчивающаяся их разрушением. По имеющимся экспериментальным данным пменно на этой стаднії происходит рост эффективного сопротивления металла и начинают формироваться характерные радиальные возмущения поверхности проводника, которые приводят впоследствии к его стратификации. Поэтому для понимания основных закономерностей электрического взрыва проводников (ЭВП) необходимо подробное изучение процессов, в том числе и магнитогпдродинамичеекпх, сопровождающих протекание тока значительной амплитуды но расплавленному металлу.
Также значительный интерес представляют эксперименты по многократной коммутации в жидком металле (In- -Ga эвтектике). Незначительность роли тепловых эффектов в этих экспериментах приводит к тому, что прерывание тока происходит без последующего разрушения проводника. Это отличает подобную экспериментальную ситуацию от традиционно рассматриваемых и дает основание полагать, что за прерывание тока ответственны конвективные магнитогидро-динамические неустойчивости, развитие которых не приводит к необратимому изменению состояния системы.
В таком случае рассмотрение задачи о поведении плазмоподобной среды в поле собственного тока и о влиянии конвективных МГД-неустойчпвостей на ее макроскопические характеристики является актуальным.
Цель работы. Целью настоящей работы является теоретическое исследование магнитогпдродннампчееких конвективных неустойчиво-стей и построение моделей прерывания тока в токонесущих плазмо-нодобных средах.
В работе были поставлены и решены следующие конкретные задачи:
-
Построение маяомодовоп модели неравновесного фазового перехода в проводнике, который переводит его в состояние с аномально большим эффективным сопротивлением. Определение областей применимости для такой модели.
-
Выявление параметров системы, влияющих на порог неустойчивости и нахождение оптимальных условий прерывания тока.
-
Теоретическое исследование леретяжечной неустойчивости границы токонесущей плазмоподобной среды в рамках магнитной гидродинамики несжимаемой жидкости с конечной электропроводностью. Рассмотрение возможных механпомов развития крупномасштабных неустойчнвостей поверхности жидкого проводника.
-
Анализ закономерностей процесса стратификации проводника при нагружешш его током значительной амплитуды д создание математической модели этого явления, способной дать точные оценки для пороговых токов и размера страт.
-
Построение модели многократного прерывания и восстановления тока в жидкометалличеекпх прерывателях.
Научная новизна и защищаемые положения. При решении поставленных задач были получены иовые результаты, которые позволили вынести на защиту:
1. Маломодовую модель развития конвективных гидродинамиче
ских и токовых структур в токонесущей плазмоподобной среде.
-
Утверждение о том, что крупномасштабные конвективные структуры играют существенную роль в развитии магпнтогидродинами-ческой перетяжечной' неустойчивости поверхности жпдкометалянче-ского проводника с током.
-
Модель стратификации и прерывания тока на начальных стадиях электрического взрыва проводников, применимую при токах, превышающих критическое значение (6-=-9) к.А, н плотностях тока меньших 3 107А/см2.
-
Модель многократного прерывания и восстановления тока в жидкометалличеекпх прерывателях, основанную на учете магннтогидро-дшгамических конвективных неустойчнвостей.
-
Выражения для порогового тока коммутации и периода процесса многократного прерывания п восстановления тока в жидком металле
со стабилизированной границей.
Перечисленные положення определяют научную новизну выполненных исследований.
Практическая значимость работы заключается в выявлении основных факторов, влпяюших на процессы, сопровождающие протскаппе тока значительной амплитуды по проводящей несжимаемой жидкости; в нахождении значений токов, при превышении которых процессы становятся неустойчивыми, а также в рассмотрении динамики отих процессов.
Предлагаемая в работе модель позволяет по параметрам системы определить конкретные значения пороговых токов и характерных времен коммутации в жидком металле. Полученные результаты важны для понимания механизмов прерывания тока и стратификации на начальных стадиях электрического взрыва проводников. Разработанные методы описания нелинейных процессов в токонесущих пяазмоподоб-пых средах .могут быть применены для моделирования различных электрофизических систем.
Апробация работы. Результаты, положенные в диссертации, докладывались на Международной школе по нелинейной физике (Нпжпнн Новгород, 1995), на Научной конференции ПЭФ (Екатеринбург, 1995), а также на научных семинарах ПЭФ УрО РАН и ИФМ УрО РАН в 1995-1997 годах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка цитируемой литературы. Ее объем составляет 1-33 листа машинописного текста, в том числе 17 рисунков. Список цитируемой литературы состоит из 91 наименования.
