Введение к работе
Актуальность теин.
Исследования коллективных процессов в неравновесных системах являются одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений современной науки. Использование междисциплинарного подхода позволило выработать универсальные методы анализа таких явлений в системах произвольной природы. Одним из необходимых условий образования диссйпативных структур является открытость систем -обмен энергией и веществом с внешней средой, осуществляемый через межфазную поверхность. Очевидно, условия и характер пространственно - временной саморганизадии могут в значительной степени определяться процессами на поверхности. Классическими примерами диссйпативных структур, возникающих в результате развития мех-фазных неустойчивостей, являются конвективные ячейки в жидкости, обусловленные эффектами Марангони, автоколебания на фронтах фазовых переходов, волны гетерогенно - каталитических реакций по поверхности раздела газ-твердое тело. Протекание тока через межфазную поверхность существенно усложняет математическое моделирование процессов пространственно-временной упорядоченности. Налігше в ионизированном газе возбужденных и заряженных частиц приводит к появлению новых каналоз обмена энергией и веществом, и, следовательно, расширяет спектр коллективных возбуждений на межфазной границе.
Исследования высокотемпературных газовых и плазменных сред в значительной степени определены их практическим использованием в целом ряде технических устройств п технологам. Транспортные свойства и глобальное поведенке таких систем во многих случаях определяются гетерогенными взаимодействиями. В частности, прямые эксперименты показывают, что контракция тока в газовом разряде может начинаться с образования структуры (пятна) на одном из электродов. Кроме того воздействие концентрированных потоков энергии на поверхность может изменить ее фазовое состояние. Взаимное влияние процессов в газовой фазе и образующемся кидком слое расширяет спектр коллективных возбуаценнй менфазной границы и открывает новые возможности управления технологическими процессами.
Детальный анализ всего многообразия коллективных процессов при взаимодействии ионизированного газа с поверхностью имеет большое практическое значение в реализации методов прямого преобразования энергии, развитии физики мощных лазеров, эффективной переработки
твердых топлив, плазменной, лазерной и пучковой технологий. В значительной степени создание и оптимизация новых поколений технических устройств и технологий будет определяться прогрессом в этом направлении.
Дель работы состоит в теоретическом исследовании и математическом моделировании процессов пространственно-временной самоорганизации на поверхностях жидких и твердых тел, взаимодействующих с ионизированным газом.
Научная новизна и достоверность результатов, В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты.
Проведен анализ двумерных тепловых структур на электроде, возникающих в результате развития эмиссионной неустойчивости. Предложена модель образования конвективных течений в ионизированном газе вблизи эмитирующего электрода.
Исследован спектр гидродинамических осцилляции на поверхности жидкого электрода, граничащего с ионизированным газом при нормальном протекании тока. Проведен нелинейный анализ поверхностных воля, а также изучено их влияние на устойчивость межфазной границы ионизированный газ - жидкий электрод по отношению к тепловому пробою.
Проведен анализ устойчивости капиллярных волн на поверхности проводящей капли в ионизированном газе. Получены выражения определяющие ее критический заряд в различных предельных случаях.
Достоверность полученных в диссертации результатов определяется комплексным применением аналитических и численных методов, а также экспериментально наблюдаемыми эффектами.
Практическая ценность. Результаты исследований выявляют новые механизмы образования воля и структур на поверхностях, взаимодействующих с ионизированным газом, дают объяснение *іяду наблюдаемых явлений и могут быть использованы:
в дальнейших теоретических и экспериментальных исследованиях процессов пространственно-временной самоорганизации на межфазных "рршщах;
при расчете, создании и оптимизации устройств и технологий, в которых используются высокотемпературные газовые и плазменные среды.
На зашиту выносятся следующие основные положения:
-
Механизм образования стационарных тепловых структур на эмитирующем электроде.
-
Теоретический расчет ячеистой конвекции в ионизированном газе вблизи неоднородно нагретого эмиттера.
-
Анализ спектра гидродинамических пульсаций на границе раздела низкотемпературная плазма-жидкий электрод в условиях джоулева тепловыделения.
-
Нелинейный механизм стабилизации перегревной неустойчивости границы раздела плазма-жидкий электрод капиллярной поверхностной волной.
-
Анализ устойчивости капиллярных колебаний проводящей капли в ионизированном газе.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований, выполненных по теме диссертации, представлены:
на Всесоюзной конференции по термоэмиссионным преобразователям энергии (Обнинск, 1984);
на Научно-техническом совещании по МГД генерированию электроэнергии стран-членов СЭВ и СФРЮ (Киев, 1984);
на XVII Международной конференции по явлениям в лонизирован-ных газах (Будапешт, 1985);
на IX Международной конференции по МГД генерированию электроэнергии (Пукуба, 1986);
на VII Всесоюзной конференции по физике плазмы (Ташкент, 1987);
на III Всесоюзном совещании по физике плазмы с КДФ (Одес-са,1988). По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 124 наименования. Общий объем диссертации - 102 страницы, включая 15 рисунков.
