УДК537.5

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ В ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ПРИ НИЗКИХ ДАВЛЕНИЯХ

Чернышева М. В., Марек В. П., Чирцов А. С., Швагер Д. А.


Читать статью полностью 

Аннотация

В соответствии с запланированным циклом исследований по развитию методов численного моделирования многокомпонентных газоразрядных сред, основанных на современной концепции нелокальной плазмы, построены простые тестовые численные модели газового разряда в воздухе при пониженных давлениях. В рамках полуэмпирического подхода рассчитана зависимость от давления падения напряжения на разрядном промежутке как суммы падений в прикатодном слое и на положительном столбе тлеющего разряда, вычисляемых в соответствии с их моделями, учитывающими ионизацию электронным ударом из основного состояния, рекомбинацию носителей на стенках разрядной трубки, ионно-электронную эмиссию с катода и потерю энергии электронами при столкновениях с невозбужденными молекулами. Рассчитанные зависимости падения напряжения от давления сопоставлены с результатами численного моделирования разряда, выполненного на основе решения системы гидродинамических уравнений для концентраций в двумерном случае при учете перечисленных процессов. В рамках вышесказанных приближений обе модели привели к удовлетворительно согласующимся между собой результатам, которые оказались существенно заниженными по сравнению с экспериментальными результатами в соответствующей нормальному тлеющему разряду области высоких давлений. Полученные расхождения могут объясняться недостаточной полнотой системы элементарных процессов, учитываемых при моделировании. Например, неучтенное присутствие в качестве примесей газов из трехатомных молекул может приводить к увеличению столкновительных потерь энергии электронов, что, в свою очередь, должно приводить к увеличению напряженности электрического поля в положительном столбе по сравнению с полученными в моделях значениями.


Ключевые слова: тлеющий разряд, численное моделирование, положительный столб, прикатодный слой, нормальный разряд, аномальный разряд, полуэмпирическая модель, двумерная модель

Список литературы
1.     Bogdanov E.A., Kudryavtsev A.A., Ochikova Z.S. Main scenarios of spatial distribution of charged and neutral components in SF6 plasma // IEEE Transactions on Plasma Science. 2013. V. 41. N 12. P. 3254–3267.  
2.     Богданов Е.А., Капустин К.Д., Кудрявцев А.А., Чирцов А.С. Сопоставление различных вариантов гидродинамического (fluid) моделирования продольной структуры микроразряда атмосферного давления в гелии // ЖТФ. 2010. Т. 80. № 10. С. 41–53.
3.     Bogdanov E.A., Chirtsov A.S., Kudryavtsev A.A. Fundamental nonambipolarity of electron fluxes in 2D plasmas // Physical Review Letters. 2011. V. 106. N 19. Art. N195001.
4.     Kaganovich I.D., Demidov V.I., Adams S.F. and Raitses Y. Non-local collisionless and collisional electron transport in low-temperature plasma // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2009. V. 51. N 12. Art N124003.
5.     Современные проблемы физики газового разряда [Электронный ресурс]. Режимдоступа: http://physelec.phys.msu.ru /science/discharge/discharge.html, свободный. Яз. рус. (датаобращения12.11.2013).
6.     Студентам и школьникам – книги – газовый разряд [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ph4s.ru/book_ph_razryad.html, свободный. Яз. рус. (дата обращения 12.11.2013).
7.     Автаева С.В., Оторбаев Д.К., Скорняков А.В. Экспериментальное исследование характеристик тлеющего разряда в воздухе // Вестник КРСУ. 2002. Т 2.№ 2. С. 4–6.
8.     Mahadevan S., Raja L.L. Simulations of direct-current air glow discharge at pressures 1 Torr: Discharge model validation // Journal of Applied Physics. 2010. V. 107. N 9. Art. N093304.
9.     Gambling W.A., Edels H. The high-pressure glow-discharge in air //British Journal of Applied Physics. 1954. V. 5. N1. Р. 36–39.
10.  Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 490 с.
11.  Кудрявцев А.А., Мустафаев А.С., Цыганов А.Б., Чирцов А.С., Яковлева В.И. Спектры энергии электронов в гелии, наблюдаемые в микроплазменном детекторе CES// ЖТФ. 2012. Т. 82. № 10. С. 1–6.
12.  Кудрявцев А.А., Смирнов А.С., Цендин Л.Д.  Физика тлеющего разряда. СПб: Лань, 2010. 512 с.
13.  Compilation of electron cross sections used by A.V. Phelps [Электронныйресурс]. Режим доступа: http://jilawww.colorado.edu/~avp/collision_data/electronneutral/electron.txt/ свободный. Яз. англ. (дата обращения 14.09.2013).
14.  Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Физматгиз, 1963, 640с.
15.  Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юков Е.А. Сечения возбуждения атомов и ионов электронами.  М.:Наука, 1973. 142 с.
16.  Очкур В.И. О методе Борна–Оппенгеймера в теории атомных столкновений // ЖЭТФ. 1963. Т. 45. С. 753.
17.  Гордеев С.В., Чирцов А.С. Столкновительные переходы между различающимися по спину высоковозбужденными уровнями атомов второй группы // Вестник СПбГУ. Серия 4. Физика. Химия. 1991. № 1. С. 146–149.
18.  Марек В.П., Чирцов А.С. Исследование столкновительных переходов с изменением спина между высоковозбужденными состояниями атомов гелия методом лазерной накачки // Известия Международной академии наук высшей школы. 2012. № 2 (60). С. 29–36.
19.  Marek V., Chirtsov A. Research of collisional displacement of diverse highly exited states of Helium by means of the method of levels laser injection in cluster and plasma zone //Proc. of Int. Scientific Seminar Physics of Laser Processes and Applications. Ryazan, 2012. P. 96–101.
20.  Russian Comsol Page. HUMUSOFT[Электронныйресурс]. Режим доступа: http://www.humusoft.com/produkty/comsol/ruсвободный. Яз. рус. (дата обращения 14.09.2010).
21.  Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, Физматлит, 1987. 592с.
22.  Чирцов А.С., Марек В.П. Варианты использования компьютерных технологий для интенсификации практикумов и приближения учебных работ к научным исследованиям // Информатика и образование. 2013. № 9. С. 22–34.
23.  AshiharaO. Theelectronenergy loss rates by polar molecules // Institute of Space and Aeronautical Science, Tokyo. 1975. V.40. N530.P. 257.
24.  Dalidchik F.I., Sayasov Yu.S.Recombination of electrons in molecular gases // Journal of Experimental and Theoretic Physics, 1965. V.49.P. 302–305.
25.  Rudge M.R.H. Theory of ionization of atoms by electron impact // Reviews of Modern Physics. 1968. V. 40. P. 564.
26.  Энгель А. Ионизированные газы / Пер. с  англ. М., ГИФМЛ, 1959. 332 с.
27.  Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966. 564 с.
28.  Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда / Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1961. 322 с.
29.  Catalogues–LDDIDACTIC[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ld-didactic.de/en/catalogues.html свободный. Яз. англ. (дата обращения 12.05.2013).
30.  Марек В.П., Чирцов А.С. Разработка мультимедийных описаний для нового лабораторного практикума по физике // Материалы XIIМежд. конф. Физика в системе современного образования (ФССО-13). Петрозаводск: ПетрГУ, 2013. Т. 2. С. 217–220.
31.  Чирцов А.С., Марек В.П. Новые подходы к созданию и использованию мультимедийных ресурсов  // Компьютерные инструменты в образовании. 2011. №1. С. 58 –72.
32.  Чирцов А.С., Абутин М.В., Марек В.П., Микушев С.В. Новые варианты использования информационных и мультимедийных технологий для реализации непрерывного высшего образования // Физическое образование в вузах. 2012. Т. 18. № 1. С. 109–125.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика