等离子体放电柱磁螺旋不稳定性的线性理论

在静电磁流体方程基础上,提出了柱状放电电弧等离子体磁螺旋不稳定性的一种新的线性分析方法.通过数量级分析得到的简化扰动能量方程研究了外轴向磁场中阻抗粘滞m=1慢模,解析地给出了全部解和不稳定性增长率.并讨论了外加轴向磁场、弧电流和弧柱半径与外管壁半径相对大小等对电弧不稳定性的影响 关键词：     

纵磁作用下真空电弧单阴极斑点等离子体射流三维混合模拟

真空电弧的特性直接受到从阴极斑点喷射出的等离子体射流的影响,对等离子体射流进行数值仿真有助于我们深入了解真空电弧的内部物理机制.然而,磁流体动力学和粒子云网格仿真方法受限于计算精度和计算效率的原因,无法有效地应用于真空电弧等离子体射流仿真模拟.本文开发了一套三维等离子体混合模拟算法,并在此基础上建立了真空电弧单阴极斑点射流仿真模型,模型中将离子作宏粒子考虑,而电子作无质量流体处理,仿真计算了自生电磁场与外施纵向磁场作用下等离子体的分布运动状态.仿真结果表明,单个阴极斑点情况下真空等离子体射流在离开阴极斑点后扩散至极板间,其整体几何形状为圆锥形,离子密度从阴极到阳极快速下降.外施纵向磁场会压缩等离子体,使得等离子体射流径向的扩散减少并且轴线上的离子密度升高.随着外施纵向磁场的增大,其对等离子体射流的压缩效应增强,表现为等离子体射流的扩散角度逐渐减小.此外,外施纵向磁场对等离子体射流的影响也受到电弧电流大小的影响,压缩效应随电弧电流的增加而逐渐减弱.     

弱电离尘埃等离子体的介电张量研究

忽略磁场作用,通过求解含BGK碰撞项的Boltzmann方程和尘埃粒子充电方程导出了弱电离尘埃等离子体介电张量的表达式.证明了“冷”尘埃等离子体的纵向介电张量系数与横向介电张量系数相等.完善了弱电离尘埃等离子体电磁特性的理论模型. 关键词： 弱电离尘埃等离子体 Boltzmann方程 充电方程 介电张量     

横向磁场作用下自由电弧的温度场与速度场

热等离子体的应用在节约能源和能源开发方面起着愈来愈重要的作用。本文从理论和实验方面研究了横向磁场作用下自由电弧的温度场和速度场。从七个方向测量了非柱对称弧柱的谱线强度H_β的分布。再通过Maldonado-Olsen转换求得发射系数场和温度场。借助于能量方程、连续方程等数值计算得到弧柱中的速度场。最后,对实验和计算结果进行了讨论,提出了有旋洛伦兹力能感应出流场的物理机制,它将有助于热等离子体在能源科学中获得更广泛的应用。     

电弧螺旋不稳定性理论的简化分析和数值研究

在静电磁流体方程基础上提出了柱状放电弧等离子体的磁螺旋不稳定性的一种新的线性分析方法。通过数量级分析得到了简化扰动能量方程。数值研究了外加轴向磁场、输入功率和弧柱半径外管壁半径相对大小等对电弧不稳定性的影响。     

电弧螺旋不稳定性理论的简化分析和数值研究

在静电磁流体方程基础上提出了柱状放电电弧等离子体的磁螺旋不稳定性的一种新的线性分析方法。通过数量级分析得到了简化扰动能量方程。数值研究了外加轴向磁场、输入功率和弧柱半径外管壁半径相对大小等对电弧不稳定性的影响。     

高性能自持燃烧的氘氚等离子体

在等离子体密度分布一定的情况下，从电子、离子的能量输运方程出发，对常规剪切和中心负剪切位形下高性能自持燃烧的氘氚等离子体进行了研究.常规剪切下采用与能量约束改善因子H有关的Bohm热传导系数，中心负剪切下采用一个与磁剪切有关的Bohm-gyro-Bohm混合型的热传导系数，并考虑了α粒子反常扩散和动态反馈加热对氘氚自持燃烧的影响.研究结果表明，常规剪切下当H≥3时，才有较大的能量输出，当H接近4时无须动态反馈加热氘氚就能获得自持燃烧；在中心负剪切位形下，等离子体的运行性能更高，有更高的能量输出，一旦氘氚达 关键词： 高性能等离子体 氘氚自持燃烧 中心负剪切     

考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

基于局域热平衡状态假设并考虑金属蒸汽的作用, 建立了钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用的三维数学模型. 电弧等离子体的热力学参数和输运系数由温度和金属蒸汽浓度共同决定, 并使用第二黏度近似简化处理金属蒸汽在氩等离子中的输运过程. 在考虑熔池流动时, 主要考虑了浮力、电磁力、表面张力和等离子流拉力的作用. 通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解, 得到了金属蒸汽在电弧中的空间分布、电弧和熔池的温度场、速度场和电流密度分布等重要结果. 通过与未考虑金属蒸汽的结果对比, 研究了熔池上表面产生的金属蒸汽对电弧等离子体行为的影响, 以及电弧等离子对熔池行为的影响. 结果表明, 金属蒸汽主要富集在熔池上表面附近; 金属蒸汽对电弧等离子体有明显的收缩作用, 而对等离子速度和电势影响较小; 金属蒸汽的出现对熔池上表面速度分布和剪切力分布以及熔池形貌并无明显影响. 求解结果与已有的实验结果和计算结果符合良好.     

托卡马克等离子体的热平衡特性与脱栏现象

本文利用欧姆加热条件下简化的能量平衡方程研究了热传导与杂质辐射的综合效应。首先指出边缘辐射带的建立与随半径增大而增大的K=nx模型紧密相关(x为电子热传导系数,n为等离子体密度),然后利用删削层中能量平衡关系确定边界温度,自洽地求解了能量平衡方程,得出的脱栏等离子体形成条件能较好地解释有关实验观察到的多种现象。     

颗粒与交流电弧等离子体温度场的相互作用

研究了大气压下交流电弧等离子体温度场与入射颗粒的相互作用．在等离子体连续方程、能量方程中增加一项由颗粒直径及能焓变化引起的源项,对方程组进行无量纲化以及对弧柱边界进行迭代解决了交流电弧等离子体的动边界问题．计算了不同的颗粒入射量、颗粒半径、交流频率、初始弧柱半径和有无对流等五种情况．通过对铝颗粒和氩等离子体的计算表明：颗粒和交流电弧等离子体的相互作用对颗粒的加热历程和等离子体温度场都有重要影响．研究结果适用于交流频率范围10—100Hz.这个范围包括了大多数工业用交流电弧的频率. 关键词：     

磁场中电弧等离子体柱的螺旋不稳定性

讨论了具有抛物互形电流分布的电弧等离子体柱在磁场中的不稳定性问题，从磁流体力学方程组出发，推导出电弧柱扰动满足的方程与边界条件，求得了这些方程的解析解，进而导出了在趋中心电流分布情形下电弧运动所满足的微分方程，由此给出了稳定性判据。将所得结果与均匀电流分布情形做了比较，稳定区域增宽，与实验结果相符。     

在Bohm模式下氘氚燃烧的等离子体温度分布

在一定的等离子体密度分布下,从电子和离子能量输运方程出发,研究了氘氚燃烧下的等离子体温度分布.研究中采用了JET适用的Bohm模式下的热传导系数,考虑了α粒子的反常扩散效应,动态反馈加热.研究结果表明,Bohm模式下的热传导率从等离子体中心到边缘逐渐增加;为了维持氘氚燃烧,必须有动态反馈加热,否则,燃烧将熄灭;α粒子的反常扩散,使得加热效率因子η_α在中心区域小于1,在外层大于1;α粒子的反常扩散越强烈,中心离子温度越高,是由于中心区域的热传导小,电子温度低,反馈加热功率增加的结果;B 关键词：     

用正交光路全息干涉CT技术重建电弧等离子体三维温度场

本文利用正交光路全息干涉技术和计算机有限角层析算法,借助电弧等离子体物理方程,对非对称电弧等离子体三维温度场的诊断进行了研究.     

超强激光功率密度对等离子体中自生磁场和电子热传导的影响

应用多光子非线性康普顿散射模型、3维粒子模拟模型和数值计算方法,研究了超强激光与等离子体作用中自生磁场产生和电子热传导过程,提出了将非线性康普顿散射光作为改变等离子体自生磁场和电子热传导的新机制,给出了自生磁场最大饱和值和超热电子热传导的修正方程和数值计算结果 .研究发现在时间为100~160内,自生磁场能量随入射激光功率密度增大而迅速增大,之后处于较高饱和阶段.增大的初始时刻较散射前提前了20,增大阶段的时间延长了30,饱和阶段增幅为40%.入射激光功率密度为1019~1020W/cm2时,自生磁场强度最大模拟值为1.47×104~3.75×104T,单电子能谱峰值出现在3.3 Me V和6.6 Me V附近,能谱曲线在4~15 Me V和11~14.3 Me V迅速衰减,在6.7 Me V和13.2 Me V以上时,超热电子有效温度为2.6 Me V和4.5 Me V,比无散射的理论值和拟合值均有一定增大.随入射激光强度增大,热流随激光脉冲一起向等离子体内流动的时间缩短,自生磁场限制热流的时间延长.对所得结果给出了初步物理解释.     

ICP-AES法的外加磁场效应

等离子体与一般气体的不同之处就是它的运动受到磁场的影响,当等离子体横越磁力线运动时就会受到磁场的阻力,还会产生电流。发射光谱中常用的等离子体直流电弧的磁场效应已被研究和应用,它在外加磁场(50—400高斯)作用下可增加试样微粒在等离子体中的停留时间,改变激发温度和电子密度及其分布,改变电弧的外形,并使放电稳定,以致谱线强度有明显变化。例如在直流电弧和氩气气氛的情况下,非均匀磁场可使弧温提高780 K,电离度和电子密度也为之增加,钴、镍和锰的谱线强度分别提高到36.8、32.4和7.5倍。在直流电弧中加100高斯的均匀磁场,可使17个元素的谱线增强到1.7—43倍。对于交流电弧也发现了外加磁场的影响。将试液气溶胶喷入交流电弧进行分析时,600高斯的均匀磁场可使放电稳定,弧温增高600K,锰、铬、钼和铁的谱线强度增加到3—5倍。此外用空心阴极光源作光谱分析时,以及在激光微区光谱分析中,外加磁场也能提高灵敏度。但ICP光源的外加磁场效应尚未见报导。     

等离子体的热力学研究

本文利用不可逆过程热力学讨论了在均匀磁场作用下的等离子体,得到了电流方程并指出了磁场对电流的影响。同时讨论了部分游离的等离子体中的电流、扩散和热扩散对电流的影响以及磁场对扩散的影响。     

气流对电弧螺旋不稳定性的影响

采用与时间有关的线性微扰理论,研究了气流作用下电弧等离子体的螺旋不稳定性,导出了相应方程和满足的边界条件,给出了临界Maecker's数和不稳定性增长率等定量结果.计算结果表明,轴向气流对电弧稳定性起重要作用.     

变系数瞬态热传导问题边界元格式的特征正交分解降阶方法

提出了一种基于边界元法求解变系数瞬态热传导问题的特征正交分解(POD)降阶方法,重组并推导出变系数瞬态热传导问题适合降阶的边界元离散积分方程,建立了变系数瞬态热传导问题边界元格式的POD降阶模型,并用常数边界条件下建立的瞬态热传导问题的POD降阶模态,对光滑时变边界条件瞬态热传导问题进行降阶分析.首先,对一个变系数瞬态热传导问题,建立其边界域积分方程,并将域积分转换成边界积分;其次,离散并重组积分方程,获得可用于降阶分析的矩阵形式的时间微分方程组;最后,用POD模态矩阵对该时间微分方程组进行降阶处理,建立降阶模型并对其求解.数值算例验证了本文方法的正确性和有效性.研究表明:1)常数边界条件下建立的低阶POD模态矩阵,能够用来准确预测复杂光滑时变边界条件下的温度场结果;2)低阶模型的建立,解决了边界元法中采用时间差分推进技术求解大型时间微分方程组时求解速度慢、算法稳定性差的问题.     

任意纵向磁场中等离子体-腔漂移通道电磁波的解析解

 从麦克斯韦方程和双成分等离子体粒子在外部轴向磁场的线性化运动方程出发，推导出了任意纵向磁场中等离子体介电张量和等离子体-腔漂移通道的电磁波的解析解。结果表明在一般情形下，在位于外部均匀纵向磁场的等离子体波导中，不存在分离的轴对称E波和H波。在此基础上进一步得到轴对称波的具体解析式。单波近似下的结果和俄罗斯全俄电技术研究所M.A.Zavjalov等的结果一致。     

等离子体中的迁移系数

从等离子体动力学方程出发,采用玻尔兹曼碰撞项,在粒子分布函数偏离麦克斯韦分布甚小的情况下,作三级矩近似得到了等离子体迁移方程组。迁移方程组中忽略时间微分项后,得出了电子-离子等离子体的张量形式迁移系数,以及与磁场方向成平行(∥)、垂直(⊥)和交叉方向的迁移系数。导出的结果和文献[1]采用朗道碰撞项得出的结果进行了比较。结果表明,迁移系数和等离子体参数的依赖关系是一致的,但对磁场B和离子电荷Z_i值取定时,个别迁移系数要差一倍。此外,导出的迁移系数形式比文献[1]的要简单些。