Search academic texts

Registration Number

0823U100753, PhD dissertation

Title

Dynamics of plasma stream generated by magnetoplasma compressor with longitudinal magnetic field

Author

Volkova Yuliia Ye.,

popup.head Igor Garkusha
popup.head Dmytro Solyakov
popup.opponent Anatolii Veklych
popup.opponent Vyacheslav Tsiolko
popup.review Oleksandr Zykov
popup.review Valerii Lisovskiy

Status

Доктор філософії, 105, Прикладна фізика та наноматеріали

Date

02-11-2023

Description

У дисертаційній роботі представлено результати експериментальних досліджень впливу зовнішнього поздовжнього магнітного поля в розрядному каналі магнітоплазмового компресора (МПК) на фундаментальні процеси в компресійних плазмових потоках. Детально досліджено вплив зовнішнього поздовжнього магнітного поля в каналі МПК на основні електротехнічні параметри розряду. Проведено аналіз вольт-амперних характеристик (ВАХ) для різних значень зовнішнього поздовжнього магнітного поля під час роботи з аргоном та гелієм за різних початкових тисків. Виявлено, що вольт-амперні характеристики розряду мають нелінійну залежність від величини зовнішнього поздовжнього магнітного поля. ВАХ при вимкненому магнітному полі відрізняються від попередньо отриманих до встановлення соленоїда, що спричинено зміною геометричних параметрів розрядного каналу. ВАХ розряду з достатньою точністю можна описати степеневою функцією, що добре узгоджується з теоретичними уявленнями. За більшого початкового тиску гелію, а отже, за більшої масової витрати, напруга розряду зменшується. Цей результат підтверджується теоретичними уявленнями про те, що напруга розряду обернено пропорційна інтегральній масовій витраті. Досліджено вплив металевої циліндричної конструкції із соленоїдом, що встановлено на розрядний канал, на електричні струми, які протікають у потоці поза межами розрядного каналу при вимкненому магнітному полі. Наявність конструкції із соленоїдом на розрядному каналі МПК призвела до зміни геометричних параметрів каналу, що, зі свого боку, спричинило зміну просторового розподілу власного магнітного поля в плазмовому потоці поза каналом та зменшення частки струму в потоці відносно повного розрядного струму. Вивчено вплив зовнішнього магнітного поля в каналі МПК на розподіл власного азимутального магнітного поля в плазмовому потоці поза розрядним каналом. Показано, що застосування зовнішнього магнітного поля приводить до зростання величини власного магнітного поля в приосьовій зоні на всій довжині плазмового потоку. Спостерігалося «витіснення» магнітного поля із приосьової частини потоку, що вказує на формування зони стиснення. За допомогою подвійних електричних зондів проведено визначення особливостей розподілу локальної електронної температури в потоці самостисненої плазми з досить високою просторовою та часовою роздільною здатністю. Експериментально встановлено, що функція розподілу електронів у плазмовому потоці МПК без застосування зовнішнього магнітного поля є наближеною до максвелівської. Уперше експериментально виявлено наявність двох популяцій електронів із різними температурами, що є ознакою бімаксвелівської функції розподілу електронів, та зростання електронної температури поблизу осі плазмового потоку під час застосування зовнішнього поздовжнього магнітного поля 0,24 Тл в розрядному каналі МПК. Проведено детальний аналіз динаміки плазмового потоку, процесів формування області стиснення та її геометричних характеристик. Отримано розподіли швидкості дрейфу, електричного струму, електричного потенціалу та сили Ампера. Показано, що в плазмовому потоці формується замкнена структура вкладених еквіпотенціалей. Під час застосування зовнішнього магнітного поля структура вкладених еквіпотенціалей зсунута на більшу відстань від виходу МПК. Плазмовий потік має складну структуру, а саме сукупності концентричних вихорів і замкнених тороїдальних струмових структур, які спостерігаються протягом усього часу його існування. Встановлено, що зовнішнє магнітне поле приводить до збільшення величини електричного струму в плазмовому потоці, змінює його просторовий розподіл і зменшує кількість струмових вихорів. Уперше показано, що за присутності зовнішнього магнітного поля (0,24 Тл) збільшується розмір зони стиснення, температура в ній зростає в шість разів, а радіальна складова сили Ампера – щонайменше в три рази. За результатами аналізу просторового розподілу електричного струму в плазмовому потоці було виявлено структуру, подібну до нейтрального струмового шару, що формується протягом другого напівперіоду розрядного струму. У виявленій структурі, оточеній зонами плазмового потоку з протилежно спрямованими магнітними полями, спостерігається зростання густини електричного струму. Формування подібної структури в потужних потоках плазми, генерованих квазістаціонарними плазмодинамічними системами, виявлено вперше. Наявність структури типу нейтральний струмовий шар робить перспективним використання МПК для експериментального моделювання астрофізичних явищ.