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克洛伊Berenguer康斯坦Katsonis, ”等离子反应堆和等离子体推进器由Ar建模完成全球模型”,国际航空航天工程杂志》上, 卷。2012年, 文章的ID740869年, 18 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/740869
等离子反应堆和等离子体推进器由Ar建模完成全球模型
文摘
氩是一个完整的全球模型开发和适应等离子反应堆和等离子体推进器建模。它考虑了地面和兴奋的基于“增大化现实”技术的基于“增大化现实”技术+物种和反应堆和推进器的形式因素。电子温度、物种密度和电离的百分比,这主要取决于压力和吸收能力,取得了和评论各种物理条件。
1。介绍
全球气候模型(GMs)已成功描述低压等离子体等离子反应堆(PRs)也可以用于建模的电力推进(EP)和其他设备。研究公关和EP设备可以大大帮助下使用全局模型描述,因为他们是相当简单繁琐的PiC模型相比,构成一个复杂的选择。此外,通用汽车通常允许一个更直接的物理解释设备的功能,一个资产的基本概念和优化。此外,包含的模型,而延长化学成分比较简单的通用汽车。然而,不同物种的描述属性要求一组扩展的原子数据(AtD)被包括在模型中。在这种情况下,我们通常说到完整的全球模型(CGM)。这种模型是目前用于研究各种喂养公关和EP先进技术的选择,包括稀有气体混合物和分子的物种。
在这里,我们专注于两个设备再辅以纯氩的研究。/分子气体混合物,所需的数据对应的完整模型,原子的之外,还包括基本参数来描述重要的分子过程中遇到公关和EP等离子体,如分子excitation-de-excitation、电离、分离和重组。
CGM的著名的基本方程是下面的平衡方程。(我)权力平衡方程(PoBE),描述了每个电子离子的能量损失对创建和相关电子密度的吸收能力对于一个给定的电子温度。它包括损失来自碰撞体积和流动到墙上。(2)粒子平衡方程(帕布),一组方程,为每一个物种之一,我们计算的人口。他们描述了当前粒子的动力学。
身体情况后,也许有必要解决方程组(i)和(ii)连同适当的方程描述和整体放电等离子体过程。例如,在电弧加热设备的情况下,n - s方程必须添加到方程组(i)和(ii)。
数据从碰撞辐射模型(C-RMs),我们单独开发,在这里写下使用粒子平衡方程(帕布)CGM推进器所需的特征(1)和详细的等离子体研究基于预期的燃料成分。
当我们特别考虑基于“增大化现实”技术公关和Ar-fed EP设备,我们利用一个扩展的基于“增大化现实”技术的数据库,需要优化设备功能。我们曾使用这些数据在推进器和电弧模型(2,3]。还可以使用其他基于“增大化现实”技术的数据库;见,例如,(4)和引用。
一次设备的特点,研究了利用AtD必要精心CGM,前者可能监测实验,主要由发射光谱和理论上与结果相比(线强度,电子温度从“零维”C-RM模型获得的)。C-RM也有用的计算共振VUV线强度,繁琐的测量。此外,他们是用来评估辐射等离子体冷却和等离子体的侵蚀面临组件。与被吸收的能量增加变得尤为重要和运转时间5]。
事实上,CGM的发展的一个重要组成部分包括确定每个电子离子碰撞能量损失对创建()。在这一过程中,每种类型的能量损失是乘以速度,和之和除以电离率。请注意,偶尔也代表中创建的每个电子双离子对碰撞能量损失与简单的碰撞电离的物种。的至关重要的动力平衡方程公式,涉及电子密度输入功率为一个函数的血浆成分和能量损失与电子碰撞作为的函数。对于每个原子物种,能源主要是失去了弹性散射(ela)指出,电离(IONIZ)和励磁(EXC)过程。在分子气体情况下,特定的能量损失被认为是,由于振动激发和离解(4,6),前者是重要的低能量和后者高。濒危语言联盟、IONIZ EXC也被用作索引部分的反应速率2和3。能量损失形成原子和离子也被包括在PoBE。电负性的气体,还应该考虑负离子的形成(见例如,[7),82页)。
在目前的氩CGM,我们寻求一个稳态(SS)的解决方案的一组代数方程除了PoBE粒子平衡方程。这些是部分中描述2。结果关于中性Ar我在地面加五物种种群平均水平(4 s (m), 4 s (t) 4 p, 3 d(出版社),和3 d (t)是代表我激发态的基于“增大化现实”技术。两个平均水平,5 s(出版社)和5 s (t)),都包含在PoBE方程,但是,他们的人口规模太小,他们没有明确的计算。必须指出的是,和配置分为暂时的(t),亚稳(m), pseudometastable(出版社)部分。类似的工作已经取得了Ar II人口,但只有人口的4 s (m)和4 s (t)的平均水平已经明确计算。亚稳态的特异性水平已经明显见Ar我和Ar二例。作为讨论的部分5,结果我们获得等离子体反应器比较与那些在文学、尤其是通过康et al。4]。除此之外,我们的CGM允许为关键的比较实验结果在不同的工作条件。
关于物种的总密度,我们使用理想气体定律。具体来说,等离子体推进器,我们包括了离子温度后实证相关;见,例如,(8]。没有包括电子压力,但电子损失在墙上或地幔被考虑。
在下一节中2,我们给模型描述和它的一些特点,在引入部分3碰撞能量损失的概念方案的选择代表了两个典型案例的公关和EP。然后,预期的碰撞能量损失的中性和电离物种氩描述部分4并与N2分子。演讲和讨论的结果应用CGM的基于“增大化现实”技术的情况下等离子体反应器(部分5)和螺旋推进器(HT)美联储的Ar(部分6)。如前所述,我们只寻求稳态系统的解决方案。结果,计算大大简化,在不损失重要特征的设备功能。节7,我们解决的问题使用参数敏感性,连同一些一般性的考虑。最后,给出了结论和观点的工作8。
2。模型描述和氩等离子体的特征
就像在介绍中提到的,模型是由一个电源平衡方程(PoBE)和粒子系统的平衡方程(帕布)。PoBE给予的权力依赖电子密度是在写的如下: 基于“增大化现实”技术,玻姆的速度是;总能量损失,与和平均动能损失每离子和电子,分别电子与重粒子碰撞的能量损失;参见[7]。所有这些必须在这里计算的基于“增大化现实”技术的情况下考虑重粒子,基于“增大化现实”技术。注意的是电离比例和中性色的百分比,我们获得约 有效面积的损失出现在(1)和(2)是由与和设备的半径和长度和轴向和径向边缘到中心的比率正离子密度。简化形式的比以前低和中间密度遵循Godyak的公式,给出了(7,p . 148] 在这里,方便公式加入三个政权(低,中间值和高压)作为,例如,在7,9]。这些公式已经被李和利伯曼(最初介绍10]。在圆柱几何,它们 与离子的平均自由程;基于“增大化现实”技术,与在和在毫托(7]。是一阶贝塞尔函数,的第一个零吗贝塞尔函数。双极性扩散系数是由,积极的离子的扩散系数(7]。
至于帕布,每一个都是由创建和销毁所有项的和为给定的物种他们可以写成 在哪里表示条件的总和和包括生产和亏损率涉及的物种。每个反应速率是由反应物密度的乘积和相应的速率系数:
注意,气体流量,我们使用[中给出的公式9基于“增大化现实”技术的注入反应堆)。因此,基于“增大化现实”技术的生产期限我GL注入气体室写数值如下 对于一个流量sccm的体积在和创造的术语在。注入气体的物种从反应堆,我们使用[中给出的公式4]。损失项为一个物种可以写成 与物种的密度在,在托出口流动压力。例如在[描述的出口流量压力9]随着压力位于另一端的出口流量阀因其孔径的增加或减少。在,在sccm,在在(7)。
整个列表的物种和非弹性反应考虑在模型中给出以下的表1来5。表1包含结构数据的基于“增大化现实”技术,包括激发和电离能量和平均水平的基于“增大化现实”技术的统计权重即数据属于全球4 s配置给出比较。23日流程包含在CGM的列表,包括基于“增大化现实”技术的水平我4 s (m), 4 s (t)和4 p配置,在桌子上2。也在这里,(m)代表亚稳,暂时的(t),(出版社)pseudometastable状态。注意,介绍了弹性散射率只有在PoBE下为了确定的总能量损失与那些来自励磁和GL。所有其他的电离反应速率分别包含在PaBE和参与的决心人口来自系统解决方案。表3给23过程涉及的列表包含在CGM 3 d水平,和过程涉及州5 s (m)和5 s (t)在表4。流程涉及Ar II物种在表5。
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| *所有标记为3 d水平(出版社)实际上是pseudometastable所有4 s, m是真正的亚稳的。 |
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必要的原子数据输入(1)和(5)包括过渡概率和激发和电离率。这些都是分别计算和/或评估使用我们的标准计算机代码,也可用测量(11]。获取率系数CGM介绍,这里的横截面已经评估集成从阈值在500 eV麦克斯韦分布。在这一过程中,可用弹性碰撞截面内插了更高的碰撞能量。率系数与代数多项式参数化和所有有效范围从0.1到100电动汽车,在最近的一次出版(详细3]。偶尔,这些被索引的过程,指出一样(6)。与墙壁碰撞(墙复合RWALL,和去激发DXWALL,)率公式提出了描述(12],在[4)如下: 与,在那里有效的扩散长度和吗中性的扩散系数,。neutral-neutral物种平均自由程吗 对于一个横截面,是中性的平均速度,,是中性的粘附系数物种在墙上面;我们使用基于“增大化现实”技术。另外,代表墙的表面积。
我们将获得的结果与不同的速率系数和各种配置。尤其是暂时的和亚稳态水平分离时,亚稳态水平被发现更密集,扮演了重要角色的人口大量的兴奋水平,因此等离子体电离。我们的比较值与来自[4,9,13节中给出4。
3所示。在各种设备能量损失电子碰撞
在航空航天应用中,例如强大的等离子体推进器的情况下,电离比例会高,因此离子的碰撞能量损失也要一起评估那些来自中性色。相反,每当电离比例较低(例如,电离的等离子反应堆大约1%或更少),离子能量损失可以忽略,什么时候不是太高,压力不是太低。
评估碰撞损失的基于“增大化现实”技术的情况下,注意到这里遵循方程: 指数的基于“增大化现实”技术站在原则对中性和电离的物种。的值,我们因此获得CGM非常敏感的电子密度计算值的电离截面,因此速度系数引入碰撞能量损失的计算。
在ICP等离子反应堆的工作模式下,大部分的创建离子预计重组金属墙上,和电离百分比通常不会超过1%。也在这些条件下,针对低激发态的人口比例,所有的能量几乎是失去了由电子与中性地面碰撞粒子在弹性、激发和电离碰撞。电离物种的种群数量级较小(cf图4截面5)。
在HT遇到某种程度上不同的情况,在大量的等离子体电离比例保持通常低于10%,所显示电流测量的光学发射光谱学(OES);例如,参见[1]。然而,这个比例可能超过90%核心区域的等离子体(见图1),而保持大幅降低外部等离子地区地幔区域。附近的墙上,鞘形成,比例甚至可以降至不到1%。因此,在外部区域,等离子体条件下可以被视为相当类似通常观察到等离子反应堆。即使墙上的重组(如耐热玻璃制成的)可能低的推进器,它仍然是非常重要的对于整个电离平衡,而辐射复合仍然是微不足道的。我们也考虑到可能发生的事的比例低(例如,不到10%)的核心离子被留下了对地幔的核心地区,他们还重组在墙上。在一个简化的方案中,选择核心的截面积是关于推进器部分总面积的10%,也就是说,,剩下的90%属于地幔区域。这个方案遵循最近所获得的结果(1),定位一个至关重要的核心的离子浓度,与中性色的比例很低,而在地幔低电离比例大致为常数。在这个方案中,对于一个典型的推进器半径厘米,我们获得0.316说,厘米,规模在图所示1。
4所示。碰撞能量损失的中性和等离子体的电离组件
电子碰撞能量损失的一般性质参数是非常重要的在确定被吸收的能量。基于“增大化现实”技术的碰撞能量损失,这的感兴趣的在这里得到广泛的计算和评估的基础上的原子数据(2]。典型的结果两种氩和N2等离子体进行比较,给出的曲线如图2。在这个图中,现有文献中结果。观察到的差异中性Ar和N2情况下是由于使用不同的数据库和/或考虑一套或多或少地限制的碰撞过程。这个选择可能会导致相当大的降低值。最重要的特性见图2更高的存在吗在N值2情况下,相比于那些获得了氩等离子体。这个著名的特性是至关重要的由于振动的存在额外的国家对于前者,后者没有重要分子组件。为Ar(蓝线)和我们的结果绘制在图(红色线)物种2连续线,电子温度的函数。可以看出,更多的能量是迷失在一个电子碰撞激发和电离离子、原子比基于“增大化现实”技术的情况下。基于“增大化现实”技术的原子,结果Kang et al。4)和Hjartarson et al。9给出图2相应地,满空的三角形,。这些都是非常接近我们的价值观为高但始终高于我们的低的。这种差异是由于不同的比例系数,我们使用在我们的研究中,考虑到精确的阈值附近的横截面。电子碰撞损失获得的基于“增大化现实”技术的种类也比在分子气体的情况下,这里N2的帮助下,图2。氮通常是用于等离子反应堆。它也被认为是一个可能的组件时寻求的“绿色”燃料喂养在太空推进装置。我们的碰撞能量损失的计算结果为N2如图2由折线,N2从上述工作成果(4)所示的完整的圆圈和Thorsteinsson和Gudmundsson [13空的)。正如所料,更低的值是通过后者作者对高因为碰撞N2分离导致N个原子,它变得非常重要在这些温度,并没有被考虑。的值在[4是低比我们高。我们相信这是由于独家离解过程的包容,而不是三个,这些都包含在我们的案例中。的原因2 eV和较低的地区差异对我们还不清楚。此外,我们确认在这里通常高于分子气体原子,分子激发态的包容和离解。然而,离子物种甚至更高,由于更高的电离和激发能量的离子。
碰撞电离能量损失结果当一个,两个,三个,四个激发态考虑和描述在图表示3。从检查这个数字,我们得出结论,包容计算的主要(低)激发态是很重要的。如前所述,值在任何情况下远远高于那些中立的Ar和N2同样的由于更高的电离和激发的能量相比基于“增大化现实”技术。
作为一个例子的基于“增大化现实”技术的等离子体推进器碰撞能量损失机制,让我们假设的核心等离子体电子温度,例如,电动汽车,而地幔电动汽车。在这种情况下,压力应该是大约5毫托50 W的力量,我们在地幔全球获得71.7 eV, 31.7 eV用于Ar中性和40电动汽车花了离子,如表所示6,所有和给出eV值。值被认为是在这个表对应于每个输入设置单独CGM解决方案。同时,基于“增大化现实”技术和碰撞能量损失一直局限于那些在地幔区域(电动汽车)。注意,在桌子上6,我们使用大约尽管少量的离子也存在。
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随着吸收功率增加,总碰撞能量损失,包括更高的离子能量损耗值部分(cf图2和表6)可能很容易达到更高的比表71.7 eV值6。根据(14)和引用,实验数据和理论分析表明,电离成本值从70 eV和螺旋推进器是现实的。据报道在14),这些甚至可能达到超过200 eV值。
5。Ar CGM等离子体反应器建模结果与测量和比较
目标第一类型的应用程序中,我们采用CGM为了模型和描述典型的氩等离子反应堆。在这一过程中,我们考虑三种典型ICP等离子反应堆模式有不同的吸收能力和形成因素。我们来自Ar CGM的计算结果,以下评论。这些比较先后与现有的相关实验和通用汽车结果典型的ICP Ar等离子反应堆,第一次与给定的(4)(部分),然后与给定的(9)(部分B和C)。请注意,(4]和[9)正在研究主要是基于“增大化现实”技术的混合反应堆与N2和H2相应地,。实验结果的4已经测量了用共振吸收光谱为亚稳态密度和朗缪尔探针电子密度和温度。朗缪尔探针测量和海洋能技术已经用于Ar等离子体实验(15,16]报告[9]。
(一)ICP的反应堆W,厘米长,厘米半径,看到4]
我们的模型应用在这种情况下,一个吸收功率的ICP放电W。的长度厘米的半径厘米作为典型的维度。
此应用程序数据提出了假设一个中立的喂养气体温度K,而美联储反应堆50 sccm的基于“增大化现实”技术。在的碰撞能量损失的计算模型中,我们包含了七个平均兴奋水平,即4 s (m), 4 s (t) 4 p, 3 d(出版社),3 d (t), 5 s(出版社),5 s (t)。只有前五的数量计算和显式出现在粒子平衡方程。Ar II兴奋物种考虑那些出现在图33 d,即4 s, 4 p和4 d平均配置,但只有4 s (m)和4 s (t)的物种数量计算。获得的变化我GL和二的基于“增大化现实”技术的基于“增大化现实”技术的GL的密度和激发态见图4。总压强的实质性的变化从1毫托到30毫托,我们得到一个连续增加地面的中性色,大约从到Ar即增加的Ar II人口,因此显然是低,来自哪里来约。
当压力增加,中性的物种密度也增加,而减少稍后我们将看到(cf图5)。相应的GL离子密度是缓慢增加,但是电离经常减少百分比。然而,由于这种减少,基于“增大化现实”技术的4 s第二激发态密度略有下降,相反的基于“增大化现实”技术。在这里我们应用quasineutrality原则,那么几乎等于氩离子密度。同时,粒子的总密度,我们使用了理想气体定律。在图4,理论和实验结果纯粹的基于“增大化现实”技术的血浆从康et al。4)还包括20毫托的压力,显示相应的完整和空的星星。虽然低于实验的,我们的理论结果密度与理论获得的值几乎相同的康et al。4]。此外,这些作者计算/所有4 s州分别测量结果,也显示在图4。我们的结果对于一个平均4 s (m)平均水平符合价值观的结果,尽管辐射亏损率不一致。注意,考虑光学吸收时,短暂的4 s (t)密度的急剧增加(参看下一个数字)。然而,我们的4 s (t)最初密度值,正如所料,远低于4 s (m)的少所以影响更高的4 s (m)的值。
伴随的变化的相应的变化压力的压力区域图所示4(1毫托到30毫托),通过我们CGM表示图5。我们观察到减少到大约一半的毫托30毫托地区。20毫托的压力,我们的结果非常接近康等人的理论价值。4]给出了图中,在实验数据误差棒。给出计算电离百分比的右侧图所示5。保持相对较低,与递减从不足0.5%降至0.1%,从5下降到2电动汽车。
我们的模型保持有效的在一个大区域的压力。结果1毫托到500毫托图所示6。同中间压力公式(3)是由虚线,而获得的扩展应用公式(4)、跨地区更大的压力,是由连续的。它可以很容易地看到两个公式给几乎相同的结果压力10毫托。
图7显示理论获得的价值(4)结合光学逃脱因素和相应的实验获得的相同的作者,连同我们的理论结果。虽然我们的与实验值比较好,4 s (m)呈现在图6要低得多。这是由于这样的事实,我们没有最初包括任何线再吸收在我们的模型中,等离子体的光学薄。包括一个因素,我们看到,虽然略微减少大大增加;暂时的状态密度大幅增加。包含的重吸收的因素导致结果如图7。这些甚至比理论结果接近实验报告(4]。相似的变化,基于“增大化现实”技术的二水平预计当光学逃脱因素包括Ar II的水平。
图8显示计算各种压力值没有(实线)和(折线)再吸收。两条曲线没有明显的区别,因此再吸收,如果有的话,在目前条件下等离子体加热和电离的次要角色百分比。与我们的结果是令人满意的协议(4]。相应的电离百分比结果也显示。
(B) ICP等离子体反应器W,长度厘米,和半径厘米
我们的模型给出的结果在这里ICP放电的吸收能力W和维度厘米的长度和厘米半径。依照(这些条件被选择9,15]。
我们假设气体温度K和通量sccm。密度的Ar和Ar II物种计算部分(A),但在这里,只有更广泛的应用程序域公式(4),也有效的高压力,一直在使用,不包括任何吸收的因素。基于“增大化现实”技术的变化我GL和一些基于“增大化现实”技术的激发态呈现在图9在压力范围从1到100毫托。这个图显示了电子密度的结果我们的模型,也就是较通用的结果(9和实验结果Gudmundsson [15)的引用(9]。获得一个很好的协议的电子密度这两个不同来源的结果。然而,电子温度对应的值,如图10是明显不同的,甚至低于实验的。电离模型给出的数字的百分比10。
(C) ICP等离子体放电W,长度厘米,和半径厘米
在这里,我们应用我们的模型与吸收能力的另一个ICP放电W的长度厘米的半径cm;条件被保形与用于(9]。
我们假设气体温度K和通量sccm并计算Ar I和II密度(B)一部分。我GL的基于“增大化现实”技术的变化其激发态的密度和现状图所示11,对于一个压力范围从1到100毫托。电子密度也表明,我们的模型结果与通用汽车的结果(9木村和Kasugai[的]和实验结果16),引用(9]。获得一个很好的协议的电子密度,特别是与实验结果。相应的电子温度和电离的结果给出了数字的百分比12。两组实验结果用虚线表示加入明星;一个相应的电子分布大部分第二能源电子。虚线只是为了缓解眼睛。通用汽车理论的结果(9)也显示在图12。我们看到,结果略低于的9),但他们仍位于两组实验结果从木村和Kasugai。
6。研究等离子体推进器使用Ar CGM
前面描述的CGM改编和冷却器的使用也在另一项研究(地幔)和热等离子体推进器的(核心)地区。在这一过程中,针对伴随的光学诊断需求,我们前面提到的五个集体激发态中立的基于“增大化现实”技术的粒子平衡方程与两个集体第二激发态的基于“增大化现实”技术。注意,实际水平分成显示暂时的和那些显示亚稳的性格。Nontransitory 3 d水平都被定性为pseudometastable因为甚至被位于的低能地区附近的能级图4 s的水平,他们无法放松,因为d - s转换是不允许和他们过渡到GL也是禁止的。在每一个配置,每个类别(transitory-metastable)平均水平,所以构成了一个全球水平。单独的平均水平的相同的性格,不仅对他们的集体人口提供足够的信息,但也考虑亚稳态的存在和pseudometastable水平的基于“增大化现实”技术的种类,说明他们的不同的角色在整个氩等离子体平衡。这是必要的,为了获得现实的人口和一个好的excitation-de-excitation平衡,因此评估正确的等离子体参数。在选择等离子体推进器的总体尺寸,我们选择典型值的长度(厘米)和半径(厘米)包含在应用程序中经常遇到。然而,我们的研究表明一个简单的应用程序模型的使用其他形式因素(见部分7)利用模型的通用性和推进器的观点更好的描述等离子体。在这里,我们解决低功耗螺旋推进器的具体建模。我们单独的模型适用于其外,较冷的地区内,热。结果描述和讨论分别在以下部分(A)和(B)的部分。
(一)地幔等离子体区域的螺旋推进器在其他EP或低电离区域
虽然这部分地址具体地幔区域低功率的螺旋形等离子体推进器,遇到类似的情况在某种程度上在其他低功率推进器。主要结果的地幔CGM模型等离子体数据中所示13和14。密度的变化的中性Ar GL和激发态的离子呈现在图13作为压力的函数,当吸收功率50 W。此外,相应的和电离百分比图14。碰撞能量损失离子在里面,即使是在地幔区域计算解决在本部分中,尽管这个地区的预期离子比例低于这个核心。详细考虑离子物种构成一个进步甚至在CGM形式,通常用于公关建模,模型是用来描述的主要是低电离等离子体。忽视的变得不满意电离损失百分比增加。然而,它仍然是低电离等离子体的描述总是足够目前存在于公关不是很小,当压力不是很高。
在图13第二,我们看到,基于“增大化现实”技术的人口4 s (m)的物种就是四个数量级小于这个我4 s (m)的基于“增大化现实”技术的低压1毫托也对应于一个相对较高6.5 eV和电离的比例约为2%,我们从图推断14。虽然大大小于Ar II GL和Ar我4 s (m),也低于基于“增大化现实”技术的我甚至4 p和3 d高区域,单独计算Ar II兴奋的物种数量允许方便OES [1,17]。海洋能已目前也应用于等离子反应堆的情况下,即使对应和往往更低。(见部分7)。
50 W的吸收能力,这是非常低于之前的公关的例子,所有中立的物种的密度增加压力,一起当后者增加从1毫托到30毫托。这是见图13,可以看出,中性的密度(=)增加40倍的压力从1增加到30毫托。在伴随的变异,增加两倍,从 到 ,也显示在图13。因为我们只描述静止状态的情况下,一旦实现了选择压力,粒子注入的数量等于抽出的人数,所以压力稳定。气体的总流疲惫的推进器取决于注入流,和稳定的压力与等离子体体积和总密度的物种。后者取决于压力和气体温度,这是有关电离百分比在考虑。
上述的增加和,对应的损耗约三分之一,而电离百分比下降超过一个数量级。这可以通过检查验证图14。
包含物种在模型中也可能影响整体温度和电离,除了重要的光学诊断。即使在地幔区域,电离率不超过2%,当的值绘制在图3考虑,我们观察一个相当大的影响结果。这可以看到如下图所示15,这是类似于图的展示结果14,但也包括当获得的值能量损失是被忽视的。后者的值是虚线所示,而我们的研究结果包括的通过连续的红线所示。注意,对于一个大约30毫托以非常低的压力和一个少于3 eV,包容的物种的建模没有兴趣。
b .螺旋形等离子体推进器的等离子核心地区
核心等离子体区域的螺旋推进器,也我们的模型结果的评估物种密度的等离子体,和电离的百分比。这是示意图见图16来19。所有有关HT的计算中,我们使用简单的近似利伯曼和·利希滕贝格(提出的7)为基础的无碰撞的朗道倾销机制,有望成为主要在氩等离子体压力低于10毫托。这个近似导致的减少术语的稳态值的两倍电离能。我们研究了基本的等离子体参数的变化是压力的函数。图16显示了获得密度的变异物种,而图17显示了我们的结果的变化相应的电离和百分比。在这两个数字16和17从2到10毫托,压力变化。吸收功率为100 W,半径是核心厘米。
我们看到在图16GL密度随压力以及激发态的密度。4 s亚稳状态的密度不同来当压力增加从2到10毫托,虽然是在地幔地区高出三倍。相反的,激发态的密度4 p, 3 d(出版社),和4 s (t)是大约四倍比地幔核心地区,和3 d (t)的密度大约十倍。这是保形的实验和理论结果最近在HT (1,17]。图16也显示了变化从来,而这是在地幔地区要低一个数量级。注意第二密度高的基于“增大化现实”技术的4 s (m)(没有因素)和4 s (t)(仅10倍)如图16。这些是远远高于那些地幔的情况。这些结果共同协议。存在,事实上,当更多电子碰撞激发增加,从而增加人口的兴奋水平。这些激发态不仅离开中性Ar GL,而且从全球亚稳态水平4 s (m)。然而,他们的人口也在不断增加,因为密度增加。离子的数量(因此电子密度)增加缓慢,但中性密度增加更快,所以电离和百分比减少下一个图所示17。这图显示了等离子体和电离百分比作为压力的函数。他们都减少的一个因素两个9,分别时的压力从2到10毫托。在当前的例子中,电离2毫托比例近35%,因为它可以读取的右侧图所示。
电离比例可以通过修改输入参数进行了优化。例如,它在很大程度上增加功率增加时,见下图18和19。图18展示了物种的密度的变化的吸收功率的函数变化从25到150 W的压力2.5毫托和核心半径为0.3厘米。在图19,给出了相应的变化,,电离的比例与相同条件下的吸收能力。结果对数字所示类似18和19也获得了各种各样的压力。实验结果中描述(1,17与这些计算)在协议。
7所示。总则和趋势
当必要的参数值是已知的,使用CGM我们获得良好的设备的建模和计算等离子体描述量的值。此外,激发态物种密度计算,对中性和电离的物种。计算激发态密度允许方便海洋能诊断,结合c - r模型的结果(1,17]。这成为可能,即使数量非常小。作为一个例子,我们给图20.低功耗的测量光谱HT,主要基于“增大化现实”技术的识别和基于“增大化现实”技术的二线。这个光谱被用来评估等离子体和。注意所选波长光谱区域允许存在强烈的基于“增大化现实”技术的二线附近的基于“增大化现实”技术的注意,最强烈的基于“增大化现实”技术的我,著名的“红线”4 s-4p多重态,这属于700 - 1000 nm区域不能被看到。检查图20.显示了基于“增大化现实”技术的重要性我4 s-5p线(蓝色)和Ar II 4 s-4p的HT谱(红色),说明必要性包括Ar我和Ar II CGM 4 s州。CGM的未来的改进将包括在添加更多的激发态,对于中性氩离子物种,与优先级配置图中提到的20.结果发现线路。
自由参数,我们用于部分(A)、(B)和(C)的部分5两个最近的出版物的相同(4,9]。因为关闭日期的出版物,它从未成为可能比较这些出版物先前的结果。这里使用我们自己的模型,参数描述等离子体研究在这两个文件。此外,我们的模型应用于等离子体条件通常被认为是在等离子体推进文献[14,18]。
灵敏度的各种参数输入模型见表7和8对于等离子体反应器的情况。在这些表中,价值观的主要描述等离子体数量,电子温度、密度,基于“增大化现实”技术的亚稳密度和电离百分比,给出了四个单独的列。上部(a)的表值对应的参数值,而在下部(b)上部的比率值,例如,为了缓解比较的结果(9]。参数测试的灵敏度是那些之前报道的部分5:,,,,。在每一行,一个输入不同的等离子体参数,而其他参数保持在固定的值。后者的值显示在第一列的中间,该参数值。实验条件的15),即sccm,K,厘米,厘米,在[W,对应的配置报告9),过程中使用。在表7,压力是固定在10毫托。在最后一行,给等离子体描述吸收功率的变化,我们观察到和4 s (m)人口仍然几乎相同,约2.51 eV不同,相应地,吸收功率从150 W到1000 W。相反,同样的权力增加的结果和值乘法大约四倍。
| (一) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| (b) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| (一) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| (b) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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在表7和类似的表8和9少、价值观/超过1.00所示的下部表意味着结果在表的上方是减少/增加,因此,当测试参数增加。
| (一) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| (b) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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我们10毫托的价值观所示表的下方7在相关协议与表吗7(9),即使后者是有效的基于“增大化现实”技术的50%和50%2。注意易于比较我们的结果给出的相似的结果(9]。事实上,全变差的比值从较低的测试参数值更高的一个可以简单地通过增加两个比率两个单独的列中给出表为每个比率。
为了获得一个低压力的情况,我们提供表8,这是类似于表7但是,对于一个5毫托的压力。注意,结果显示在表的下方8整体非常类似见表7,这表明平滑变化的压力选择参数。
在等离子体推进器的核心,我们检查表的参数敏感性通过9,说明主要的自由参数的敏感性在典型的核心区域的条件。在这个表中,类似于前两次的,主要描述等离子体数量是相同的与那些在公关案例学习,也就是说,,,,。研究参数类似于表7的标准配置sccm,K,厘米,厘米。亏损地幔地区不同在一个标准的价值的5%。也在这里,一个六个参数在每一次变化,生成表中的域表示,其他人留在他们的固定值。典型的吸收功率100 W被选为这个表,从50到200 W。
表的下方9显示在这里大大增加/减少吸收能力。此外,当权力的增加,增加两倍半,而电离比例大幅增加,在这里约8倍。这些变化也说明了数据的一部分18和19截面6。
此外,表9显示了主要参数的变化与流量。我们说明这些变化呈现在图21物种的密度的变化,在图22的变化和电离的百分比,总是作为流量的函数。在这两个数字,压力是固定在2.5毫托,允许一个小变化的密度流,加上一个小减少同时增加了。
我们的模型相比,获得的各种物种的密度与可用的实验和理论结果。然而,一些结果不是好的协议与现有的理论成果。与实验的,差异是偶尔会更高。然而,这必须提到的测量现在经常相当大的误差。
特别是对于推进建模、电子损失的5%来自地幔的核心地区相当随意,这个值是没有足够的认识。这种情况下需要更多的实验研究。同时,建议核心区域的半径遵循我们的标准测量。这里的价值选择需要进一步调查。
一般来说,显然是有限度的参数值,定义一个有限的地区,良好我们的模型可以得到解决方案。然而,主要的物理环境中遇到常见应用程序选择和插图显然主要包含在这有限的地区。
8。结论和观点
我们制定了一个扩展的基于“增大化现实”技术CGM,应用等离子反应堆和推进器的典型案例。主要等离子体参数描述的功能研究取得了设备选择的形式因素。为了描述等离子体光学,足够的原子过程包含在。后者的包含在模型中还允许的计算激发态的人口,这是非常重要的在诊断和优化设备的。一般来说,比较我们的结果对现有的实验结果是令人满意的。然而,越来越多的实验结果得到在未来,为公关和各种类型的EP设备,这些设备到达前一个令人满意的优化。光学放射诊断等离子体的局部热力学平衡,这些设备中非常常见的情况,可以通过比较实验线强度/数量与兴奋水平计算我们的c - r准则。
描述的一般趋势将在等离子体中遇到各种应用程序获得的帮助下我们的CGM已经提出了部分7和比较那些可用的文学。获得预览是有用的研究不仅属于这些等离子体的物理性质,而且在获得的改进从可能的预期变化的参数使用。后者可能是最重要的资产和缺点的比较各种各样的EP (18)用于各种空间应用程序的类型。
这里描述的CGM推广为了可以应用在等离子体的研究反应堆研究中含有的混合物种和推进器美联储的各种气体,不仅包括原子的,通常就是这样的稀有气体喂食,还有各种分子组件视为潜在的绿色燃料。在这一过程中,重要的是要考虑正确的任何分子的分解组件。我们有单独开发这样一个为N的情况下工作2和N2O (6]。
此外,包括一个依赖时间变化的力量,我们可以寻求CGM方程系统的时间分辨率,在类比与先前的工作太空et al。19]。此功能将依赖时间的信息能量吸收机制,解释,例如,螺旋模式运作。这是特别重要的在HT核心的情况下,电子加热主要发生在降低地区位于附近的轴,而对于SPT,热等离子体区域。
最后,简单的概括可以扩大我们CGM的应用领域在一些重要的情况下,我们提到这里的等离子体炬和各种恒星大气的入口。我们正在致力于这后一种情况20.,21]。
命名法
| 室壁表面积的设备 | |
| : | 区域的总节推进器 |
| : | 区域的等离子体推进器的核心 |
| 基于“增大化现实”技术C-RM: | 氩碰撞辐射模型 |
| AtD: | 原子数据 |
| CGM: | 完整的全球模型 |
| C-RM: | 碰撞辐射模型 |
| : | 中立的扩散系数,= |
| DXWALL,: | 去激发墙上的一个物种 |
| : | 电离能 |
| 资格认证: | 弹性 |
| EP: | 电力推进 |
| EXC: | 激 |
| GL: | 地面 |
| 通用汽车: | 全局模型 |
| : | 轴向边缘中心比积极的离子密度 |
| : | 径向边缘中心比积极的离子密度 |
| HT: | 螺旋推进器 |
| IONIZ: | 电离 |
| : | 种国家指数 |
| : | 一阶贝塞尔函数 |
| : | 玻耳兹曼常数, |
| : | 过程速率系数涉及国家 |
| : | 等离子体长度 |
| : | 氩质量 |
| : | 电子的质量 |
| (米): | 亚稳态水平 |
| : | 电子密度 |
| : | 总氩物种密度 |
| 特色: | 光发射光谱学 |
| : | 压力 |
| : | 吸收能力 |
| (出版社): | Pseudometastable水平 |
| 帕布: | 粒子平衡方程 |
| 图片: | 粒子在细胞 |
| PoBE: | 能量平衡方程 |
| 公关: | 等离子体反应器 |
| : | 基于“增大化现实”技术的气体流量 |
| : | 等离子体半径 |
| : | 半径的推进器总节 |
| : | 等离子体的半径 |
| RWALL,: | 重组在墙上物种 |
| SPT: | 固定的等离子体推进器 |
| SS: | 稳态 |
| : | 电子温度 |
| : | 气体温度 |
| : | 离子温度 |
| (t): | 暂时的水平 |
| : | 玻姆的速度, |
| : | 放电容量 |
| : | 电子的碰撞能量损失 |
| : | 中立的平均速度, |
| : | 粘附系数的中立的物种在墙上面;基于“增大化现实”技术, |
| : | Neutral-neutral物种平均自由程,=对于一个横截面 |
| : | 离子的平均自由程 |
| : | 有效扩散长度 |
| : | 电离百分比 |
| : | 中性色的比例,。 |
承认
作者对他们感谢未知的裁判有助于改善的建议。
引用
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