Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 63, № 4 (2025)
Исследования плазмы
НЕРАВНОВЕСНОСТЬ И ДИФФУЗИЯ СИЛЬНОИОНИЗОВАННОЙ ПЛАЗМЫ Аг В ДУГОВОМ КАНАЛЕ
Аннотация
На примере высокоионизованной плазмы Аг атмосферного давления с немонотонным радиальным распределением свободных электронов, движущейся в узком дуговом канале, изучена эволюция по радиусу диффузионно-неравновесных состояний сильноионизованных плазм с поперечной неоднородностью осесимметричного типа. Показано, что эти состояния, близкие к равновесным в приосевой области канала, становятся ионизационно неравновесными (преобладает ионизация) для атомов и рекомбинационно неравновесными (преобладает рекомбинация) для однократных ионов в его среднем сечении. Наиболее сильная, рекомбинационная неравновесность (более 50%) возникает на краю дуги у атомов. Уравнение неразрывности с известными из эксперимента профилями температуры и концентрации электронов решено относительно плотностей атомов и ионов в приближении постоянства приведенных населенностей их основных состояний. Получены простые аналитические формулы для расчетов, в которых радиальное изменение этих плотностей определяется в основном спадом температуры. Найден критерий диффузионной неравновесности осесимметричной высокоионизованной плазмы любых газов, из которого следует, что, несмотря на полное подобие условий эксперимента, сильноточные разряды в однотипных газах Аг и Не образуют разные типы плазм (в плазме Аг нет сильной неравновесности на оси разряда). Ослабление энерговклада резко усиливает неравновесность: она растет в 1.5 раза при снижении плотности электронов всего на 6–10%. Показано, что в приосевой области дуги диффузия малой примеси атомов является вторичным процессом на фоне встречной диффузии ионов разной кратности – основных тяжелых частиц у оси, имеющих там высокую плотность, которая у ионов Ar+ слабо растет, а у ионов Ar++ резко спадает по радиусу. Обнаружена небольшая ионизационная неравновесность ионов Ar+, сменяющаяся при удалении от оси более сильной рекомбинационной неравновесностью, которая исчезает вместе с межионной диффузией в максимуме относительной плотности ионов Ar+, не доходя до середины радиуса плазменного канала.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):450-464
450-464
УЕДИНЕННАЯ ИОННО-ЗВУКОВАЯ ВОЛНА В БЕССТОЛКНОВИТЕЛЬНОЙ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ
Аннотация
В одномерном приближении исследовано нелинейное движение бесстолкновительной неизотермической плазмы в виде ионно-звукового солитона с использованием уравнения Власова, учитывающего перемещение солитона при описании электронной компоненты плазмы, и уравнений холодной гидродинамики для описания движения ионов. Показано, что в данной модели наряду с движением ионов и потоком захваченных электронов в направлении распространения ионно-звукового солитона в плазме также существует ток пролетных электронов, который обратен по знаку к току захваченных электронов. Установлено, что во всем диапазоне скоростей ионно-звукового солитона эти токи сопоставимы по величине. Показано, что интегрально за все время нелинейного движения плазмы суммарный ток всех зарядов, проходящих через любое поперечное сечение в плазме, равен нулю, что означает сохранение полной зарядовой нейтральности плазмы после прохождения по ней ионно-звукового солитона.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):465-474
465-474
ВАКУУМНОЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ
Аннотация
Представлена связь между излучательными параметрами горячей плазмы за счет фоторекомбинации электронов и ионов. Полученные соотношения применены для анализа газоразрядной гелиевой плазмы, исследованной экспериментально в рамках конкретной схемы газового разряда. Показано, что такая плазма, из которой выделена центральная часть в результате истечения из области газового разряда через отверстие, является эффективным источником излучения в области вакуумного ультрафиолета. Такой источник может быть использован для литографии.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):475-480
475-480
Теплофизические свойства веществ
О ТЕРМОДИНАМИКЕ ВОЛЬФРАМА В ОБЛАСТИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ
Аннотация
Работа посвящена описанию термодинамических свойств жидкой фазы вольфрама в рамках трех простых моделей уравнений состояния при высоких плотностях энергии. Рассматриваются модели газа Ван-дер-Ваальса, взаимодействующих точечных центров Петрик и конденсированного вещества в широком диапазоне плотностей и температур. На основе этих трех моделей для жидкого вольфрама построены уравнения состояния, которые представлены в форме зависимости свободной энергии от удельного объема и температуры. Границы областей применимости каждого из трех предложенных уравнений состояния определены путем сопоставления расчетных термодинамических характеристик этого металла с имеющимися экспериментальными данными по изобарическому и изоэнтропическому расширению, а также ударному сжатию при высоких давлениях и температурах.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):481-487
481-487
ВЯЗКОСТЬ ЖИДКОГО КОБАЛЬТА: ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ЭКСПЕРИМЕНТ
Аннотация
Обзор литературных данных по вязкости жидкого кобальта показал сильный разброс данных, полученных разными авторами (до 136%). С целью выяснения причин такого разброса проведено исследование влияния условий эксперимента (материала тигля, граничных условий на верхней границе расплава) на результаты измерений вязкости кобальта с различным содержанием примеси (содержание кобальта 99.98 и 99.35 мас. %). Исследования проводились методом крутильных колебаний цилиндрического тигля с расплавом в абсолютном варианте как наиболее распространенном и эффективном для измерения вязкости расплавов при высоких температурах. При исследовании вязкости с использованием стандартных условий эксперимента (образец помещен в тигель и имеет свободную верхнюю поверхность) обнаружено существенное влияние граничных условий на верхней границе расплава на результаты измерений. Показано, что данное влияние обусловлено пленочными эффектами в результате образования или исчезновения вязкой пленки на верхней границе расплава, которые приводят к завышению получаемых в эксперименте значений вязкости и/или появлению аномалий на политермах вязкости. Пленочные эффекты рассматриваются в качестве основной причины различия данных по вязкости жидкого кобальта, полученных разными авторами. Для исключения пленочных эффектов измерения вязкости методом крутильных колебаний следует проводить в условиях эксперимента с закрытой верхней границей расплава. Изменение общего содержания примесей в исходном кобальте с 0.02 до 0.65 мас. % и материал тигля (BeO, Al2O3) не оказывают существенного влияния на температурную зависимость его вязкости. На основе проведенных экспериментальных исследований получена температурная зависимость вязкости кобальта в жидком состоянии.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):488-501
488-501
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ В ОБЛАСТЬ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ В ЛЕГИРОВАННОМ КРЕМНИИ В ТЕРАГЕРЦЕВОМ ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Аннотация
Представлены результаты экспериментальных исследований перехода диэлектрической проницаемости легированного кремния n-типа в отрицательную область значений в терагерцевом спектральном диапазоне при воздействии электромагнитной волны с амплитудой электрического поля до 9 МВ/см. Экспериментально показано, что при напряженности электрического поля ~100 кВ/см в спектре коэффициента отражения наблюдается минимум, обусловленный равенством частоты источника ТГц-излучения и плазменной частоты, при котором действительная часть диэлектрической проницаемости кремния становится отрицательной. При увеличении напряженности электрического поля свыше 1 МВ/см переход диэлектрической проницаемости в область отрицательных значений определяется концентрацией носителей, частотой электронных столкновений и не зависит от частоты этой волны. При этом минимум в коэффициенте отражения исчезает, и коэффициент отражения остается практически постоянным во всем исследуемом спектральном диапазоне от 0.8 до 2.5 ТГц. В этом случае действительная часть диэлектрической проницаемости переходит в область отрицательных значений при равенстве плазменной частоты и частоты электронных столкновений.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):514-521
514-521
ВЛИЯНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА АК6 В ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР 20—500°С
Аннотация
На основе регистрации и анализа профилей скорости свободной поверхности проведены измерения динамического предела упругости и откольной прочности высокопрочного алюминиевого сплава АК6 в состоянии поставки и после термообработки в режиме Т6 (закалка на твердый раствор и старение). Ударное нагружение образцов разной толщины амплитудой ~2.5 ГПа осуществлялось с помощью пневматической пушки, а регистрация волновых профилей — лазерным доплеровским измерителем VISAR с высоким пространственно-временным разрешением. Определено, что термообработка образцов сплава АК6 увеличивает его динамический предел упругости более чем в 2.5 раза, а откольную прочность — примерно в 1.5 раза. Затухание упругого предвестника при распространении упругой волны на начальном участке до 1 мм происходит быстрее. При увеличении скорости деформирования перед отколывым разрушением на два порядка откольная прочность для исходных образцов увеличивается примерно на 70%, тогда как повышение откольной прочности термообработанных образцов составляет не более 35%. Высокотемпературные эксперименты показали, что влияние температуры на сплав АК6 в исходном состоянии имеет «атермический» характер — его динамический предел упругости повышается с ростом температуры, увеличение температуры термоупрочненных образцов приводит к снижению их динамического предела упругости. Откольная прочность исходных образцов практически не зависит от температуры до 400°С, дальнейший рост температуры снижает ее примерно на 20%, увеличение температуры термоупрочненных образцов выше 500°С снижает их откольную прочность на ~40%.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):502-513
502-513
Тепломассообмен и физическая газодинамика
СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ ПРИ ОБТЕКАНИИ ЗАТУПЛЕННОГО ТЕЛА ДОЗВУКОВЫМ ГАЗОДИСПЕРСНЫМ ПОТОКОМ
Аннотация
Приводятся результаты численных расчетов локальной структуры течения, турбулентности двухфазного течения и объемной концентрации твердых частиц в районе точки торможения у цилиндрического тела с плоским торцом. В численных расчетах используется RANS-подход и модель переноса компонент тензора рейнольдсовых напряжений с учетом двухфазности потока. Численные расчеты показали значительный рост объемной концентрации частиц вблизи поверхности тела. Все три использованных в работе подхода по моделированию динамики дисперсной фазы дают качественно подобные результаты (отличие не превышает 25%) для случая течения в трубе при отсутствии установленного тела. Результаты расчетов по эйлерову и лагранжеву подходам показывают только качественное согласие с данными экспериментов и полного лагранжева метода расчетов для случая наличия обтекаемого тела. При этом наибольшее отличие для эйлерова подхода достигает 75% в окрестности поверхности тела. Для лагранжева метода показано, что максимальное отличие не превышает 35% в окрестности установленного тела. Получено удовлетворительное количественное согласие с данными экспериментов для случая полного лагранжева описания в распределениях массовой концентрации частиц (отличие не превышает 20%). Все три расчета качественно верно воспроизводят распределения массовой концентрации твердых частиц при наличии установленного тела.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):522-534
522-534
РАСПРОСТРАНЕНИЕ И РАСПАД ДЕТОНАЦИИ В КАНАЛЕ СУБКРИТИЧЕСКОГО СЕЧЕНИЯ С ШЕРОХОВАТЫМИ СТЕНКАМИ
Аннотация
Экспериментально изучалось распространение детонационной волны в ацетилено-воздушных смесях в канале с гладкими и шероховатыми стенками. Инициирование детонации осуществлялось в трубке диаметром 20 мм и длиной 3000 мм. Детонационная волна переходила в канал с поперечными размерами 7 × 7 мм2, близкими к размеру детонационной ячейки. Использовалась бедная смесь при мольном избытке ацетилена, равном 0.9, стехиометрическая смесь (мольный избыток — 1.0) и богатая смесь при мольном избытке 1.4. Для регистрации процесса распространения пламени использовались пьезоэлектрические датчики давления и скоростная видеосъемка. Определялось влияние степени покрытия внутренних стенок канала и размеров неоднородностей (100 или 500 мкм) на режимы распространения детонации. На основе графиков скорости пламени и давления ударной волны на диагностическом участке зафиксировано несколько режимов распространения пламени в зависимости от концентрации топлива и шероховатости канала.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):548-556
548-556
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ, СОПРОВОЖДАЮЩЕЕСЯ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЕМ И ДРОБЛЕНИЕМ ПУЗЫРЬКОВ
Аннотация
В работе представлена численная модель, описывающая процессы растворения газа и гидратообразования в жидкости с пузырьками углекислого газа при распространении в ней волны давления ступенчатого профиля. Проанализировано влияние начального состояния пузырьковой системы, характеризуемого давлением и температурой, а также амплитуды воздействующей волны на интенсивность растворения газа и гидратообразования. Учтено дробление пузырьков газа за фронтом волны давления. Предложенная модель качественно описывает имеющиеся экспериментальные данные по растворению углекислого газа в воде и его переход в гидратное состояние.
Теплофизика высоких температур. 2025;63(4):535-547
535-547