Диссертация (1149460), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Сравним полученные экспериментальные значения срасчетами по имеющимся формулам.Прежде всего, проведем интерпретацию угловой скорости зондирующихчастиц в области обнаруженного пика зависимости под светящейся частьюстраты. На Рис.49. пик соответствует высоте h=45 мм. Частицы, летящие близко коси, r=1.9 мм, имеют ω=1.5 рад/с, а частицы, летящие ближе к периферии, r=9.4,мм имеют ω=0.25 рад/с.Вероятно, в этой области доминирует вращение газа из-за силы Ампера,связанной с составляющей вихревого тока, направленной радиально к оси трубки.Тогда оценку нужно проводить по формуле (16). Следует отметить, что вформулах (16), (17) используются лишь усредненные характеристики электроновв страте (ne и Te), следовательно, по формулам может быть получена толькоусредненная оценка угловой скорости вращения газа.

В нашем экспериментечастицы зондировали сечение внутри некоторого диапазона радиальныхкоординат, и мы имеем распределение угловой скорости зондирующих частиц отрадиальной координаты. Выберем для сравнения с формулой характерноезначение ω=1 рад/с. Наша оценка по формуле (16) дает величину угловойскорости вращения частиц ω=0.75 рад/с, что согласуется с экспериментом.Радиальный спад зависимости может быть связан с уменьшением скоростивращения газа из-за поперечной вязкости. Тогда рассмотрим радиальный спадугловой скорости от ω=1.5 рад/с для радиальной координаты r=1.9 мм до ω=0.25рад/с для радиальной координаты r=9.4 мм, Рис.49.

Оценка радиального спадаугловой скорости вращения из-за радиальной вязкости, проведенная так же как вГлаве 3 (приравняв моменты силы Ампера и момент вязкого трения), даетзначение ω=0.15 рад/с для радиальной координаты r=9.4 мм. Кроме того,радиальный спад может быть также связан с тем, что сила ионного увлечения,вызывающая вращение частиц в обратном направлении, возрастает от оси кстенке за счет возрастания амбиполярного поля.

Оценка угловой скоростизондирующих частиц из-за ионного увлечения в этой области дает значениеω=10-2 рад/с. Столь малая величина получается, прежде всего, из-за небольшого110значения ni в теле страты, максимум распределения которого в страте сдвинут отмаксимума Te в сторону анода [82]. Тогда можно считать, что спад угловойскорости вращения зондирующей частицы связан с уменьшением скоростивращения газа при увеличении радиальной координаты.Вращение зондирующих частиц на высоте h=25 мм (над вставкой,сужающей разряд) можно объяснить вращением газа из-за силы Ампера,существующей при сужении токового канала, описанной в Главе 3.

Пользуясьмоделью, оценим угловую скорость зондирующей частицы по формуле (12),приведенной в Главе 3, взяв за r* радиальную координату зондирующей частицыпри условиях: Ne, давление 2 Торр, ток 1.6 мА и B=160 Гс, Рис.49, дает значениеугловой скорости вращения газа, ω=1.2 рад/с. Эта оценка согласуется сэкспериментом, Рис.49.Для интерпретации вращения зондирующих частиц в области тела страты,вернемся к гипотезе о вращении газа в отрицательном направлении в проекции намагнитное поле из-за силы Ампера, вызванной вихревым током, Рис.45. Еслирассматривать действие силы Ампера на вращение газа из-за вихревого тока, томожно считать, что момент силы Ампера M A в области под светящейся частьюстраты (где Te max) равен моменту силы Ампера M A в области тела страты (где Temin).

При стационарном вращении газа момент силы Ампера уравновешиваетсямоментом силы вязкого трения, выражающимся формулойM L (l )  R2RL (l ) ,r(21)где l - длина участка страты, в которой Te максимальна, L - длина участкаоставшейся части страты, то есть, M A  M L и M A  M l . Из равенств можнополучить соотношение1L Ll l ,(22)111или соотношение между угловыми скоростями вращения газаlLa  aLl,(23)где  al можно считать равной  a , определяемой по формуле (16). В нашихусловиях длина страты порядка 2.5 см, l≈0.5 см и L≈2 см, тогда, угловая скоростьвращения газа из-за вихревого тока в области, где Te минимальна,a равнаLчетверти угловой скорости вращения газа  a (16).

Вероятно, в области теластраты нет одного доминирующего механизма. Тогда для оценки угловойскорости зондирующих частиц в области тела страты необходимо учитывать всеописанные механизмы: вращение газа из-за вихревого тока, вращение газа из-засужения канала тока и силу ионного увлечения.Механизмы, вызывающие вращение газа, воздействуют на зондирующуючастицу, находящуюся на определенной радиальной и вертикальной координате,через продольную и радиальную вязкость. Сила ионного увлечения определяетсяусловиями разряда в конкретной области.

В общем случае угловая скоростьзондирующих частиц должна даваться формулойd (h)  a (h)  a (h)  id (h)  вст (h) . (24)lLВыражение в квадратных скобках отвечает за вращение газа из-за вихревого тока,оно дается формулой (16), второй член отвечает за вращение пылевых частиц изза силы ионного увлечения, он определяется выражением (13). Третий членотвечает за вращение газа из-за сужения токового канала, он определяетсявыражением вст (h)  0 k (h) , где ω0 вычисляется по (11), множитель k(h) –коэффициент, определяющий спадание угловой скорости по мере удаления отисточника вращения вследствие продольной вязкости. Эта формула отличается отпредложенной в [89-91] для левитирующих частиц учетом вращения газа в телестраты и наличием члена, связанного с вращением газа, вызванного сужением112канала тока.

В разных частях трубки (на разной высоте) и в различном диапазонемагнитных полей могут доминировать различные слагаемые.Оценка угловой скорости вращения зондирующих частиц в области теластраты при условиях: Ne, давление 2 Торр, ток 1.6 мА, B=120 Гс дает значениеωd=-0.15 рад/с (  al =0.44 рад/с на высоте 40<h<45 мм, ωid=0.5 рад/с, ωвст(h)=0.05a =0.14рад/с). Эта оценка согласуется с результатами, представленнымирад/с,Lна Рис.47, в диапазоне высот 40<h<45 мм.Результаты измерения угловой скорости зондирующих частиц дляразличных областей разряда (в области сужения канала тока, непосредственнопод стратой и в страте) согласуются с литературными моделями, описанными в5.1.

Основным механизмом вращения является увлечение газом в головной частистраты и ионное увлечение в месте максимальной концентрации плазмы ni.Исследование физических процессов, проведенное в настоящей работе,позволяет сделать вывод относительно вращения плазменно-пылевых структур встрате. Помимо действия силы ионного увлечения на пылевые частицы действуетувлечение вращающимся газом из-за вихревого тока, которое может бытьдоминирующим механизмом, а также увлечение вращающимся газом из-засужения канала тока.

Оно зависит от параметров вставки (диаметра сужения) ирасстояния до вставки и доминирует только вблизи вставки.На Рис.52 представлена зависимость угловой скорости от радиальнойкоординаты для зондирующих частиц и частиц, левитирующих в страте, дляразличных вертикальных координат. Из рисунка видно, что угловая скоростьзондирующих частиц и угловая скорость пылевой структуры на одной и той жевертикальной координате близки.

Например, для h=57 мм ω≈0.25 рад/с длязондирующих (▲), и для левитирующих частиц (♦); для высоты h=60 мм ω≈-0.12рад/с, как для зондирующих частиц (▼), так и для левитирующих (◄). Тем неменее,наблюдаетсяабсолютнойнебольшойвеличине.Такимрадиальныйобразом,спадформулуугловойдляскоростиугловойпоскорости113зондирующих частиц (24) можно применить и для частиц, левитирующих встрате.Исходя из всего вышесказанного, формула для вращения пылевойструктуры в страте будет выглядеть такd  a  id  вст (h)  alL.

(25)Оценка угловой скорости вращения пылевых частиц в структуре в cтрате поформуле (25) при условиях: Ne, давление 2 Торр, ток 1.6 мА, B=160 Гс даетзначение ωd=0.1 рад/с (  al =0.75 рад/с, ωid=0.5 рад/с, ωвст(h)=0.05 рад/с,a =0.2рад/с). Эта теоретическая оценка согласуется с экспериментальнымиLрезультатами, как для зондирующих частиц, Рис.51, так и для пылевой структурыв [26], Рис.17, Глава 1.Выводы по Главе 5.Проведен анализ новых работ по вращению газа в магнитном поле из-завихревого тока. Предложена идея экспериментальной диагностики существованиявихревого тока.Проведенэкспериментпозондированиюстратыкалиброваннымичастицами в магнитном поле. Получены количественные результаты зависимостиугловой скорости зондирующих частиц от магнитного поля, от продольной ирадиальной координаты.Проведена интерпретация результатов по зондированию страты, котораяпоказала, что в различных областях могут доминировать различные механизмы,но основными являются вихревой ток и сила ионного увлечения.114Рис.52.

Зависимость угловой скорости зондирующих частиц от радиальнойкоординаты. Представлен фрагмент Рис.51, на который добавлены данныезондирующих частиц на высоте, на которой левитирует пылевая структура, иданные угловой скорости левитирующей структуры. Условия: газ Ne, давлениеP=2 Торр, ток разряда I=1.6 mA, B= 160 Гс, частицы меламин-формальдегида 4.1мкм. Зондирующие частиц: ■ - h=25 мм, ● - h=28 мм,▲ – h=57 мм, ▼ – h=60 мм;пылевая структура ♦ - h = 57 мм, ◄ - h=60 мм.115ЗАКЛЮЧЕНИЕВ заключении перечислим основные результаты диссертации.Исследовано влияние неоднородностей магнитного поля на торцахмагнитных катушек и влияние неоднородности, вызванной сужением канала токана динамику зондирующих частиц.

Обнаружена связь направления и величиныугловой скорости зондирующих частиц с конструктивными особенностямимагнитных катушек и разрядной трубки. Оценено влияние этих неоднородностейна динамику плазменно пылевых структур в стратах.Проведеноисследованиединамикиплазменно-пылевыхструктур,образованных над диэлектрической вставкой, сужающей канал тока, в магнитномполе.Определено,чтовращениеплазменно-пылевыхструктурвызвановращением газа, обусловленным возникновением момента силы Ампера в этойобласти.Предложен и применен способ управления силой ионного увлечения вкомплексной плазме за счет выбора типа смеси газов и их пропорций.Экспериментально доказано, что вращение плазменно-пылевой структуры сотрицательной проекцией угловой скорости на направление магнитного полявызвано силой ионного увлечения.Предложенаиреализованаидеяэкспериментальнойдиагностикисуществования вихревого тока.

Характеристики

Список файлов диссертации