Диссертация (1149460), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

Радиус кольца остается практическипостоянным, Рис.33a.При увеличении магнитного поля угловая скорость вначале62растет, затем становится постоянной, Рис.33б. С ростом разрядного тока радиускольца увеличивается, Рис.34а, угловая скорость остается постоянной, Рис.34б.3.1.3. Результаты, полученные в эксперименте с монодисперснымичастицами.Пылевыеструктурыизмонодисперсныхсферическихчастицвгоризонтальном сечении также имеют кольцеобразную форму с центром,совпадающим с центром отверстия вставки, Рис.35.

Однако, в отличие отэкспериментов с полидисперсными частицами, для них удалось подобратьусловия, при которых пылевая структура левитирует как вне, так и внутриконической вставки. Кроме того, монодисперсные сферические частицырасполагались ближе к оси разряда.Полученные зависимости проекции угловой скорости от магнитного поляимеют разный характер для частиц, левитирующих вне и внутри вставки, Рис.36.Частицы,левитирующиесвнешнейсторонывставки,вращаютсясположительной проекцией угловой скорости, величина которой растет с ростоммагнитного поля.

Это качественно совпадает с результатом предыдущего пункта.Частицы, образующие кольцо внутри вставки, имеют отрицательную проекциюугловой скорости, величина которой также растет с магнитным полем.3.2.Экспериментпоисследованиединамикипылевойструктуры,левитирующей в пылевой ловушке, образованной над асимметричной плоскойвставкой.Для этого исследования применялась разрядная камера диаметром 20 мм,для которой была изготовлена плоская диэлектрическая вставка с асимметричнымотверстием, диаметр которого 4 мм, Рис.37. Были проведены исследования63динамики пылевой структуры, сформированной над асимметричной вставкой впродольном магнитном поле.В результате исследований получены следующие результаты: зависимостьпроекции угловой скорости частиц от магнитного поля Рис.38; зависимостипроекций угловой скорости частиц, левитирующих на разной высоте надповерхностью вставки при различных расстояниях до центра отверстия вовставке, Рис.39.3.3.

Обсуждение результатов и интерпретация.Анализируя данные, показанные на Рис.30-39, можно сказать следующее:1.Обнаружено радиальное спадание угловой скорости вращенияпылевой структуры, Рис.30,31а.2.Обнаруженазависимостьрадиальнойкоординатыкольцевойструктуры от тока. С увеличением разрядного тока увеличивается радиускольцевой структуры, Рис.34а. Это можно объяснить действием на частицы силытермофореза [65-67] вследствие увеличения тепловыделения на оси разряда.3.Выявлено, что с ростом магнитного поля кольцевая структурасмещается в сторону большей вертикальной координаты, Рис.32. Угловаяскорость вращения пылевой структуры с ростом магнитного поля сначала растет,а потом выходит на насыщение, Рис.33б.4.Отрицательная проекция угловой скорости у частиц, находящихсявнутри вставки связана с силой ионного увлечения, вызываемой движением ионовв амбиполярном поле внутри вставки. Внутренняя часть вставки имеетцилиндрическуюформу,иразрядныйтоктамнеимеетрадиальнойсоставляющей, поэтому отсутствует сила Ампера.5.Установлено, что угловая скорость вращения частиц зависит отдиаметра вставки.

Чем меньше диаметр вставки, сужающей канал тока, тембольше угловая скорость структуры, состоящей из левитирующих над вставкойчастиц, Рис.33б и Рис.36б.64Выполним оценки угловой скорости вращения пылевой структуры,образованной калиброванными частицами над вставкой. Для проведениячисленных оценок для вращения структуры в области сужения токового каналаобратимся к работе [68].

Согласно этой работе в продольном магнитном полерадиальная компонента тока создает момент силы Ампера в ограниченном объемевблизи отверстия на расстояниях меньше одной четверти радиуса трубки. Тогдарадиальная составляющая тока при изменении сечения разряда от r до R/4 будетвыражаться какr2I r  I 1 R4 2,(10)где r - радиус отверстия вставки, R - радиус трубки. Из равенства моментов силыАмпера и силы вязкого трения можно определить скорость вращения газа вобласти возникновения этого вращения0 3I r B Rr ,2R 2 4(11)где η- вязкость газа. Тогда угловая скорость вращения газа в области зависанияпылевой структурыI B r 22R R 4  r R  r  ,*r*(12)где r* - радиальная координата пылевой структуры, отсчитываемая от оси трубки.Таким образом, в случае симметричной вставки с радиусом 3 мм и радиусомразрядной трубки 17.5 мм, в Ar при давлении 0.17 Торр, разрядном токе 2 мА имагнитном поле в 228 Гс 0=2.4 рад/с, =0.6 рад/с для r*= 10 мм.

Вычисленнаяугловая скорость согласуется с экспериментально полученными значениями дляугловой скорости вращения структуры для условий, соответствующих Рис.31.Для случая разрядной трубки радиусом 10 мм и несимметричной вставкидиаметром 4 мм и условий эксперимента, соответствующих Рис.38, при B=100 Гс650=3.6 рад/с. Угловая скорость вращения кольцевой структуры с радиусом r*=3.6мм =2.3 рад/с. Этот результат также согласуется с экспериментом Рис.38.Выполненные оценки показывают, что вращение структуры в областисужения токового канала вызвано моментом силы Ампера, возникающей в этойобласти.

Вращение наблюдается в достаточно узком радиальном слое вблизисамого отверстия, угловая скорость сильно спадает по радиусу и имеет градиентрад / с. Нужно отметить, что расположение сужающего разряд отверстия 0.18rмм(использование симметричной или несимметричной вставки) в сечении трубки невлияет на этот механизм.Выводы по Главе 3.Проведеноисследованиединамикиплазменно-пылевыхструктур,образованных над диэлектрической вставкой сужающей канал тока, в магнитномполе.Определено,чтовращениеплазменно-пылевыхструктурвызвановращением газа, обусловленным возникновением момента силы Ампера в этойобласти.Угловая скорость вращения структур зависит от диаметра вставки,сужающей канала тока.

Чем меньше диаметр вставки, сужающей канал тока, тембольше угловая скорость структуры.Приведены численные оценки угловой скорости вращения пылевыхструктур, образованных над диэлектрической вставкой, которые согласуются сэкспериментальными значениями.66Рис.28. Схематическое изображение расположения конусообразной вставки вразрядной трубке. Показана левая половина разрядной трубки со вставкой. Серымцветом на схеме обозначена область, в которой наблюдались плазменно-пылевыеобразования при различных условиях.67Рис.29. Пример изображения пылевой структуры.

Показан фрагмент пылевойструктуры, состоящей из полидисперсных частиц кварца произвольной формы,вид сверху. Диаметр отверстия вставки 6 мм. Условия: Ne, 0.24 Торр, I=2 мА, B=60 Гс.68Рис.30. Зависимость проекции угловой скорости частиц в кольцеобразнойпылевой структуре от радиальной координаты частицы. Погрешность связана сразбросом значений ω для частиц, имеющих одинаковый радиус. Условия: смесьаргона с воздухом, Р = 0.27 Торр, PAr/Pвозд = 0.45, I = 2 мА, В = 98 Гс,полидисперсные частицы кварца. Высота сечения над поверхностью вставки 1мм.69а)б)Рис.31. а) Зависимость проекции угловой скорости частиц от вертикальнойкоординатычастицына внутреннемrin(♦)ивнешнемrout(■) радиусахкольцеобразной пылевой структуры.

б) Контур вертикального сечения структуры– координаты точек, в которых производились измерения. Сплошной линией награфике показано положение вертикального сечения вставки. Условия: Ar, Р =0.17 Торр, I = 2мА, В = 228 Гс, полидисперсные частицы кварца.70а)б)Рис.32. Контур вертикального сечения структуры – координаты точек, в которыхпроизводились измерения проекции угловой скорости частиц. (а) В = 33 Гс; (б) В= 195 Гс. Сплошной линией на графике показано положение вертикальногосечения вставки. Условия: Ar, Р = 0.04 Торр, I = 2мА, полидисперсные частицыкварца.71а)б)Рис.33.

а) Координаты внутреннего (♦) и внешнего (■) радиуса структуры взависимости от магнитного поля. б) Зависимость проекции угловой скоростичастиц, усредненной по высоте кольца h, от величины магнитного поля навнутреннем rin(♦) и внешнем rout (■) радиусах кольцеобразной пылевой структуры.Условия: Ar, Р = 0.04 Торр, I = 2мА, полидисперсные частицы кварца.72а)б)Рис.34. а) Координаты внутреннего (♦) и внешнего (■) радиуса структуры взависимости от разрядного тока.

б) Зависимость проекции угловой скоростичастиц, усредненной по высоте кольца h, от разрядного тока на внутреннем rin (♦)и внешнем rout (■) радиусах кольцеобразной пылевой структуры. Условия: Ar, Р =0.17 Торр, В = 130 Гс, полидисперсные частицы кварца.73Рис.35. Пример изображения пылевой структуры, состоящей из монодисперсныхсферических частиц меламин-формальдегида диаметром 4.1 мкм, вид сверху.Структура находилась на уровне вставки. Белая стрелка указывает на кольцевуюструктуру из пылевых частиц. Серая стрелка указывает на вставку. Диаметротверстия вставки 5 мм. Условия: Xe, P=0.37 Торр, I=1.5 мА, B=12 Гс.74а)б)Рис.36.

а) Радиальные координаты кольцеобразных сечений структуры взависимости от магнитного поля на разной высоте от поверхности вставки. б)Зависимость проекции угловой скорости частиц, левитирующих на разной высотеот поверхности вставки, от магнитного поля. Условия: Ar, Р = 0.2 Торр, I = 1.5мА, монодисперсные частицы меламин-формальдегида диаметром 4.1 мкм. ▲h=40мм ;●- h=39мм; ■ – h=35 мм; ▼- h=33 мм.75а)б)Рис.37.

Характеристики

Список файлов диссертации