Возможности кинетического подхода при моделировании теплового поля неподвижных тел в разреженной плазме


Авторы

Черепанов В. В.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: vvcherepanov@yandex.ru

Аннотация

Статья завершает цикл работ, посвященных методам моделирования процесса формирования теплового поля в окрестности неподвижных тел в разреженной плазме. В работе использована представленная ранее математическая модель процесса релаксации области возмущения, вносимого в свободномолекулярный ионизированный газ заряженным шаром или цилиндром. Подобранная для задачи криволинейная система неголономных координат минимизирует фазовое пространство кинетической задачи, что способствует повышению эффективности соответствующих численных методов. Раскрыты важные детали реализации модели и метода решения. На примере решения задачи для шара показано наличие существенного неравновесия функции распределения частиц в возмущенной зоне. Дан анализ эволюции поведения характеристик газа в возмущенной зоне, теплового поля в окрестности тела и тепловых нагрузок на его поверхность. Установлен и описан механизм разогрева заряженных притягивающихся частиц в окрестности сферических тел, проанализированы важные особенности формирования теплового потока на сферические тела в плазме.

Ключевые слова:

тепломассоперенос, разреженная плазма, поглощающий заряженный шар, возмущенная зона, кинетическая задача, самосогласованное поле, фазовое пространство, него- лономные координаты, функция распределения, макропараметры, эволюция и стационарное состояние

Библиографический список

  1. Chapman S., Cowling T.G. The mathematical theory or non – uniform gases. 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 1970. 512 p.
  2. Климонтович Ю.Л. Кинетическая теория электромагнитных процессов. Москва: Наука, 1980. 374 с.
  3. Арцимович А.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. Москва: Атомиздат, 1979. 320 с.
  4. Альперт Я.Л., Гуревич А.В., Питаевский Л.П. Искусственные спутники в разреженной плазме. Москва: Наука, 1964. 384 с.
  5. Черепанов В.В. О моделировании тепловых возмущений, вносимых в разреженную плазму неподвижными каноническими телами // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. № 10. С. 448–455.
  6. Hockney R.G., Eastwood J.W. Computer simulation using particles. Bristol, Philadelphia: IOP Publishing, 1988. 568 p.
  7. Власов А.А. Статистические функции распределения. Москва: Наука, 1966. 356 с.
  8. Potter D. Computational Physics. London: John Wiley & Sons, 1973. 304 p.
  9. Годунов С.К., Рябенький В.С. Разностные схемы. Введение в теорию. 2-е изд. Москва: Наука, 1977. 440 с.
  10. Черепанов В.В. О решении некоторых нелинейных эллиптических уравнений для тепловых приложений // Тепловые процессы в технике. 2024. Т. 16. № 2. С. 55–67.
  11. Голубь А.П., Попель С.И. Нестационарные процессы при формировании пылевой плазмы у поверхности спутника марса – Деймоса // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 8. С. 741–747.
  12. Ваулина О.С. Перераспределение кинетической энергии в трехмерных облаках заряженных пылевых частиц // Физика плазмы. 2021. Т. 48. № 1. С. 36–40.
  13. Игнатов А.М. Влияние невзаимных сил на устойчивость пылевых кластеров. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. № 5. С. 391–400.
  14. Попель С.И., Зеленый Л.М., Захаров А.С. Пылевая плазма в солнечной системе: безатмосферные космические тела // Физика плазмы. 2022. Т. 49. № 8. С. 813–820.
  15. Беграмбеков Л.Б., Грунин А.В. Многофункциональный зонд для исследования взаимодействий «плазма – первая стенка» в токамаке TRT. // Физика плазмы. 2022. Т. 48. № 12. С. 1244–1252.
  16. Кожевников В.Ю. и др. Кинетическая модель вакуумного расширения плазмы в цилиндрическом промежутке // Физика плазмы. 2023. Т. 49. № 11. С. 1170–1177.
  17. Adamovich I. et al. The 2022 Plasma Roadmap: low temperature plasma science and technology // Journal of Physics D: Applied Physics. 2022. Vol. 55. No. 37. Paper 373001. AIP Publishing. URL: https://doi.org/10.10 88/1361-6463/ac5e1c
  18. Hartzell C.M. et al. Payload concepts for investigations of electrostatic dust mothion on the lunar surface // Acta Astronautica. 2023. Vol. 207. No. 6. P. 89–105. URL: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2023.02.032
  19. Bronold F.X., Rasek K., Fehske H. Electron microphysics at plasma-solid interfaces // Journal of Applied Physics. 2020. Vol. 128. Paper 180908. AIP Publishing. URL: https://doi.org/10.1063/5.0027406

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025