WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«92 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2002. Т. 43, N- 2 УДК 533.951 ПЫЛЕ-ИОННО-ЗВУКОВОЙ ПРЕДВЕСТНИК УДАРНОЙ ВОЛНЫ В. А. Павлов Научно-исследовательский институт ...»

92 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2002. Т. 43, N- 2

УДК 533.951

ПЫЛЕ-ИОННО-ЗВУКОВОЙ ПРЕДВЕСТНИК УДАРНОЙ ВОЛНЫ

В. А. Павлов

Научно-исследовательский институт радиофизики

Санкт-Петербургского государственного университета, 198904 Санкт-Петербург

Исследовано влияние заряженных частиц пыли на структуру плазменного предвестника

сильной ударной волны. Найдены условия формирования фронта слабого разрыва. Показано, что существует возможность реализации резонансных режимов, в которых увеличивается концентрация частиц пыли в окрестности фронта. В случае положительно заряженных частиц пыли возможно образование локализованной области уплотнения в виде солитонного “сгустка”, при этом зависимость амплитуды солитона от скорости ударной волны немонотонная. В случае отрицательно заряженных частиц пыли формируется волна разрежения. Отмеченные эффекты могут сильно влиять на концентрацию нейтрального компонента в слабоионизованной плазме.

Введение. В последнее время возрос интерес к нелинейным процессам в многокомпонентной частично и слабоионизованной плазме [1–9]. Это обусловлено изучением структуры планетных колец и хвостов комет, обтекания Земли солнечным ветром, образования звезд, природы шаровой молнии, формирования плазменно-пылевых кристаллов, эволюции и формирования ударно-волновых структур в пылевой плазме, аномального влияния плазменного компонента на обтекание тел слабоионизованной плазмой, структуры предвестника ударной волны в плазме и т.



д. Многокомпонентность плазмы может обеспечиваться как наличием различных сортов ионов, так и присутствием заряженных макроскопических частиц (пыли, аэрозолей, кластеров и т. д.). Обычно плазменно-пылевая система открыта, она существует при наличии стороннего источника. При этом заряженные частицы пыли могут приближенно рассматриваться как дополнительная тяжелая плазменная составляющая, для которой выполняется условие квазинейтральности относительно пыли [6] (4/3)nd Dd 1 (1) или 1/2 3/2 (4 · 108 )Td, n d Zd где nd — концентрация, см3 ; Dd — радиус Дебая; Td — температура, эВ; Zd — зарядовое число (заряд частицы пыли в единицах электронного заряда); индекс d соответствует частице пыли.

Неравенство (1) соответствует состоянию пылевой системы с “малой” концентрацией и “малым” зарядом. В случае нарушения условия (1) пылевой компонент становится “особым” [6]: он не описывается приближением сплошной среды, поэтому в данном случае необходим учет кинетических эффектов. Такая ситуация типична для задач формирования плазменно-пылевых кристаллов, капель и облаков. Существует ряд явлений, связанных с приобретением частицами пыли электрического заряда [5].

В невозмущенном состоянии плазма обычно электронейтральна:

ni0 = ne0 + Zd nd0.

В. А. Павлов

–  –  –

стационарности. Следовательно, необходимо уточнение модели описания отрицательно заряженной пылевой плазмы в режиме Mi Mh (учет многопотокового движения, турбулентности, вязкости и т. д.).

Для положительно заряженной пыли в окрестности пыле-ионно-звукового фронта становятся существенными старшие производные в системе (3)–(5), значительна роль дисперсии (De = 0). Описание плазмы с отрицательно заряженными пылевыми частицами при Mi Mh в рамках модели (2) недопустимо, так как отсутствует вещественное решение задачи.

5. Исследуем стационарные решения системы (3)–(5) в предельном случае бесстолкновительной плазмы (i = d = 0). Аналогичная задача рассматривалась в работах [7–9].





Система (3)–(5) приводится к уравнению второго порядка для потенциала электрического поля 2De = exp ni0 n1 (1 2 M2 )1/2 + (1 + 2 M2 )1/2.

(9) e0 i i Уравнение (9) является обобщением уравнения Сагдеева (78) в [15] на случай учета влияния третьего заряженного компонента при произвольных значениях безразмерных параметров,. Интегрируя (9), получаем уравнение первого порядка

–  –  –

— при (0) 0 имеются только периодические решения;

— при (0) = 0 имеются решения в виде уединенной волны (солитона);

— существует солитон с максимальной амплитудой.

Наличие частиц пыли приводит к возможности существования двух представлений для максимальной амплитуды солитона: либо ( = 21 M2 при 1; = 21 ||1 M2 при 1).

В случае 1 солитон максимальной амплитуды описывается уравнением ( ) = 0, которое приводится к виду exp (21 M2 ) = 1 + A M2, где A(, ) = 1 + + 1 (1 1 + ).

В случае 1 солитон с максимальной амплитудой описывается уравнением ( ) = 0, которое приводится к виду exp (21 ||1 M ) = 1 + B M, где B(, ) = (1 ||)(1 1 ||1 ) + 1.

В общем случае критические значения M, M,, зависят как от относительной концентрации (параметра ), так и от отношения масс (параметра ). В частном случае || 1 max ().

6. Перечислим основные свойства пыле-ионно-звукового предвестника ударной волны.

В ситуациях, описанных в пп. 2, 4, возможно формирование слабого и сильного разрывов, существенна роль старших производных в системе (3)–(5), поэтому необходим учет влияния пространственной дисперсии. На переднем фронте формируется солитонный “сгусток” плазмы (ср. случай Zd = 0 в [14]). Возникновение такого солитонного образования обусловлено сглаживанием ударного скачка за счет одновременного действия дисперсии и нелинейности. В случае положительно заряженной пыли амплитуда солитона увеличивается при возрастании ионного числа Маха c Mh до M при 1 и до Mi = M при

1. При Mi M (или Mi M ) происходит разрушение солитонного “сгустка”.

Следовательно, необходимо дальнейшее уточнение модели плазмы. Если знак заряда пыли отрицательный, то солитонный “сгусток” не образуется, так как при Mi Mh нарушается условие стационарности (см. п. 2) и ударная волна не формируется. Напомним, что при Mi Mh в режиме i = d = 0, De = 0 в отрицательно заряженной пыли формируется солитон разрежения: nd nd0. Условия стационарности нарушаются также при min или max (min, max — корни уравнения Mh (, ) = M (, ) при 1 или корни уравнения Mh (, ) = M (, ) при 1). Особая “резонансная” ситуация возникает в случае, если = 1,2 () (см. п. 2); при Mi Mh формируется область повышенной концентрации частиц пыли.

7. Получим критерий сильного воздействия заряженных компонентов слабоионизованной пылевой плазмы на нейтральный компонент. Решение замкнутой задачи на данном этапе представляет значительные трудности. Здесь исследуется один из механизмов этого процесса — взаимодействие заряженных частиц с нейтральными посредством упругих соударений. Получим необходимое условие реализации такого воздействия для стационарного случая. При этом ограничимся одномерными полями.

Процессы в слабоионизованной неизотермической пылевой плазме опишем системой уравнений газовой динамики (2), дополнив их уравнением неразрывности и уравнением движения нейтрального компонента, учитывающими воздействие заряженных частиц на нейтральные:

nn + (nn Vn ) = 0, t x В. А. Павлов

–  –  –

ЛИТЕРАТУРА

1. Shukla P. K., Silin V. P. Dustion-acoustic wave // Physica Scripta. 1992. V. 45. P. 508, 509.

2. Shukla P. K., Rosenberg M. Acceleration of dust grains by the ponderomotive force of dust ion-acoustic waves // Phys. Plasmas. 1999. V. 6, N 4. P. 1371–1373.

3. Barkan A., Merlin R. I., D’Angelo N. Connement of dust particles in double layer // Phys.

Plasmas. 1995. V. 2, N 9. P. 3261–3265.

4. Bernhardt P. A., Ganguli G., Kelly M. C., Swartz W. E. Enhanced radar bekscatter from space shuttle exhaust in the ionosphere // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, N A12. P. 23.811–23.818.

5. Попель С. И., Голубь А. П., Лосева А. П. и др. Формирование ударно-волновых структур в пылевой плазме // Физика плазмы. 2001. Т. 27, № 6. С. 483–490.

6. Цытович В. Н. Плазменно-пылевые кристаллы, капли и облака // Успехи физ. наук. 1997.

Т. 167, № 1. С. 57–99.

7. Березин Ю. А., Сагдеев Р. З. К теории нелинейных волн в плазме // ПМТФ. 1966. № 2.

С. 3–6.

8. Березин Ю. А., Дудникова Г. И., Федорук М. П. К динамике формирования и распространения ионно-звуковых волн в многокомпонентной плазме // Физика плазмы. 1966. Т. 22, № 6. С. 564–571.

9. Popel S. I., Yu M. Y. Modulational interaction of short-wavelength ion-acoustic oscillations in impurity-containing plasmas // Phys. Rev. E. 1994. V. 50, N 4. P. 3060–3067.

10. Мишин Г. И., Серов Ю. Л., Явор И. П. Обтекание сферы при сверхзвуковом движении в газоразрядной плазме // Письма в ЖТФ. 1991. Т. 17, № 11. С. 65–71.

11. Serov Yu. Experemental investigation of supersonic motion in a plasma of ballistic apparaturs // Proc. of the 2nd Weakly ionized gases workshop, Norfolk, USA, 24–25 Apr., 1998. S. l., 1998.

P. 33–44.

100 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2002. Т. 43, N- 2

12. Pavlov V., Serov Yu. Ion-acoustic model of streaming over body by weakly ionized plasma (pure and dusty) // Proc. of the 2nd Workshop on magneto-plasma-aerodynamics in aerospace applications, Moscow, 5–7 Apr., 2000. M.: Inst. of High Temperature of RAS, 2000. P. 125–127.

13. Павлов В. А. О структуре ионно-звуковой ударной волны в слабоионизованной плазме // Физика плазмы. 1996. Т. 22, вып. 2. С. 182–187.

14. Павлов В. А. Ионно-звуковой эффект лошади Хьюстона // Физика плазмы. 2000. Т. 26, № 6. С. 543–547.

15. Сагдеев Р. З. Коллективные процессы и ударные волны в разреженной плазме // Вопросы теории плазмы: Сб. ст. М.: Атомиздат, 1964. Вып. 4. С. 20–80.

Похожие работы:

«Круг гончарный электрический модель "SUPER PROFI" Руководство пользователя ТМ © ™ Golden Hands ™ Golden Hands Круг гончарный электрический "SUPER PROFI" Прежде чем начать пользоваться гончарным кругом, внимате...»

«Interzoo 2014 nanostream® stream different! Неприметная интеграция в любом аквариумном биотопе Очень тихая работа Новый функциональный дизайн Высококачественная обработка Made in Germany Крепление с помощью нового магнитного держателя Не требует те...»

«ВСЕГДА В ТВОЁМ ФОРМАТЕ SOBESEDNIK.BY СОБЕСЕДНИК ВСЕ О ЖИЗНИ КОЛЛЕДЖА И ЗА ЕГО ПРЕДЕЛАМИ выпуск № 6 (63) Февраль 2014 года ЧИТАЙТЕ В НОМЕРЕ: ФЕСТИВАЛЬ ТВОРЧЕСТВА "XXI ВЕКУ – ИНИЦИАТИВУ И ТВОРЧЕСТВО МОЛОДЫХ" _ стр. 1 9 МЫ В ПАМЯТИ ХРАНИМ ПРОСТЫЕ ИМЕНА _ стр. 10 ЗЕВАЙТЕ НА ЗДОРОВЬЕ! _ стр. 1...»

«DX140W/DX160W Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию K1024898E Серийный номер 5001 и выше Сентябрь 2006 г. Компания DOOSAN сохраняет за собой право постоянно совершенствовать свою продукцию для выведения на рынок лучших результатов своей деятел...»

«3 "ВЕСТНИК ISSN 1561-4212. ВКГТУ" № 1, 2014.НАУКИ О ЗЕМЛЕ Н АУК И О З ЕМ Л Е УДК 553.411: 549.08 Н.А. Зимановская Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, г. Усть-Каменогорск НАНОЗОЛОТО В УГЛЕРОДИСТО-ЗОЛОТОСУЛЬФИДНЫХ РУДАХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ БАКЫРЧИК В Западно-Калбинском рудном поясе углеродисто-...»

«Государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы "МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ИНДУСТРИИ ТУРИЗМА ИМЕНИ Ю.А.СЕНКЕВИЧА (ГАОУ ВПО МГИИТ имени Ю.А. Сенкевича) Кронштадтский б-р, д. 43А, Москва, Россия...»

«СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИЗВЕЩЕНИЙ "ЮПИТЕР" УСТРОЙСТВО ОКОНЕЧНОЕ ОБЪЕКТОВОЕ "ЮПИТЕР" РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Ред. 4.6.2 Версии ПО 1.7.1.9 МД2.136.008РЭ Санкт Петербург Содержание 1 Общие сведения об изделии 2 Основные технические данные и характеристики 3 Устройство и работа УОО 4 Ком...»

«ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования "БЕЛОВСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА" МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению прак...»

«РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ЗАО "ЛИДЕР"ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОСТНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ С ЦИРКУЛЯЦИОННЫМ НАСОСОМ "СЕВЕРС +" тип: Н-1201 Руководство по эксплуатации и монтажу РЭ ПН-15-2014 1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 1.1 Настоящ...»

«Инструкция по эксплуатации Осушитель воздуха DEHUMID HP50 Оглавление 1. Распаковка 2. Назначение 3. Утилизация 4. Инструкции по технике безопасности 5. Принцип действия 6. Автоматическая система разморозки 7. Установка и транспортировка 8. Эксплуатация 9. Обслуживание и уход 10. Технические характеристики 11. Поиск и устранение не...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.