Разработка методики расчета тепловых и электрических характеристик ВЧИ-плазмотронов для спектрального анализа
Диссертация
Основным требованием работы ИСП-спектрометра является формирование стационарного ламинарного потока плазмы и химических реагентов в канале ВЧИ-плазмотрона с равновесным свойством. Такое требование связанно с особенностью оборудования, входящего в состав ИСП-спектрометра для регистрации спектров и оптических методов, используемых для определения, идентификации спектров плазмы и определения… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Основные характеристики и область применимости ВЧИ-плазмотронов малой мощности
- Глава 2. Определение состава, термодинамических свойств и сечений взаимодействия частиц аргоновой плазмы
- 2. 1. Расчет состав и термодинамических функций плазмы
- 2. 2. Классический и квантовомеханический подход описания рассеяния частиц
- 2. 3. Рассеяние электронов на атомах
- 2. 4. Расчет сечений взаимодействия заряженных частиц плазмы
- 2. 5. Расчет сечений взаимодействия атомов с ионами
- 2. 6. Расчет сечений взаимодействия нейтральных частиц в плазме
- 2. 7. Выводы
- Глава 3. Решение кинетического уравнения Больцмана и расчет коэффициентов переноса плазмы
- 3. 1. Решение КУБ методом Чепмена-Энскога
- 3. 2. Определение потоков в плазме и представление коэффициентов переноса через скобочные интегралы
- 3. 3. Расчет коэффициентов вязкости
- 3. 4. Расчет коэффициентов теплопроводности
- 3. 5. Расчет коэффициентов диффузии, термодиффузии
- 3. 6. Расчет коэффициентов электропроводности
- 3. 7. Выводы
- Глава 4. Расчет электромагнитного поля и электроэнергетических характеристик ВЧИ-плазмотрона для спектрального анализа
- 4. 1. Математическая модель описания электромагнитного поля ВЧИ-плазмотрона
- 4. 2. Расчет электромагнитного поля ВЧИ-плазмотрона с помощью векторного потенциала
- 4. 3. Расчет электрических и энергетических характеристик ВЧИ-плазмотрона
- 4. 4. Выводы
- Глава 5. Экспериментальное определение параметров плазмы ВЧИ-плазмотрона для спектрального анализа
- 5. 1. Описание экспериментальной установки
- 5. 2. Метод спектральной диагностики для определения температуры электронов плазмы
- 5. 3. Регистрация спектров и определение температуры электронов ВЧИ-разряда
- 5. 4. Определение состава плазмы и коэффициентов переноса по измеренной температуре
- 5. 5. Экспериментальное определение напряженности магнитного поля плазмотрона зондовым методом
- 5. 6. Выводы
Список литературы
- Dundas P.D. Induction plasma heating. // Report NASA 1969 — № 11 487 -100 p.
- Вермелен P.C., Ли Боуди, Виерам П.Н. Регулирование состояния движущейся плазмы с помощью радиочастотных электромагнитных полей. // РТК. 1967 — Т. 5, № 12 — С. 251 — 260.
- Дымщиц Б.М., Корецкий Я. П. Экспериментальное исследование индукционного разряда. // ЖТФ. 1964 — Т. 5, № 19 — С. 1677−1679.
- Jonston P.D. Determination of temperature in a radiofrequency discharge using a reversal technique. // Brit. J. Appl. Phys. 1968 — Ser. 2, № 1. — P. 479 — 484.
- Molinet F. Исследование распределения электронной температуры в аргоновой плазме, возбуждаемой ВЧ-генератором. // C.r. Acad. Sc. 1966 — V. 262, № 21-p. 1377−1380.
- Гольдфарб В.М., Гойхман В. Х. Характеристики и возможные спектроскопические применения высокочастотного разряда при атмосферном давлении. // ЖПС. 1968 — Т. 8, № 2 — С. 193−196.
- Дресвин С.В., Донской А. В., Гольдфарб В. М. Определение проводимости высокочастотного индукционного разряда в аргоне. // ЖТФ 1965 — Т.35, № 9 -С. 1646−1653.
- Ровинский Р.Е., Груздев В. А., Гутенмахер В. М. и др. Определение температуры в стационарном высокочастотном индукционном разряде. // ТВТ. 1967-Т. 5, № 4-С. 557−561.
- Гольдфарб В.М., Гойхман В. Х., Дресвин С. В. Характеристики и возможные спектроскопические применения высокочастотного разряда при атмосферном давлении. // Proc. Colloq. Spectrosc. Int. Hungary — 1967. — p. 751 760.
- Eckert H.U., Kelly F.L., Olsen H.N. Spectroscopic observation on induction-coupled plasma flames in air and argon. // J. Appl. Phys. 1968 — V. 39, № 3 — p. 1846−1852.
- Chase J.D. Magnetic Pinch Effect in the Thermal RFI Plasma. // J. Appl. Phys. 1969 -V.40,№ 1 -p. 318−325.
- Chase J.D. Theoretical and Experimental Investigation of Pressure and Flow m Induction Plasmas. // J. Appl. Phys. 1971 — V. 42 — № 12 — p. 4870−4879.
- Дресвин С.В. // Тезисы докл. VII Всесоюзн. конф. по генераторам низ.плазмы. Алма-Ата — 1977.
- Дресвин С.В., Эль-Микати X. // ТВТ. 1977 — № 2.
- R. S. Devoto, Phys. Fluids 9, 1230 (1966).
- R.S. Devoto, Transport coeffients of partially ionized argon. Phys. Fluids 10,354−364(1967a).
- R.S. Devoto, Simplified expressions for the transport properties of ionized monoatomic gases. Phys. Fluids 10, 2105−2112 (1967b).
- R.S. Devoto, Third approximation to the viscosity of multicomponent mixtures. Phys. Fluids 10, 2704−2706(1967c).
- R.S. Devoto. Transport coefficients of partially ionized argon. // Phys. Fluids -1967 V. 10, № 2, pp. 3 54−364.
- R.S. Devoto. Simplified expressions for the transport properties of ionized monatomic gases. // Phys. Fluids 1967 — V.10, № 10 — pp. 2105−2112.
- R.S. Devoto. Transport coefficients of ionized argon. // Phys. Fluids 19 731. V.16, № 5 pp. 616−623.
- Гиршфельдер Д., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. Пер. с англ. / Под ред. Ступоченко Е. В. М.: Изд. иное. лит. — 1961−932с.
- J.J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics.
- R.A. Aziz, M.J. Sluman, The repulsive wall of the Ar-Ar interatomic potential re-examined. J. Chem. Phys. 92, 1030−1035(1990).
- Gaseous Electronics Theory and Practice, M. O. Thurston, 2006, CRC Press.
- S.N. Nahar, J.M. Wadehra, Elastic scattering of positrons and electrons by argon. Phys. Rev. A 35, 2051−2064(1987).
- S. N. Nahar and J. M. Wadehra, Phys. Rev. A 35, 2051 (1987).
- S. Gasiorowicz, Quantum Physics.
- Т. K. Bose, Prog. Aerospace Sci. 25, 1 (1988).
- S. J. Buckman, J. Mitroy, J.phys. B: At. Mol. Opt. phys. 22, 1365(1989).
- S.J. Buckman, B. Lohmamnn, J. phys. B: At. Mol. Opt. phys. 20, 5807(1987).
- J. Ferch et. al" J. Phys. B: At. Mol. Phys. 18, 967(1985).
- G. N. Haddad and T. F. O’Malley, Aust. J. phys. 35, 35(1982).
- C. Gibson, R. J. Gulley, J. P. Sullivan, S. J. Buckman, V. Chan, and P. D.
- Burrow, J. Phys. В 29, 3177 (1996).
- M. Weyhreter et. al, Z. Phys. D Atoms, Molecules and Clusters. 7, 333(1988).
- B. Plenkiewicz et. al., Phys. Rev. A. 38, 4460(1988).
- S. J. Buckman, Aust. J. Phys., 50, 483(1997).
- Т. K. Bose, D. Kannappan, and R. V. Seeniraj, Warme Sioffubertragung 19, 3 (1985).
- F. R. Meeks et. al., J.Chem.phys.100 (5), 1 March 1994.
- K. L. Bell, N. S. Scott, and M. A. Lennon, J. Phys. В 17, 4757,1984.
- V. Rat, P. Andre, J. Aubreton, M. F. Elchinger, P. Fauchais, and D. Vacher, J. Phys. D 35, 981 (2002).
- V. Rat, et al., Transport properties in a two temperature plasma: theory and application. Phys. Rev. E 64, 26 409−2 6428(2001).
- V. Rat, et al., Transport coefficients including diffusion in a two-temperature argon plasm! J. Phys. D: Appl. Phys. 35, 981−991 (2002a).
- V. Rat, P. Andre, J. Aubreton, M. F. Elchinger, P. Fauchais, and A. Lefort, J. Phys. D: Applied Phys. 34, 2191−2204 (2001).
- V. Rat, et al, Two-temperature transport coefficients in argon-hydrogen plasmas-II: inelastic processes and influence of composition. Plasma Chem. Plasma Proc. 22, 475−493(2002b).
- V. Rat, P. Andre, J. Aubreton, M. F. Elchinger, P. Fauchais, and A. Lefort, Phys. Rev. E. 64, 26 409 (1−20) (2001).
- R. Panajotovic, D. Filipovic, B. Marinkovic, V. Pejcev, M. Kurepa, and L. Vuskovic, J. Phys. B 30, 5877,1997.
- J. M. Wadehra and S. N. Nahara, Phys. Rev. A, 36, 1458(1987).
- E. A. Mason, J. T. Vanderslice, and J. M. Yos, Phys. Fluids 2,688(1959).
- E.A. Mason. Higher approximations for the transport properties of binary gas mixtures. I. General formulas. J. Chem. Phys., 27(l):75−84, 1957.
- E.A. Mason. Transport properties of gases obeying a modified Buckinghamexp-six) potential. J. Chem. Phys., 22(2): 169−186, 1957.
- E. A. Mason, R. J. Munn, and F. J. Smith, Phys. Fluids 10, 1827 (1967).
- A. V. Phelps, C. H. Greene, and J. P. Burke Jr., J. Phys. B 33,2965(2000).
- R. A. Aziz, «Interatomic potentials for rare-gases: pure and mixed interaction,» Inert Gases, Springer Series in Chemical Physics, L. Klein, ed. Springer-Verlag, Berlin, Vol. 34, pp. 5−86(1984).
- R. A. Aziz and H. H. Chen, J. Chem. Phys. 67, 5719 (1977).
- R. A. Aziz and M. J. Slaman, J. Chem. Phys. 92, 1030 (1990).
- R. A. Aziz, J. Chem. Phys. 99, 4518 (1993).
- S. Chapman and T. G. Cowling, The Mathematical Theory of Non-uniform Gases (Cambridge University Press, Cambridge, 1970).
- S.K. Loyalka, E.L. Tipton, and R.V. Tompson. Chapman-Enskog solutions to arbitrary order in Sonine polynomials I: Simple, rigid-sphere gas. Physica A, 379:417−435, 2007.
- E.L. Tipton, S.K. Loyalka, and R.V. Tompson. Chapman-Enskog solutions to arbitrary order in Sonine polynomials V: General expressions for the diffusion-and thermal conductivity-related bracket integrals to order 5. 2008.
- E.L. Tipton, S.K. Loyalka, and R.V. Tompson. Chapman-Enskog solutions to arbitrary order in Sonine polynomials II: Viscosity in a binary, rigid-sphere, gasmixture. 2008. .
- E.L. Tipton, S.K. Loyalka, and R.V. Tompson. Chapman-Enskog solutions toarbitrary order in Sonine polynomials IV: General expressions for the viscosity-related bracket integrals to order 5. 2008.
- EL Tipton, S.K. Loyalka, and R.V. Tompson. Chapman-Enskog solutions to arbitrary order in Sonine polynomials III: Diffusion, thermal diffusion, and theimalconductivity in a binary, rigid-sphere, gas mixture. 2008.
- Нгуен Куок Ши. Моделирование равновесной плазмы в высокочастотных индукционных и дуговых плазмотронах. // Труды Межд. науч. техн. конф. «Электрофизические и электрохимические технологии» Санкт-Петербург, 1997 С.63−66. .
- Hsu К С Pfender Е. Calculation of thermodynamic and transport properties ola two-temperature argon plasma. // Proc. of V Int. Symp. Plasma Chem., Edinburgh -Aug. 1981-V.l, pp. 144−152.
- D. Giordano, M. Capitelli, Non-uniqueness of the two-temperature Saha equation and related considerations. Phys. Rev. E 65, 1 6401(2002).
- S. Ghorui, et al., Non-equilibrium modelling of an oxygen-plasma cutting torch. J. Phys. D: Appl. Phys. 40,1966- 1976(2007a).
- S. Ghorui, et al., Thermodynamic and transport properties of two-temperature oxygen plasmas. Plasma Chem. Plasma Proc. 27, 267−291 (2007b).
- J.C., Gibson, et al., Elastic electron scattering from argon at low incidentenergies. J. Phys. В 29, 3177−3195(1996).
- A B. Murphy, С J. Arundell, Transport coefficients of argon, nitrogen, oxygen, argon-nitrogen and argon-oxygen plasmas. Plasma Chem. Plasma Proc. 14,45 1490(1994).
- A.B. Murphy, Transport coefficients of helium and argon-helium plasmas. IEEE Trans. Plasma Sci. 25, 809−814(1997).
- A.B. Murphy, Transport coefficients of hydrogen and argon-hydrogen plasmas. Plasma Chem. Plasma Proc. 20, 279−297(2000).
- E. Pfender, Advances in modeling of thermal spray process. J. Therm. SprayTechnol. 6, 126−128(1997).
- J. Aubreton, Elchinger, M., Transport properties in non-equilibrium argon, copper and argon-copper thermal plasmas. J. Phys. D: Appl. Phys. 36, 1798−1805(2003).
- J. Aubreton et al., Calcul de proprietes thermodynamiques et des coefficients de transport dans un plasma Ar-02 en non-equilibre thermodynamique et a la pression atmospherique. Rev. Phys. Appl. 21, 365−376(1986).
- J. Aubreton et al., New method to calculate thermodynamic and transport properties of a multi-temperature plasma: application to N2 plasma. Plasma Chem. Plasma Proc. 18,1−27(1998).
- J. Aubreton et al, Thermodynamic and transport properties of a ternary Ar-H2-He mixture out of equilibrium up to 30 ООО К at atmospheric pressure. J. Phys. D: Appl. Phys. 37, 2232−2246(2004a).
- J. Aubreton et al, Two-temperature transport coefficients in argon-helium thermal plasmas. J. Phys. D: Appl. Phys. 37, 34−41(2004b).
- Yos J.M. // Private communication of Avco data.
- Нгуен Куок Ши. Математический алгоритм для решения задач теплообмена в плазменных потоках. // Труды Межд. науч. техн. конф. «Электрофизические и электрохимические технологии» Санкт-Петербург, 1997 — С.56−59.
- Дресвин C.B., Нгуен Куок Ши, Иванов Д.В. Решение уравнения баланса энергии для плазмотронов методом контрольного объема. // Учеб. пособие -СПбГТУ, 2000 120с.
- Нгуен Куок Ши, Дресвин C.B. Уравнение движения плазмы и методика его решения. // Учеб. пособие СПбГТУ, 2000 — 1 Юс.
- Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука — 1989 — 616с.
- Нгуен Куок Ши. Устойчивое решение системы дифференциальных уравнений при моделировании низкотемпературных плазменных процессов. // Труды I Межд. науч. практ. конф. «Дифференциальные уравнения и применения» Санкт-Петербург, 1996 — С. 234−236.
- S. Nguyen Quoc. 2D-Electromagnetic field calculation on the radio frequency plasma torch. // Proc. of the Inter. Sem. on Heating by Internal Sources, Padua, Italy, 2001 pp. 609−615.
- Дресвин C.B., Нгуен Куок Ши, Чечурин Д.В. Электромагнитные задачи в расчетах высокочастотных индукционных плазмотронов. // Учеб. пособие -СПбГТУ, 1999- 114с.
- Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат — 1984 — 152с.
- Райзер Ю. П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987 — 592с.
- М. Capitelli et al., Transport properties of high temperature air in local thermodynamic equilibrium. Eur. Phys. J. Dll, 279−289(2000).
- D. Kannappan and Т. K. Bose, Phys. Fluids 20, 1668 (1977).
- Y. Itikawa, At. Data Nucl. Data Tables 14, 1 (1974).
- M. I. Boulos, P. Fauchais, and E. Pfender, Thermal Plasmas: Fundamentals and Application, Vol. 1, Plenum, New York (1994).
- M.J. Lindenfield and B. Shizgal. Matrix elements of the Boltzmann collision operator for gas mixtures. Chem. Phys., 41:81, 1979.
- Жданов B.M. Явления переноса в многокомпонентной плазме. М.: Энергоиздат — 1982 — 176с.
- Dresvin, J. Amouroux, Nguen Quoc Shi. Analisis of deviation from thermal and ionization equilibrium in an Argon plasma flow. // J. High temperature Material Processes. V. 1, № 3, 1997-pp. 369−381.
- S. Dresvin, Nguyen Quoc Shi. Thermodynamic and transport properties two temperature Ar plasma. // Abst. of the IV European Conference on Thermal plasma Processes Athens, Greece, 1996 — p. 120.
- Дресвин С.В., Нгуен Куок Ши, Иванов Д.В. Свойства двухтемпературной аргоновой плазмы. // Учеб. пособие СПбГТУ — 2000 г. — 80с.
- Nguyen Quoc Shi, S. Dresvin, J. Amouroux. Electromagnetic field calculation on the induction plasma. // Proc. of the Inter. Induction Heating Seminar Padua, Italy, 1998 -pp. 163−168.
- D. Morvan, J. Amouroux, S. Magnaval, S. Dresvin, S. Nguen-Kuok. Modelling of the RF multiflux plasmatron. // Proc. of the IV European Conference on Thermal plasma Processes Athens, Greece, 1996 — pp. 712−717.
- Физика и техника низкотемпературной плазмы. / Под ред. Дресвина С. В. М.: Атомиздат — 1972. — 352с.
- S.V. Dresvin, S. Nguyen-Kuok, D. Ivanov, J. Amouroux. Caculation of RF plasma torch parameters by means of nonequilibrium model of Ar Plasma. // Proc. of the VI European Conference on Thermal plasma Processes Strasbourg, 2000 — pp. 257−267.
- Нгуен Куок Ши. Оптимизация условий обработки дисперсного сырья в плазменной дуге модельно-математическими методами. // Отчет о науч. исслед. работе № 207 003, УДК 621.039.64-Л.: ЛГТУ 1990- 145с.
- Нгуен Куок Ши. Математическое моделирование взаимодействия потока твердых частиц с плазмой. Дисс. к.т.н. Л: СПбГТУ — 1992 — 224с.
- Очерки физики и химии низкотемпературной плазмы. / Под ред. Полак Л. С., Изд-во Наука, 1971−433с.
- A. D’Angola et al., Thermodynamic and transport properties in equilibrium air plasmas in a wide pressure and temperature range. Eur. Phys. J. D46, 129−150(2008).
- R.K. Joshi. The higher order Chapman-Cowling bracket integrals for the viscosity coefficient of multicomponent gas mixtures. Appl. Sci. Res., 18:322,1967.
- S.C. Saxena and R.K. Joshi. The Chapman-Cowling second approximation to the viscosity coefficient of binary gas mixtures. Indian J. Phys., 37:479, 1963.