Гидродинамические свойства химически активных неравновесных газоразрядных сред и высокотемпературных гетерофазных систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

Я а лраяах рукописи

ГОЛДАВВИЧ Евгений Львович

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ НЕРАВНОВЕСНЫХ Х'АЗОРАЗРЯДНЫХ СРЕД И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГЕТЕРОФАЗНЫХ

СИСТЕМ

Специальность 01.04.08 — Физика и химия плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физнко-ыа-гематическях паук

Киев 1995

ДИСОШХЙ ШОП 1Х£ЯОШКУ Г Д Н£Ь т

Работа »ыполпена в Отделении высокотемпературного npeofipmonnmiH энергии Института проблем энергосбережения Национальной академик неук Украины

Научные руководители:

член-корреспондент IIA11 Украины Корчепой IO.IT. кандидат физико-математических наук |Лиситченко B.B.j

Официальные оппоненты:

1. доктор физико-математических наук, профессор Чу TOB Ю.И.

2. кандидат физико-математических наук Шамрай К.П.

Ведущая организация:

Институт теоретической физики HAH Украины, Киев

Защита состоится "/¿^ ССЛ/ТКу/ол 1995 года в часов

на заседании специализированного совета (шифр Д 01.01.17) при Киевском университете им. Тараса Шевченко по адресу: 252127 Киев - 127, просп. акад. Глушкова, б, аудитория N 4 £

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослал "_" _ 1995 года.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА

канд. физ.-мат. наук UIKABPO А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование акустических свойств неравновесных газоразрядных сред сложного химического состава, а также гетерофазных систем, находящихся под воздействием мощных энер- . готических потоков, является одним из наиболее интересных и перспективных направлений современной гидродинамики, облик которой определяет изучение неравновесных явлений. Прежде всего это вызвано широким использованием неравновесных сред в целой ряде технических устройств и технологий, применяемых в металлургии, химии, энергетике, машиностроении, горнодобывающей индустрии и ряде других отраслей промышленности. Становление физики неравновесных систем, начавшееся в 60-е годы благодаря лазерной революции, продолжается бурными темпами и в наши дни, поскольку неравновесные среды -это и рабочее тело высокоэффективных промышленных установок, и верхняя атмосфера земли, и межзвездная среда, включая межзвездные облака, и разрядная плазма. Интерес исследователей к гидродинамике неравновесных систем определяется в первую очередь тем, что она сейчас переживает стадию выявления новых физических эффектов и формулировки основных уравнений. Это попе деятельности принадлежит физике, и роль физических исследований на данном этапе является определяющей.

Распространение гидродинамических возмущений в неравновесной низкотемпературной плазме сопровождается целым рядом эффектов, отсутствующих при распространении аналогичных возмущений в первоначально равновесной среде. В частности, возможно усиление звуковых волн, то есть возникновение акустической неустойчивости. В широком спектре плазменных нсустойчняостей акустическая занимает особое место, так как в ней участвует нейтральная составляющая - преобладающая компонента низкотемпературной плазмы. Усиление акустических возмущений неравновесной средой переводит систему на определенном этапе в стадию нелинейной эволюции, характеризуемую формированием слабых ударных волн (УВ). Слабые УВ неизбежно возникают и пря импульсном способе создания низкотемпературной плазмы, и в устройствах, где в качестве электронов используются пл&змея-

г

ные листы (при поджиге плазменных листов в приэлектродной области образуются слабые УВ с числами Маха М = 1 -г 1.4, которые распространяются навстречу друг другу).

Плазма, как среда распространения УВ, отличается от простого газа наличием компонент, для которых характерны большое различие в массах, подверженность действию электрических и магнитных полей, участие в большом числе обратимых и необратимых реакций. Иерархия масштабов, отвечающих различным физическим процессам, предопределяет сложную структуру УВ.

Исследования акустики высокотемпературных гстерофазных систем в значительной степени стимулированы их практическим использованием. Воздействие концентрированных потоков энергии на поверхность материала не только меняет ее фазовое состояние, но и создает условия для возбуждения новых коллективных степеней свободы нанежфаз-ной границе. Взаимное влияние гидродинамических движений в газовой среде и в образующемся жидком слое определяет глобальное поведение гетерогенных систем. Это открывает новые возможности для их диагностики, а также управления шшши технологическими процессами.

Важность прикладного аспекта, сложности однозначной интерпретации результатов экспериментальных исследований, недостаточная изученность физической стороны проблемы определили основное содержание диссертационной работы, цотораж по свешена теоретическому анализу динамических и структурных характеристик слабонелинейных гидродинамических возмущений в химически активной молекулярной плазме тлеющего разряда, а также теоретическому изучешда вопроса о распространении акустических воли вблизи жидкой поверхности при

наличии концентрированных потоков энергии через межфазную границу.

Цепь работал состоит в выяснению! роли механизмов объемного тепловыделения и Переноса, различных релаксационных процессов в формировании структуры слабых УВ, их влияния на динамические характеристики возмущений конечной амплитуды, распространяющихся в неизотсрмичной газоразрядной плазме, химическая активность которой стимулирована возбуждением колебательных степеней свободы

молекул. При изучении взаимодействия акустических волн с поверхностью неоднородно нагретой жидкости целью исследований является уяснение роли объемных градиентов температуры в возникновении особенностей в поведении коэффициент» отражения звуковой волны как функции угла падения.

Научная новизну результатов, представленных в диссертационной работе, состоит в создании замкнутой теоретической модели, предоставляющей возможность исследовать динамику гидродинамических возмущений конечной амплитуды в неравновесных молекулярных газах сложного химического состава. Впервые установлены и особенности взаимодействия звуковых волн с поверхностью неоднородно нагретой жидкости. Приоритетными являются следующие положения:

— в молекулярной плазме тлеющего разряда, химическая активность которой стимулирована колебательной неравновесностью внутренних степеней свободы молекул, действуют два механизма, определяющих структуру и динамику возмущений нейтральной компоненты с конечной амплитудой: дисперсионный, обусловленный наличием легкой электронной компоненты, и рэлеевский, обусловленный передачей энергии от высокоэнергетичных электронов ниэкоонергетичным нейтралам;

- эволюция слабонелинейных волн 0 нейтральной компоненте описывается уравнением типа Кортевега-де Вриза-Бюргерса (КдВБ) с линейным источником - модифицированным уравнением КдВБ;

- структура слабых ударных во;щ (УВ), описываемая модифицированным уравнением КдВБ, зависит от знака коэффициента дисперсии; если коэффициент дисперсии положителен, то на профиле УВ развиваются осцилляции, которые распространяются от фронта вниз по потоку; если коэффициент дисперсии отрицателен, то осцилляции возникают перед фронтом УВ, образуя предвестники и лидеры; при положительной дисперсии набольших временах осцилляции трансформируются в цепочку солитонов, амплитуды которых стремятся к фиксированному значению;

— профиль УВ в диспергирующей плазме представляет собой суперпозицию профилей нейтральной и заряженных компонент, про страяственные распределения которых различны; различия существен-

&

ны в области больших градиентов профиля плотности нейтралов и вызваны действием амбиполярной диффузии, а также дрейфом заряженных частиц во внешнем электрическом поле;

— » неравновесных газовых смесях, в которых имеет место тепловыделение, а дисперсия несущественна, динамика слабонелинейных волн описывается модифицированным уравнением Бюргерса;

— рост фоновой температуры плазмы ведет к нарушению фазовых условий усиления волн давления рэлеевским механизмом, что оказывает стабилизирующее воздействие на развитие акустической неустойчивости;

— построение решения задачи Коши для неавтономного модифицированного уравнения Бюргерса с начальным возмущением типа сильного разрыва произвольной формы методом сращиваемых асимптотических разложений; получение аналитических выражений, описывающих эволюцию профиля слабого УИ, его амплитуды, динамику ширины фронта и скорости его движения;

— установление факта существования области параметров системы, в которой временная зависимость ширины фронта УИ с начальным профилем треугольной формы носит немонотонный характер; .

— при отражении звуковых волн от межфазной границы газ - жидкость аномально большое поглощение отраженной волны с области малых углов скольжения вызвано резонансным поглощением на дис-сяпативных модах - вязкостной и энтропийной;

— величина поглощения в резонансном максимуме существенным образом зависит от величины и направления температурного градиента в объеме неоднородно нагретой жидкости.

Научная значимость представленных результатов состоит в том, что они способствуют глубокому пониманию фундаментальных процессов, лежащих в основе образования структуры ударных волн в акустически активных плазменных средах сложного состава. Предложенная эволюционная модель дает возможность исследовать динамику слабых УВ в неравновесных нестационарных газовых средах аналитическими методами в широком диапазоне физических параметров системы. Проведенное исследование взаимодействия звуковой волны с поверхностью

в

термически неравновесной жидкости объясняет механизм поглощения энергии отраженной волны при малых углах скольжения, а также влияние объемных градиентов температуры на действие этого механизма. Добытые знаний могут служить базисом для описания поведения плазмы и гетерогенных сред в условиях конкретного устройства, без чего трудно рассчитывать на его адекватное функционирование, диктуемое назначением.

можности их использования для интерпретации поведения УВ в верхних слоях атмосферы при возмущении этих слоев летательными аппаратами и небесными телами. Проведенные исследования могут представлять интерес для прогнозирования поведения звуковых и слабых ударных волн в лабораторных и промышленных установках и устройствах, где неравновесная низкотемпературная плазма и высокотемпературные гетерофаэные среды используются в качестве рабочего тела (газовые лазеры, ллазмохимические реакторы, устройства по обработке поверхности материалов концентрированными потоками энергии и т.п.). Полученные результаты важны и для разработки новых, а также совершенствования уже существующих методов акустической диагностики систем указанной природы.

тальныы условиям, корректной постановкой рассматриваемых задач, соответствием наблюдаемым в экспериментах эффектам, сводимостью полученных результатов в предельных случаях к результатам работ других авторов.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. В молекулярной плазме тлеющего разряда, химическая активность

которой стимулировала возбуждением колебательных степеней свободы молекул, эволюция слабонелинейных возмущений давления нейтральной компоненты на нестационарном температурном фойе может быть описана неавтономным модифицированным уравнением Кортевега - де Вриза - Бгоргерса с линейным источником, который учитывает влияние возмущенных объемных источников тепловыделения активной среды.

2. Впервые показано, что структура слабых ударных волн в иейтрачь-

ной компоненте химически активной плазмы тлеюикго разряда

полученных данных заключается в воз-

результатов обоснована использованием теоретических моделей, адекватных в главных чертах эксперямен-

определяется двумя совместно действующими механизмами: дисперсионным, который управляет движением электронов в областях со значительными пространственными градиентами профиля плотности нейтралов, и рэлеевским, ответственным за усиление акустических возмущений распределенными источниками тепла. В зависимости от знака коэффициента дисперсии профиль скачка давления нейтральной компоненты модулируется распадными осцилляция ми либо вниз ло потоку (положительная дисперсия), либо вверх, порождая предвестники и лидеры перса фронтом ударной волны (отрицательная дисперсия).

3. Впервые установлено, что осцилллимонному профилю слабой удар-

ной волны в нейтральной компоненте плазмы отвечают осцилляци-онные профили концентраций заряженных компонент. Пространственные распределения каждой из компонент различаются между собой как по амплитуде, так и по фазе.

4. Впервые доказано, что рост фонового давления в плазме с нестаци-

онарной фоновой температурой оказывает стабилизирующее воздействие на развитие акустической неустойчивости.

Б. Разработана теоретическая модель, позволяющая описывать динамику гидродинамических возмущений конечной амплитуды в акустически активных средах без дисперсии неавтономным модифицированным уравнением Бюргерса. Построено аналитическое решение задачи Коши для модифицированного уравнения Бюргерса, описывающее эволюцию слабых ударных импульсов с профилем произвольной формы. Установлен факт существования области параметров системы, в которой временная зависимость ширины ударного фронта имеет немонотонный характер.

в. Впервые показано, что при отражении звуковых волн от поверхности неоднородно нагретой жидкости аномально большое поглощение отраженной волны в области малых углов скольжения вызвано резонансным поглощением на диссипативных мсяах - вязкостной и энтропийной. Величина поглощения в резонансном максимуме существенным образом зависит от величины и направления температурного градиента в объеме неоднородно нагретой жидкости.

Апробапия работы и публикации. Результаты исследований, выполненных по теме диссертации, докладывались на III Всесоюзной конференции по физике газового разряда (Киев, 1986), X Европейской конференции по атомной и молекулярной физике в ионизированных газах (Орлеан, 1990), XX Международной конференции по явлениям в ионизированных газах (Пиза, 1991), VIII Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Минск, 1991). По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура .и объем диссертация. Диссертация состоит ич введения, четырех глав и заключения, наложенных на 98 страницах машинописного текста, а также списка, литературы, содержащего 140 наименований. Общий объем диссертации - 109 страниц, включая 8 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности исследуемой в диссертации проблемы, сформулирована цель работы, кратко описано ее содержание и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор полученных к настоящему времени результатов экспериментальных и теоретических исследований по распространению гидродинамических возмущений в низкотемпературной плазме и других активных средах, а также по взаимодействию акустических волн с межфазной границей вязкостно - тенлонроводностных сред.

В разделе 1.1 рассмотрен вопрос об устойчивости акустических возмущений в активных средах, описаны возможные механизмы акустических неустойчивостей и дан обзор результатов исследований по данному вопросу.

Раздел 1.2 содержит анализ современного состояния дел в динамике гидродинамических возмущений конечной амплитуды. Рассмотрены существующие эволюционные модели и представлены данные по исследованию структуры слабых ударных волн.

Обзору работ, связанных с изучением взаимодействия звуковых волн с межфазной границей, посвящен раздел 1.3.

В кратких выводах, изложенных в разделе 1.4, анализируется совре-' меиное состояние проблемы, составляющей предмет диссертационного исследования.

Вторая глава посвящена исследованию эволюции слабонелиней-- ных возмущений гидродинамических полей плоской геометрий в диспергирующей неравновесной газоразрядной молекулярной плазме с нестационарным температурным фоном. Эволюцию гидродинамических

возмущений в таких средах необходимо исследовать на многожидкостных моделях, поскольку на высоких частотах скалывается инерционность тяжелых частиц, и колебания плотностей нейтральной и заряженных компонент плазмы отличаются между собой как по амплитуде, так и по фале. В аналитическом подходе иснользована простейшая модель трехжидкостной гидродинамики для неравновесного слабоиони-зированного газа, представляющего собой неограниченный пространственно однородный положительный столб тлеющего разряда, состоящий из смеси электронов, одного сорта ионов и одного сорта нейтральных молекул.

Раздел 2.1 содержит построение и обоснование физической модели, адекватной в главных чертах своего поведения реальным неравновесным плазмохимическим средам. В рассматриваемой модели источником энергетической нсравновссности является электронный газ с температурой Ге, значительно превосходящей температуру тяжелых частиц Т. Поток энергии от электронов к нейтралам вследствие упругих и неупругих взаимодействий при определенных условиях является причиной усиления акустических возмущений (акустическая неустойчивость). Неупругие взаимодействия электронов с молекулами возбуждают колебательные степени свободы, стимулируя тем самым химическую активность молекул. Вступая между собой в химические реакции, колебательно-возбужденные молекулы часть своей внутренней энергии диссипируют на шетупателыю-вращателышх степенях свободы, чем повышают температуру тяжелых частиц. Для разрядов умеренного давления с температурой электронов 1-3 эВ большая часть мощности разряда расходуется на возбуждение именно колебательных уровней основного электронного состояния молекул. Рассмотрен наиболее интересный для плазыохнмических приложений случай интенсивной химической реакции, когда характерное время гидродинамических возмущен и т,ы>~1, где ит - частота химической реакции.

Ионизациоино-рекомбинационная кинетика в принятой модели представлена прямой ионизацией электронным ударом и процессами диссоциативной рекомбинации.

Раздел 2.2 содержит последовательный вывод эволюционного урав-

»

нения для слабонелмнейных возмущений давления нейтральной компоненты плазмы. Показано, что полная система уравнений релаксационной гидродинамики и уравнений Максвелла для трехжидкостной модели в квадратичном (по амплитуда возмущений) приближении может быть сведена к одному эволюционному уравнению типа Кортевега - де Вриза - Бюргерса (КдВБ) с линейным источником - модифицированному уравнению КдВБ. Для безразмерных величин в сопровождающей системе координат это уравнение имеет вид

дт6 + ах6д;6 - агд?ё - а3д?6 + а<«5 . (1)

Здесь 6 - относительный уровень возмущения давления нейтральной компоненты, г и С - время и пространственная координата, нормированные на соответствующие характерные масштабы задачи, а; - коэффициенты, сложным образом зависящие от яевозмущенных параметров плазмы и в общем случае (при нестационарном температурном фоне) являющиеся функциями времени. В инкремент ач в качестве слагаемого входит член — описывающий стабилизирующий вклад роста фоновой температуры Т„.

Пространственно-временные распределения относительных возмущений концентраций электронов и ионов имеют вид

Ч» я ^''Ч'5 + 3»е,09<<5 + ¿#'°<5 , (2)

где коэффициенты В^ - сложные функции невозмущенных параметров среды, +}с'(1)Л, с' - безразмерная дисперсионная добавка

9 <

к фазовой скорости звука.

' В разделе 2.3 исследуется распад слабой УВ в плазме с постоянным температурным фопом (коэффициенты а,-=еотЫ в уравнении (1)). Начальная стадия распада описывается задачей Коши для линеаризированного уравнения (1), что справедливо на временах

где (¿) - величина скачка давления на фронте УВ, имеющей в начальный момент времени вид

Решение линеаризированной задачи Коши (1),(3) можно представить в следующей форме

оо

¿((, г) = й/А)(г)ехр(а2г)^ . (4)

•К.*)

Здесь В=<Гехр(а<-а^/3), а(С,г)=/Эзйп а3+«5, аа-

- функаня Эйри. Для положительной дисперсии (о3 > 0) главный член асимптотического разложения решения (4) имеет вид

-|а|,/4вт(||в|3/2 + */4)]} при 0->-оо, (6)

О

где

, ; ^а»Г(Дг+1)[1 + (-1)»2сов(£)] 11=1 + -. К- »

йг, Ш«^Г(1 + §)

Если аз < 0, то тогда

-а^ип^в3"- т/4)) при р - оо, (7)

«У

¿(С,т)~В

при р -* —оо. (8)

Как видно из (6), для огэ > 0 распадные осцилляции профиля УВ развиваются вниз по потоку, тогда как для «а < в оспилляционная структура возникает перед фронтом - (7). Осцилляции возникают и в заряженных компонентах, как это нетрудно видеть из (2), однако их пространственные распределения отяичшэте* от (6),(7) и друг от друга. Такое поведение плазменных компонент может являться причиной появления так илзываемых дополнительных плазменных образований, обнаруженных

в ряде экспериментов л представляющих собой зоны повышенной концентрации электронов, а также колебаний электрического потенциала, наблюдавшихся как за фронтом, так и перед ним.

В разделе 2.4 сформулированы краткие выводы относительно результатов исследований, проведенных в данной главе.

В третьей главе рассмотрена динамика слабых ударных импульсов (УИ) в акустически активных неравновесных молекулярных газах с нестационарным температурным фоном. В ней показано, что в отсутствие дисперсии эволюцию конечных гидродинамических возмущений можно описывать уравнением Бюргерса с линейный источником (модифицированное уравнение Бюргерса).

Раздел 3.1 посвящен описанию пространственно-временного поведения профиля слабого Уй, эволюции фронта и скорости его движения. Это достигается построением аналитического решения задачи Коти для неавтономно)« модифицированного уравнения Бюргерса методом сращиваемых асимптотических разложений. Решения получены для УИ с формой начального профиля произвольного вида.

В разделе 3.2 исследуется динамика У И треугольной формы. Получены и проанализированы аналитические выражения, описывающие эволюцию амплитуды и ширины ударного фронта.

Краткие выводы по третьей главе изложены в разделе 3.3.

В четвертой главе исследуются особенности отражения звуковых волн от граничной поверхности неоднородно нагретой жидкости. В отличие от подробно исследованного случая термодинамически равновесных сред, в термически неравновесных системах звуковая волна, падающая из газа на поверхность неоднородно нагретой по объему жидкости, возбуждает в последней рриповерхностные конвективные движения, которые влияют на распределение скоростей и температуры на самой поверхности, а, следовательно, и на условия отражения и поглощения звука. Конвекция вызывается как термокапиллярными

I з

силами, возникающими вследствие изменения межфазного натяжения под воздействием неоднородных возмущений температуры поверхности (эффект Марангони), так и переменным давлением акустического поля. Кроме того, для неоднородно нагретой жидкости распределение

и

поверхностной температуры зависит и от величины локальной деформации межфазмой границы.

В разделе 4.1 дается постановка задачи и сформулированы основные уравнения, описывающие процесс взаимодействия с межфазной границей акустической волны, падающей из газового полупространства на поверхность 2 = ((х,<) несжимаемой вязкой жидкости, занимающей полупространство г<((х1(). В объеме невозмущенной жидкости создан постоянный градиент температуры за счет поглощения жидкоц поверхностью теплового потока плотностью ф.

В разделе 4.2 исследовано взаимодействие падающей звуковой волны с межфазной границей и получено аналитическое выражение для коэффициента отражения.

Распространение акустической волны в неоднородной среде, в которой имеют место процессы теплопроводности и внутреннего трения, сопровождается возбуждением дополнительных коллективных степеней свободы: тепловой и вязкостной мод колебаний. Это означает, что при взаимодействии падающей волны с межфазной границей от поверхности жидкости распространяются три типа воли:

- отраженная звуковая с длиной Л, распространяющаяся поп углом в по отношению к нормали к плоскости 2=0;

- сильно затухающая тепловая волна с длиной АТ~\/1А (/ - длина свободного пробега молекул газа), распространяющаяся под углом к нормали, близким к нулю;

- сильно затухающая вязкостная волна с длиной А„*л/?А. которая также, как тепловая распространяется вглубь газа под малым углом.

Решая задачу о трансформации падающей волны, можно выделить малый параметр (х - температуропроводность, с, - фа-

зовая скорость адиабатического звука), пропорциональный отношению длины волны тепловой (или вязкостной) моды к длине волны обычного звука;

А„/Л~е«1, (9)

где и - циклическая частота звука, Р 1»«'/х - число Прандтля (для гаг зов гобычно Рг=<7(1)). Компоненты волновых векторов н гидродинаг мнческхе доля, нредсхааляющяе собой решения исходных уравнений

м

для гетерофаэноК системы и удовлетворяющие граничным условия на межфазной поверхности, определены в решаемой задаче с точностью до членов порядка с. Такое приближение позволяет пренебречь объемным поглощением обычных звуковых воли, коэффициент объемной диссипации которых имеет порядок //Д~£5.

В выражении для коэффициента отражения градиент температуры, создаваемый внешним источником, присутствует только в безразмерной комбинации параметров б, представляющей собой отношение длины звуковой волны к характерному размеру вертикальной плотностной неоднородности жидкости. Следовательно, влияние термической неравновесности на параметры отраженной волны определяется исключительно соотношением между двумя отмеченными выше масштабами, и с ростом частоты это влияние уменьшается, стремясь к нулю на высоких частотах:

lim 5 = 0.

w-»oo

Существование в газовом полупространстве медленных тепловой и вязкостной волн с большими коэффициентами поглощения является причиной возникновения резонансного максимума в поглощении энергии отраженной звуковой волны в области углов падения в, близких к 90°. При выполнении условий синхронизма максимум наблюдается для тех значений ff, при которых г - компонента фазовой скорости отраженной звуковой волны с,, становится сравнимой по величине с фазовыми СКОРОСТЯМИ ТеПЛОВОЙ Cr и вязкостной С„ воля.

Раздел 4.3 содержит численный анализ зависимости коэффициента отражения R=\R\e1'* от угла падения в, где <р - фазовый сдвиг отраженной звуковой волны по отношению к падающей. В соответствии с расчетными данными представлены графики функций |Я(0)| и <р{в).

В разделе 4.4 содержится обсуждение полученных в четвертой главе результатов и даны краткие выводы. ,

В заключительном разделе диссертации приведены основные результаты и сформулированы выводы по результатам выполненых теоретических исследований. Кратко их можно изложить следуюпдам образом.

1. Эволюция акустических возмущений конечной амплитуды плазмы тлеющего разряда, химическая активность которой стимулирована возбуждением колебательных степеней свободы молекул, может быть описана неавтономным модифицированным уравнением Кортевега - де Вриза-Нюргерса с линейным источником, учитывающим возмущение объемного тепловыделения активной среды.

2. Структура и динамика слабых УВ определяются двумя совместно действующими механизмами: дисперсионным, который управляет движением электронной компоненты в областях со значительными пространственными градиентами профиля плотности нейтралов, и рэле-евским, ответственным за усиление акустических возмущений объемными источниками тепловыделения. В зависимости от знака коэффициента дисперсии профиль скачка плотности нейтралов может быть промодулирован распадными осцилляциями либо вниз по потоку (положительная дисперсия), либо вверх (отрицателтная дисперсия), порождал тем самым особенности структуры УВ перед ее фронтом.

3. Оащллящюшюыу профилю нейтралов отвечают осцилляционные профили заряженных компонент, однако форма пространственных распределений каждой из компонент различна. Такое различие приводит к появлению прекурсорных областей нескомпенсированного пространственного заряда.

4. Рост фонового давления в плазме с нестационарным температурным фоном оказывает стабилизирующее воздействие на развитие акустической неустойчивости.

5. В случаях, когда дисперсионные эффекты несущественны, эволюция гидродинамических возмущений конечной амплитуды может быть описана неавтономный модифицированным уравнением Бюргерса. Для описания динамики профиля слабого ударного импульса произвольной формы построено решение задачи Коши методом сращиваемых асимптотических разложений. Анализ эволюции фронта УИ треугольпой формы показал существование области параметров системы, в которой временная зависимость ширины ударного фронта имеет немонотонный характер.

6. При отражении звуковых волн от поверхности неоднородно нагретой жидкости аномально большое поглощение отраженной волны в области малых углов скольжения вызвано резонансным поглощением на диссинативных модах - вязкостной 'и энтропийной. Величина поглощения в резонансном максимуме существенным образом зависит от величины и направления температурного градиента в объеме неоднородно нагрето* жидкости.

1С

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гмдаевич Е.Л. Динамика акустического импульса в неравновесной

химически активной плазме,- Препринт/ Ин-т проблем моделирования в энергетике АН УССР.- Киев, 1986.- N62.- 34с.

2. Голдаевич Е.Л. Влияние релаксационных процессов на структуру

ударного импульса в токовой плазме молекулярного газа// III Все-союзн. коиф. по физике газового разряда: Тезисы докладов.- Киев, 1986,- С.422-424.

3. Goldayevich E.L. Front velocity of shock waves propagating through a

glow discharge in irreversibly reacting gases// Proc. X-th Europ. Conf. on Atomic and Molecular Phys. of Ionized Gases.- Orleans (Prance), 1990.- P.413-414.

4. Голдаевич Е.Л., Фисун О.И. О решении модифицированного уравне-

ния Бюргерса (случай плавных возмущений)// Плазменные преобразователи энергии: Сб. науч. тр.- Киев: Ин-т проблем энергосбережения АН УССР.-1991.- С.46-48.

5. Goldayevich E.L. Development of an ion fore-runner coused by a weak

shock wave propagating through a glow discharge in chemically active molecular gases// Proc. XXth Int. Conf. Phenom. Ionized Gases (ICPIG).- Pisa (Italy), 1991.- Contr. Papers 3.- P.568-569.

6. Голдаевич Е.Л. Формирование ионного предвестника слабой удар-

ной волны в химически активной молекулярной плазме тлеющего разряда// Динамические процессы в сложноорганизовалшых системах: Сб. иауч. тр.- М.: Ии-т фяз.-техн. проблем.- 1991.- С.73-80.

7. Голдаевич Е.Л., Лиситченко В.В. Возникновение осцилляционной

структуры ударной волны в плазме тлеющего разряда химически активных молекулярных газов// Материалы VIII Всесоюзной коиф. "Физика низкотемпер. плазмы": В 3-х част./ Под ред. О.Г.Мартыкеико.- Минск: АНК "ИТМО АН БССР".- 1991.- Ч.1.-С.145-146.

8. Голдаевич Е.Л. О взаимодействии звука с межфазной границей в

гетерогенных системах со стационарными,тепловыми потоками// Проблемы энергосбережения,-1991.- Рьт.О,- С.83-90.

9. Голдаевич Е.Л. Отражение акустических волн от поверхности неод-• породно нагретой жидкости// Теплофиз. высоких темпер.- 1992.-

Т.ЗО, вып.1.- С.98-104.

Goldayevich £.fHydrodynamic properties ofchemicallj active nonequUibrium gas-discharge media and hi el temperature heterogeneous svstems. The competitor diesei tation for the degree of Candidate of Science in physics ant mathematics, Speciality: Plasma Physics and Chemistry. Th< 1 .bhevchenko Kiev University, Kiev, 1995.

SHirL^®?^ Trks to the theoretical reseaicl

of structural and dynamic features of weak nonlinear wave

propagating through a plasma column of a glow discharge ir

a molecular aas undergoing irreversible exothermic reaction du«

to vibrational excitations of molecules by the electron impects

and the peculiarity of reflection of acoustic waves from gas

lnhomogeneously heated liquid interface aie defended. It waj

ascertained that the profile of plane shock waves has an oscillatoii structure, and the reflection factor of acoustic waves depends 01 the magnitude and the direction of temperature gradient in th< liquid bulk. The possibility of employment of study results L examined.

Ключош слова: нервно важна плазма, гхдродинамхчн збурения, релаксащйш процеси, акустичт хвилй

Подо, в иеч.//г5' </6" . Формат 60x64/16. Бумага тип. Офс. печать. Лсл. сеч, д. //(' . Усл. кр.-отт. ( К . Уч.-изд. л. с\95 Тяраг/СО экз. Зал. -125 Бесплатно.

Отпечатано в Институте математики АН Украины <¡52601 Киев 4, ГСП, ул. Терещенковская, 3