Разработка, создание и исследование системы формирования мощного электрогидродинамического потока на основе высокочастотного барьерного разряда в газе

Небогаткин, Сергей Вячеславович

Разработка, создание и исследование системы формирования мощного электрогидродинамического потока на основе высокочастотного барьерного разряда в газе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Небогаткин, Сергей Вячеславович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Разработка, создание и исследование системы формирования мощного электрогидродинамического потока на основе высокочастотного барьерного разряда в газе»

Автореферат диссертации на тему "Разработка, создание и исследование системы формирования мощного электрогидродинамического потока на основе высокочастотного барьерного разряда в газе"

На правах рукописи

НЕБОГАТКИН СЕРГЕЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

РАЗРАБОТКА, СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНОГО ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО БАРЬЕРНОГО

РАЗРЯДА В ГАЗЕ

01.04.13 - Электрофизика, электрофизические установки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 1 ноя 2013

Санкт-Петербург - 2013

005539538

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор, академик РАН, Хомич В. Ю. доктор технических наук, Ямщиков В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Сафронов А. А. кандидат технически наук, Шаталов И. В.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова»

Защита состоится декабря 2013г. в /У часов на заседании

диссертационного совета^ф4£002.131.01 Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук по адресу: 191186, Санкт-Петербург, Дворцовая наб., д.18, ИЭЭ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЭЭ РАН. Автореферат разослан " "У " ноября 2013 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета^^

кандидат технических наук_Киселев А. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Физическое явление коллективного движения газа, возникающего в результате образования потока ионов, дрейфующих в поле коронного разряда и передающих свой импульс нейтральным компонентам газовой среды при столкновениях, исторически получило название - электрический ветер. Традиционно электрический ветер применяется в аппаратах электрон-ионных технологий, в электрофильтрах для очистки газовых сред, в устройствах для электроокраски и нанесения покрытий на материалы, а так же в системах электрической прокачки газов.

В последние годы к изучению этого явления, которое стали часто называть электрогидродинамическим (ЭГД) эффектом, проявляется повышенный интерес. Это обусловлено возможностью формирования скоростных газовых потоков без использования электромеханических систем таких, как турбины и вентиляторы.

С ЭГД эффектом связана перспективная атмосферная плазменная технология со многими потенциальными применениями в аэронавтике, позволяющая управлять воздушным потоком у поверхности крыла, уменьшая лобовое сопротивление и затрудняя переход к турбуленции.

В космической технике электродинамический поток применяется для сдува пузырей с фильтрующих сеток топливных каналов, в разработках электроракетных двигателей и безлопаточных электрогидронасосов.

В компьютерной технике ЭГД потоки могут быть применены для отвода тепла при охлаждении компьютерных чипов в современных высокомощных вычислительных системах.

В лазерной технике ЭГД системы используются для прокачки рабочей смеси в электроразрядных газовых лазерах. Преимущество электрической прокачки перед механической в том, что она не имеет движущихся частей и связанных с ними причин отказа из-за изнашивания ротора или тепловой и механической усталости вентиляторов, а также целый ряд других преимуществ.

В настоящее время, возможности применения ЭГД потоков в мощных электрофизических устройствах и промышленных технологических установках, остаются весьма ограниченными. Причиной этого является низкая мощность коронного разряда, обусловленная малой площадью поверхности электродов и переходом разряда в искровой при повышении тока, так при напряжении разряда 30 кВ скорость и величина потока составляют 4 — 5 м/с и 2 — 3 л/с.

В системах с барьерным разрядом ЭГД поток создается вдоль поверхности диэлектрика, что также ограничивает величину расхода газа. Кроме того, при высоких напряжениях и токах ухудшается электрическая прочность конструкции, что снижает надежность работы электрофизических установок.

При создании мощных электрофизических установок, в частности, для прокачки рабочих смесей в мощных электроразрядных лазерах требуются значительно более высокие газовые потоки.

В работах ИЭЭ РАН было предложено использовать высокочастотный газовый разряд, распределенный по диэлектрической поверхности. Такой разряд значительно мощнее коронного разряда и может быть получен на площади до 103 см2. Однако практических полномасштабных исследований получения электрогидродинамического потока в такой системе не проводились.

Таким образом, проблема получения мощного ЭГД потока в газе является актуальной, а поиск путей ее решения требует проведения исследований.

Объект и предмет исследований

Объектом исследований является мощный ЭГД поток, образующийся при горении высокочастотного барьерного разряда распределенного по поверхности диэлектрика, позволяющий достичь достаточно высоких скоростей прокачки и больших газовых потоков с поперечным сечением порядка 102 см2.

Предметом исследований является устройство формирования ЭГД-потока с величиной объемного расхода более 10 л/с, состоящее из плазменного эмиттера (ПЭ) ионов на основе высокочастотного барьерного разряда, сеточного коллектора ионов и высоковольтной системы питания.

Цель работы

Основной целью настоящей диссертационной работы является разработка, создание, исследование и оптимизация параметров системы формирования мощного электрогидродинамического потока при горении высокочастотного барьерного разряда в газе, а также теоретическое и экспериментальное исследование процессов образования ЭГД потоков и их электрофизических характеристик при разных параметрах и режимах работы источников питания для достижения наибольших величин газового расхода.

Постановка задачи

На основе рассмотренной системы Дюманшена было необходимо разработать экспериментальную установку, которая наиболее полно удовлетворяет требованиям создания мощного ЭГД потока, а также провести теоретическое и экспериментальное исследование процессов его формирования и определить его основные разрядные и скоростные характеристики.

Экспериментально исследовать возможность получения ЭГД потока с управляемыми параметрами ионного тока, направления движения, профиля распределения потока, а также скорости и величины объемного расхода газа.

Исследовать возможность масштабирования параметров установки с целью получения скоростных газовых потоков с более высокими характеристиками, чем у других ЭГД систем.

Методы исследований

В ходе экспериментальных исследований электроразрядные характеристики измерялись цифровым осциллографом, вольтметром и амперметром, концентрация заряженных частиц определялась счетчиком аэроионов, температурный режим контролировался инфракрасным пирометром, а измерение скоростных параметров потока с помощью цифрового анемометра.

устройства при разных параметрах установки и режимах работы высоковольтных генераторов.

Напряжение на плазменном эмиттере измерялось высоковольтным шупом Tektronix Р6015А, ток барьерного разряда низкоиндуктивным омическим шунтом. Скоростные характеристики ЭГД потока контролировались с помощью термоанемометра АТТ-1004. Регистрация электрических сигналов от щупов и датчиков тока проводилась с помощью цифрового запоминающего осциллографа LeCroy WaveRunner 6051А с полосой пропускания 500 МГц и частотой дискретизации 5 Гвыборок/с. Для оценки мощности потерь температура на плазменном эмиттере и элементах генератора регистрировались инфракрасным пирометром Ray Tek MiniTemp бесконтактным методом.

Другим методом исследований являлся теоретический расчет и численное моделирование характеристик ЭГД потока, с помощью которых были определены и оптимизированы основные параметры экспериментальной установки. В ходе экспериментов результаты теоретических расчётов сравнивались с данными экспериментов и анализировались.

Научная новизна

В работе впервые исследован новый подход к проблеме получения ЭГД потока, в котором источником ионов служит высокочастотный барьерный разряд, распределённый по поверхности диэлектрика. Благодаря достаточно большой площади эмиссии и плотности частиц такой подход лишен принципиальных физических ограничений на величину газового потока.

Была предложена одномерная модель стационарного ЭГД потока с помощью которой решены задачи о продольном распределении электрического поля и концентрации ионов в промежутке между эмиттером и коллектором заряженных частиц, а также выведены формулы для расчета его вольт-амперных и скоростных характеристик.

Предложено, разработано и создано оригинальное устройство формирования ЭГД потока с коаксиальной конструкцией плазменных эмиттеров

заряженных частиц и высоковольтной системой питания, позволившее достигнуть рекордного газового расхода до 11,7 л/с и скорости до 1,6 м/с.

Проведены оптимизация характеристик предложенного устройства формирования ЭГД потока и выбор оптимальных параметров генераторов напряжения синусоидальной формы с амплитудой до 15 кВ и частотой 30 кГц, а также квазипрямоугольных импульсов положительной полярности с изменяемой амплитудой напряжения иг - 0 - 12 кВ, длительностью Ь » 7 мкс, перестраиваемой частотой следования импульсов / = 10 — 25 кГц.

Практическая значимость

Разработанная и созданная автором работы система формирования электрогидродинамического потока может применяться в устройствах, совмещающих возможности прокачки и предыонизации для газоразрядных установок, например газоразрядных лазеров, позволяющих заменить традиционные механические устройства прокачки рабочих сред.

Уникальные возможности применения ЭГД потоков связанны с интенсификацией теплоотдачи, в аэрокосмических энергоустановках, а также при охлаждении компьютерных процессоров. В авиации возможно управление воздушным потоком у поверхности крыла, уменьшая лобовое сопротивление и затрудняя переход к турбуленции. При этом важное значение приобретают вопросы компьютерного моделирования ЭГД потока, рассмотренные в диссертационной работе.

Основными преимуществами предложенной системы являются: относительная простота и надежность конструкции, стабильность характеристик, возможность работы в агрессивных средах и сравнительно малые габариты и вес. Применение предложенной системы питания совместно с многоэлектродным плазменным эмиттером позволяет создавать ЭГД потоки с необходимой величиной расхода газа.

Результаты исследований могут быть полезны для инженерных расчётов при создании перспективных ЭГД устройств.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы и опытные образцы разработанных на их основе систем формирования электродинамического потока использованы в ФГБУН Российской академии наук: Институте электрофизики и электроэнергетики, Физическом институте имени П.Н. Лебедева, Институте общей физики, Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН, ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского», ФГУП НПО «Астрофизика», ООО «Алекс Лаб» и «ПалсЛаб».

Данная система успешно внедрена в комплексной установке для прокачки и предыонизации АгБ лазера в ИЭЭ РАН.

Защищаемые положения:

• Экспериментально доказано, что при горении высокочастотного (10 - 25 кГц) барьерного разряда в газе, распределённого по поверхности диэлектрика, образуется ЭГД поток со скоростью до 1,6 м/с в направлении внешнего электрического поля, создаваемого между плазменным эмиттером и коллектором при напряжении смещения 10 — 20 кВ.

• Результаты расчёта и его экспериментальное подтверждение в одномерной модели распределения электрического поля и концентрации ионов в промежутке между эмиттером и коллектором, а также вольт-амперные зависимости ионного тока и зависимости скорости нейтрального газа от напряжённости внешнего электрического поля.

• Получение ЭГД потока с величиной расхода более 11 л/с при скорости до 1,6 м/с с помощью разработанного и созданного устройства, состоящего из плазменного эмиттера ионов на основе барьерного разряда с коаксиальной системой электродов и коллектора ионов в виде сетки, разделённых газовым разрядным промежутком.

• Возможность масштабирования величины и площади сечения потока, предложенного устройства, как за счёт увеличения площади поверхности отдельного эмиттера ионов, так и путём наращивания числа таких эмиттеров.

Вклад автора

Автор лично участвовал в разработке конструкции и создании экспериментальной установки, состоящей из устройства формирования ЭГД-потока при горении высокочастотного барьерного разряда в газе, высоковольтной системы питания установки, а также системы регистрации выходных параметров и сбора экспериментальных данных.

Им были экспериментально исследованы характеристики барьерного разряда в зависимости от напряжения и частоты питания разряда, особенностей конструкции плазменного эмиттера ионов, концентрации частиц при разных полярностях постоянного напряжения смещения.

Автор диссертации принимал непосредственное участие в проведении математического моделирования, аналитического и численного расчета ЭГД процессов и их сравнение с данными экспериментов.

Апробация работы н научные публикации

По теме диссертационной работы автором опубликовано 9 научных работ, из которых 4 в рецензируемых журналах, из списка ВАК.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах Института электрофизики и электроэнергетики РАН, а также на следующих международных конференциях: 29th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics (ICALEO) Anaheim, CA, USA 2010 и 8th International Conference on Nanosciences and Nanotechnologies (NN11), 12-15 July, Thessaloniki, Greece 2011.

Результаты работы удостоены Золотой Медали Российской академии наук для молодых ученых РАН, других учреждений и организаций России 2012 года.

Объем н структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 130 страниц машинописного текста, 1 таблица, 72 рисунка по тексту и список литературы, который состоит из 121 источников отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований.

Произведена постановка исследуемых задач, дана оценка новизны, практической значимости и оригинальности методов и подходов к решению поставленных задач. Сформулирована цель и защищаемые положения диссертационной работы, описаны основные методы экспериментального исследования. Кратко изложено содержание диссертационной работы по главам.

Первая глава диссертации посвящена обзору работ по проблеме получения электрогидродинамических потоков.

Рассмотрены существующие методы получения ЭГД потоков, основанные на использовании коронного разряда, диэлектрического барьерного разряда и на эмиссии ионов из плазмы барьерного разряда за счет приложения внешнего электрического поля. Описаны различные типы электродных систем, таких как: коронирующие электроды с одиночным острием, проволочный электрод и многострийный электрод; плазменные актьюаторы на основе диэлектрического барьерного разряда с планарной конструкцией электродов, а также электродная система Дюманшена. В работе отдельно рассмотрены высоковольтные источники, которые обеспечивают питание электроразрядных систем. Описано влияние параметров источников питания на характеристики ЭГД потоков.

Проведенный анализ литературы показал, что недостатком традиционно применяемых систем с коронирующими электродами прежде всего является ограничение величины газового потока (не более 3 л/с), кроме того происходит быстрая эрозия электродов. При использовании диэлектрического барьерного разряда ЭГД поток образуется только в узком объеме газа и для получения потоков с большим расходом газа требуются более мощные источники.

Описанная в первой главе система формирования ЭГД потока на основе ВЧ барьерного разряда, распределенного по поверхности диэлектрика, может стать реальной и экономически выгодной альтернативой традиционным механическим вентиляторам и турбинам, т.к. она лишена принципиальных

ограничений по величине газового расхода. На основе этой системы проводились исследования, описанные в диссертации.

В конце первой главы сформулированы задачи исследования.

Во второй главе предложена коаксиальная схема конструкции плазменного эмиттера, проведены теоретический анализ возможностей формирования ЭГД потока на основе барьерного разряда, аналитический расчет основных параметров, включающий математическое моделирование, расчёт скоростного напора, а также компьютерная симуляция процесса.

Для анализа процессов, протекающих в промежутке между эмиттером и коллектором ионов, в диссертации была предложена одномерная модель, описывающая пучок ионов, дрейфующих во внешнем электрическом поле между эмиттером и коллектором ионов. Модель включает систему уравнений: уравнение непрерывности, уравнения для изменения поля, вызванного объемным зарядом, граничного условия и уравнения для напряжения между электродами. Граничными условиями служила постоянная во времени на аноде и нулевая на катоде концентрация заряженных частиц.

Для стационарных условий была решена задача о распределении напряженности электрического поля Е(х), концентрации ионов п(х), и плотности ионного тока у. Зависимость тока /0 от напряжения на коллекторе II0:

9 Ц о

= = <'>

где 5 - эффективная площадь эмиттера ионов, ц - подвижность ионов, и0 - напряжение смещения на коллекторе, й - расстояние между эмиттером и коллектором, £0 = 8.8542 • 1(Г12 Ф/м - диэлектрическая постоянная.

Проведен расчёт скоростного напора ЭГД потока. Сила, обусловленная действием электрического поля Е(х) на пространственный заряд ионов еп(;с), создает градиент давления в газе:

_ „/-„Ч-Г./..Ч

- = п(х)еЕ(х) = - (2)

Давление электрических сил у сеточного коллектора определяется:

1 Га 9 Р=~ }йх=-Е0Е£

МЛ) в

(3)

(4)

где р - плотность газа в межэлектродном промежутке, а V - скорость газового потока. Приравнивая выражения (3) и (4) находим:

9 £0

V = 3^0 (5)

Полагая, р = 1,2928 кг/м3 - для воздуха при комнатных условиях получаем, что

где V — выражено в м/с, а £"0 = и0/(1 — в кВ/см.

Компьютерная симуляция образования ЭГД потока проводилась в среде «СотзоММиШрИузгсБ». Были созданы одномерная и двумерная модели, с помощью которых получены распределения скорости воздушного потока; зависимость максимальной скорости ветра от напряженности внешнего электрического поля; распределение электрического поля и концентрации ионов в ионизованном газовом промежутке, а также распределение скорости ЭГД потока между коаксиальным ПЭ и коллектором. Данные зависимости скорости потока вдоль центральной оси симметрии модели хорошо коррелируют с полученными ранее данными упрощенной модели ЭГД потока.

Третья глава диссертационной работы посвящена описанию установки созданной для проведения экспериментов, включая расчёт параметров высоковольтного генератора высокочастотных импульсов (ВГВИ) необходимого для питания ПЭ и описание использовавшихся в экспериментах генераторов.

Для расчёта параметров ВГВИ была предложена эквивалентная электрическая схема горения барьерного разряда на поверхности ПЭ (рис. 1).

V « 0.28Я,

(6)

Эквивалентная электрическая схема ПЭ для единичной длины поверхности представляет собой контур из параллельно включенных удельных емкостей между электродами трубки Сзл и цепочки последовательно соединенных сопротивлений ЙБР и емкостей СБР плазмы БР, как показано на рис. 1(6). /?БР и СБР являются переменными величинами и зависят от состояния разряда. Рассчитанная емкость электродов Сэл~100 пФ.

Рис. 1 - (а) - Поперечный разрез трубки ПЭ. (б) - Эквивалентная схема ПЭ.

При и = 10 кВ и /БР « 10 ■1т= 10 ч- 30 мА, где Іт « 1 + 3 мА - ток ионов рассчитанный по формуле (1) для одной трубки ПЭ, находим: 10 = ш-СТР-и- эт^сиЬ) и /эл « /БР = /0/2, откуда для максимума тока можно найти частоту генератора:

Требуемая средняя мощность питания одной и трех трубок равна:

Р = U-I0 = 10(кВ) ■ 2 ■ (10 -5- 30)(мА) = 200 600(Вт)

Таким образом, для питания ПЭ описанной выше конструкции, состоящего из набора трубок, мощность генератора должна составлять около 600 Вт, напряжение около 10 кВ, а частота следования импульсов 10 -н 30 кГц.

а)

б)

со =

2/бр _ 2'(10ч-30) мА Сур U 200 пФ-ЮкВ

= 10 ч- ЗОкГц

В третьей главе описывается высоковольтный генератор высокочастотных импульсов синусоидальной формы (ВГВИ-1), приведены его структурная и электрические схемы, описан принцип работы и выходные характеристики. Форма выходного напряжения генератора была близка к синусоидальной. Он имеет следующие параметры: входное напряжение 220 В ±10%, 50 Гц, диапазон выходного напряжения 5-20 кВ, частота 30 кГц, средняя мощность 400 Вт.

Также приводится описание ВГВИ прямоугольной формы (ВГВИ-2), его функциональная, электрическая и схемы отдельных узлов, описан принцип его работы и характеристики. Параметры генератора: входное напряжение 220 В ±10%, 50 Гц, выходное напряжение 0-И2 кВ, частота 0-г25 кГц, мощность 2 кВт.

Блок-схема экспериментальной установки изображена на рис. 2(а). Установка состояла из двух источников питания, измерителя скорости потока и концентрации ионов, системы охлаждения, комплекса регистрации разрядных характеристик, сеточного коллектора и ПЭ. Электрическая схема показана на рис. 2(6). Источником заряженных частиц служила плазма, образующаяся на поверхности эмиттера благодаря горению на нем высокочастотного барьерного разряда, распределенного по поверхности диэлектрика.

а) б)

Рис. 2 - Блок (а) и функциональная (б) схемы экспериментальной установки.

Конструкция ПЭ включала диэлектрическую трубку (1) радиусом 5 мм, толщиной стенки 1 мм и длиной 30 см. Внутрь керамической трубки вставлялась медная трубка (2), служившая внутренним электродом. Внешним электродом являлся медный желоб (3) длиной 20 см. На диэлектрическую трубку и медный желоб наматывалась медная проволока (4) диаметром 0.5 мм. Шаг намотки проволоки подбирался экспериментально и составлял 5 мм.

Переменное напряжение от ВГВИ ({//) прикладывалось к внешнему электроду ПЭ, а внутренний электрод заземлялся через токовый шунт (гш). Выделявшееся при работе плазменного эмиттера тепло отводилось водой, протекавшей через трубку (2), и далее в теплообменник системы охлаждения.

Над ПЭ располагалась металлическая сетка (5) с прозрачностью а — 0,7, которая являлась коллектором ионного пучка. Расстояние (с1) от коллектора до эмиттера варьировалось от 14 до 22 мм. Через ограничительный резистор Я = 110 кОм к сетке прикладывалось постоянное напряжение смещения (и0). Возникающий при этом ток (/0) регистрировался микроамперметром (цА).

На рис. 3 приведена фотография экспериментальной установки, где 1 -ВГВИ-2 и 2 - плазменный эмиттер со снятым сеточным коллектором.

Рис. 3 - Фотография экспериментальной установки.

В четвертой главе работы представлены результаты экспериментального исследования формирования ЭГД потока. Приводятся результаты экспериментов с использованием ВГВИ-1 и исследования влияния режимов питания плазменного эмиттера на характеристики барьерного разряда и ток ионного пучка, а также на скорость и пространственный профиль скоростей ЭГД потока в окружающем воздухе.

Расчетные (по формуле (1)) вольт-амперные характеристики показаны на рис. 4(а), а экспериментальные зависимости ионного тока (/0) от напряжения на сетке (и0), а также его полярности (отрицательной - ОПС и положительной -ППС) и разных значениях расстояния между ПЭ и коллектором (й), изображены на рис. 4 (б). Из этих зависимостей видно, что ток увеличивается при увеличении напряженности поля и слабо зависит от его направления.

1600 1400 41200 -5

а 1000 800 600 400 200 0

с1=14 мм «■«"« »(1=17 мм й=20 мм (1=22 мм

1600

1400 < 1200

| 1000 800

(1=17 мм (ОПС) - О- (1=20 мм (ОПС)

™в » (1=22 мм (ОПС)

""#—(1=17 мм (ППС)

2 12 22 Напряжение на сетке 1/0, кВ

а)

Рис. 4 - Расчетные (а) и экспериментальные (б) зависимости / от С/0.

Сравнение расчётных и экспериментальных характеристик показывает достаточно хорошее соответствие. Расхождение может быть обусловлено тем, что формула (1) не учитывает коаксиальную форму ПЭ, а также наложения высокочастотного и постоянного напряжений и соответствующего изменения напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке.

На рис. 5(а) представлена экспериментальная зависимость скорости У0 от напряжения на сетке (70 при отрицательной (ОПС) и положительной (ППС) полярности. Расстояние от сетки до датчика скорости составляло 50 мм, <Х~\1 мм, и^ = 10 кВ. Было показано (см. рис. 5(а)), что при использовании ОПС можно достичь скорости потока вдвое большей, чем при использовании ППС. Экспериментальные зависимости концентрации положительных (п+) и отрицательных (я~) ионов от времени работы ПЭ при и^ = 12 кВ и / = 25 кГц, представлены на рис. 5(6). Из графика видно, что кривая п+ (верхняя) больше чем п~ (нижняя). Это также подтверждает, что использование напряжения смещения отрицательной полярности выгоднее положительной.

1,2 1

0,8 0,6 0,4

о §

и 0,2

1 -опс —«—ППС Г~

/ Г

и у

о 8

с 4

+ с

0 5 10 15 20 Напряжение на сетке (70, кВ

а)

0 5 10 15 20 Время работы ПЭ, мин

б)

Рис. 5 — Экспериментальные зависимости: а) V от 1/0 и б) п+ и п от времени.

Экспериментальная зависимость скорости потока V от амплитуды Uf показывает, что при увеличении амплитуды скорость потока имеет ограничение по величине, что свидетельствует о полном заполнении поверхности ПЭ заряженными частицами.

На основании проведенных нами экспериментов можно сделать вывод об оптимальности сочетания таких параметров ПЭ, как шаг намотки проволоки и напряжения, питающего барьерный разряд, для данной частоты импульсов.

Профиль распределения скорости в поперечном сечении при расстоянии от сетки до датчика скорости 30 мм, <¿ = 17 мм, и0 = 20 кВ, Ц^ = 11 кВ, / = 25 кГц показан на рис. 6, пунктиром обозначен профиль трубок ПЭ. Для проверки масштабируемости системы формирования ЭГД потока был измерен профиль скорости потока над системой, состоящей из двух ПЭ (рис. 6(6)).

Эксперимент показал, что ширина профилей по уровню 0.5 от максимального (х2 — хг), для случая с одной трубкой ПЭ (рис. 6(а)) составила 23 мм и 53 мм - для случая с двумя плазменными эмиттерами (рис. 6(6)). Расширение профиля означает увеличение величины объемного расхода газа при сохранении максимальной величины скорости. Исходя из полученного профиля скорости для двух ПЭ (рис. 6(6)), можно сделать вывод о существовании оптимального расстояния межу двумя соседними плазменными эмиттерами, которое обеспечивает пересечение профилей на уровне 0.8 от максимального (см. рис. 6(6)).

1,2

о 1

?! 0,8

о с 0,6

£ 0,5

о О 0,4

Ц.

2 О 0,2

1 1 \ ■ 1 1

1,2

5 1 § 0,8

а и,о й 0,5 § 0,4 о" 6 0,2

« I I I

0 10х'20 30Х240 50 60 Положение датчика х, мм

а)

0Х'10 20 30 40 50Х260 Положение датчиках, мм

б)

Рис. 6 - Профиль скорости потока над одной (а) и двумя (б) трубками ПЭ.

При использовании ВГВИ-2 были получены характерные фотографии свечения плазмы барьерного разряда на поверхности диэлектрической трубки ПЭ при разных значениях амплитуды и частоты напряжения. Напряжение

зажигания, при котором на ПЭ появлялся слабо светящийся плазменный слой, составляло 4 кВ. Из изображения плазмы на фотографиях было видно, что чем выше напряжение от ВГВИ и частота следования импульсов, тем большую поверхность занимает разрядная плазма.

На рис. 7 показаны экспериментальные зависимости среднего тока ионного пучка (/0) от (и0) при й = 18 мм и разных значениях иг и /. Было показано, что ток ионов /0 ~ 11д, что согласуется с формулой (1). Увеличение тока ионов с ростом амплитуды и частоты импульсов питания, очевидно, обусловлено соответствующим увеличением площади плазменного слоя.

»»в™ иг= 10 кВ, Г= 25 кГц -»О- иг= 10 кВ, г= 10 кГц «шф.» иг= 8 кВ, 25 кГц иг= 8 кВ, { = 10 кГц иГ = 6 кВ, ґ = 25 кГц ""А™ ЦГ= 6 кВ, ґ= 10 кГц № = 4 кВ, ї= 25 кГц -"О- иГ= 4 кВ, ґ = 10 кГц

0 5 10 15 20 25 Напряжние на коллекторе £/0, кВ

Рис. 7 - Экспериментальные зависимости /0 от 110 при сі = 18 мм .

Результаты экспериментов по определению продольного профиля распределения скорости потока создаваемого ПЭ приводятся на рис. 8. Было проведено сравнение графиков, показанных на рис. 8 (а) - для случая с одной трубкой ПЭ, и рис. 8 (б) - результат, полученный при использовании двух трубок. Это сравнение показало, что при одинаковых параметрах напряжения питания БР и напряжения на сеточном коллекторе увеличение количества ПЭ приводит к выравниванию профиля распределения скорости потока, что обусловлено краевым эффектом и неоднородностями разряда на трубках ПЭ, при незначительном (~15%) повышении максимального значения скорости V.

-10 30 70 110 150 190 230 270 Положение датчика л, мм

а)

-10 30 70 110 150 190 230 270 Положение датчиках, мм

б)

Рис. 8 — Продольные профили распределения скорости в плоскости параллельной ПЭ, (а) для одного и (б) для двух ПЭ.

Измеренные зависимости скорости потока V от тока /0 для условий наших экспериментов, соответствующих рис. 8, приводятся на рис. 9. Величина V также растет с повышением У/ и / напряжения питания БР и тока ионов /0.

Ш=10кВ, f= 25 кГц Uf= 10 кВ, f = 10 кГц Uf= 8 кВ, f = 25 кГц Uf = 8 кВ, f = 10 кГц Uf= 6 кВ, f = 25 кГц Uf=6KB,f= 10 кГц Uf=4KB,f=25 кГц Uf=4KB,f= 10 кГц

200 400 600 800 1000 Ток ионного пучка /0, мкА

Рис. 9 - Экспериментальные зависимости V от /0 при й — 18 мм.

На рис. 10 показаны расчетные (а) и экспериментальные (б) зависимости V от величины Е0 = 110/с1 при значениях д. — 18, 20 и 22 мм (11^ = 10 кВ и / = 15 кГц), которые хорошо согласуются, но наклон V/Е0 ~ 0,11 м-см/с-кВ этих зависимостей ниже расчетного значения 0,28 м-см/скВ, что связано с принятыми в расчетах допущениями.

1,3

о1'2 11,1 Ы 1

§ 0,9 1 0,8 5 0,7

8 О'6

§■0,5 О 0,4

1,3

о 1,2 а 1.1

* 1

га

2 О-9

§ 0,8

£ 0,7

8 0,6 §0,5

° 0,4

яР

•»•6 ' 18 мм ™<1 = 20 мм

= 22 мм

0 5 10 15 Напряженность поля Е0, кВ/см

а)

0 5 10 15 Напряженность поля Е0, кВ/см

б)

Рис. 10 - Расчетные (а) и экспериментальные (а) зависимости V от Е0.

В работе описана возможность применения созданной установки в качестве устройства прокачки эксимерного лазера СЬ-5000, серийно выпускаемого российской фирмой ОптоСистемы. Величина газового потока необходимая для его работы 1¥> 11 л/с.

Оценим величину воздушного потока создаваемого системой (рис. 6 и 8). Величина потока IV будет равна:

гХ2

Гх2

= Ч

У(х)с1х

Для рассмотренной системы формирования ЭГД потока при использовании одной трубки ПЭ величина потока И^« 4.5 л/с, а при использовании двух трубок ПЭ И/2 ~ 11.7 л/с.

Достигнутая величина потока позволяет использовать систему формирования мощного электрогидродинамического потока на основе высокочастотного барьерного разряда в газе в качестве устройства прокачки эксимерного лазера СЬ-5000. Система была успешно внедрена в комплексной установке для прокачки и предыонизации АгР лазера в ИЭЭ РАН.

Полученное значение Ц/2 2 ■ УУі, прямо свидетельствует о возможности масштабирования величины потока с увеличением числа трубок ПЭ. При этом необходимо учитывать рост мощности, потребляемой ПЭ.

В заключении приводятся основные результаты диссертационной работы:

1. Впервые получен и исследован электрогидродинамический поток, образующийся в результате эмиссии ионов из плазмы высокочастотного барьерного разряда, разгона их во внешнем электрическом поле, создаваемом между плазменным эмиттером и вспомогательным коллекторным электродом, а также передачи импульса ионов нейтральным молекулам газа.

2. Проведен теоретический расчёт характеристик пучка заряженных частиц в газовой среде во внешнем электрическом поле с учетом уравнений Пуассона для распределения электрического потенциала, уравнения непрерывности для ионного тока, уравнения, связывающего величину напряженности электрического поля с его потенциалом, а также процессов передачи импульса от ионов к нейтральному газу и его ускорения под действием электрических сил. Получены зависимости стационарных распределений напряженности электрического поля, концентрации ионов, плотности тока между эмиттером и коллектором ионов, а также выведены расчётные формулы вольт-амперных и скоростных характеристик электрогидродинамического потока для плоской геометрии электродов.

3. Разработано и создано устройство формирования электрогидродинамического потока на основе коаксиального плазменного эмиттера и сеточного коллектора ионов. В результате исследования работы устройства в диапазоне изменения напряжения 0-12 кВ и частоты 10-25 кГц питания плазменного эмиттера, напряжения смещения на коллекторе 0-20 кВ и расстояния между эмиттером и коллектором 15-25 мм были измерены вольт-амперные и скоростные зависимости потока в окружающем воздухе. Полученные экспериментальные данные согласуются с результатами теоретических расчётов.

4. Теоретически и экспериментально показано, что скорость электрогидродинамического потока прямо пропорциональна средней напряженности

внешнего электрического поля, а её максимальное значение определяется параметрами пробоя. При напряжении смещения 20 кВ и расстоянии между электродами 18 мм в атмосферном воздухе достигнута скорость потока около 1,6 м/с.

5. Показана возможность эффективного управления электрогидродинамическим потоком с помощью внешнего электрического поля, а также напряжения и частоты питания барьерного разряда. Экспериментально установлено, что при напряжении смещения на сетке 20 кВ повышение напряжения с 4 до 10 кВ и частоты питания барьерного разряда с 10 до 25 кГц приводит к существенному увеличению площади эмиссии ионов и росту скорости воздушного потока более чем в 2,5 раза.

6. Продемонстрирована возможность масштабирования площади и величины газового расхода за счёт параллельного набора плазменных эмиттеров. В устройстве с двумя коаксиальными плазменными эмиттерами площадь поперечного сечения воздушного потока составила около 100 см2, а его величина превысила 11 л/с, что сравнимо с газовыми потоками, создаваемыми электромеханическими вентиляторами, и значительно больше, чем у потоков, получаемых с помощью коронного разряда. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. С. В. Небогаткин, Р. Р. Хасая, В. Ю. Хомич, В. А. Ямщиков. Мощный источник электрического ветра на основе высокочастотного барьерного разряда в газе. Отчет ИЭЭ РАН. М. 2008. 39 с.

2. С. В. Небогаткин, Р. Р. Хасая, В. Ю. Хомич, В. А. Ямщиков. Новый подход к получению направленных потоков заряженных и нейтральных частиц в газе, основанный на эффекте «электрического ветра» // Прикладная физика. 2009. № 4. С. 111-118.

3. С. К. Вартапетов, О. В. Грязнов, М. В. Малашин, С.И. Мошкунов, С. В. Небогаткин, Р. Р. Хасая, В. Ю. Хомич, В. А. Ямщиков.

Электроразрядный ВУФ лазер с твердотельным генератором накачки // Квантовая электроника. 2009. Т.39. №8. С. 714-718.

4. С. И. Миколуцкий, С. В. Небогаткин, Р. Р. Хасая, В. Ю. Хомич, В. А. Ямщиков. Мощный источник электрического ветра на основе высокочастотного барьерного разряда в газе / Препринт ИЭЭ РАН. М.: РИИС ФИАН, 2009. 30 с.

5. R. R. Khasaya, V. Yu. Khomich, S. I. Mikolutskiy, S. V. Nebogatkin, V. A. Shmakov, V. N. Tokarev, V. A. Yamschikov. Review of methods of direct laser surface nanostructuring of materials / 29th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics, ICALEO 2010 - Congress Proceedings 29th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics, ICALEO 2010. Anaheim, CA, USA. 2010. P. 1257-1265.

6. С. И. Мошкунов, С. В. Небогаткин, И. Е. Ребров, В. Ю. Хомич, В. А. Ямщиков. Электрогидродинамический эффект, получаемый при высокочастотном барьерном разряде в газе // Прикладная физика. 2011. №6. С. 222-231.

7. С. И. Мошкунов, С. В. Небогаткин, И. Е. Ребров, В. Ю. Хомич, В. А. Ямщиков. Система прокачки газовых смесей лазеров с использованием высокочастотного барьерного разряда // Квантовая электроника. 2011. Т.41. № 12. С. 1093-1097.

8. V. Yu. Khomich, D. I. Leonov, S. V. Nebogatkin, V. A. Shmakov, V. N. Tokarev, V. A. Yamshchikov. Formation of nanostructures on the surface of superhard materials by nanosecond radiation of F2-laser // 8th International Conference on Nanosciences and Nanotechnologies - NN11, 12-15 July, Thessaloniki, Greece 2011. P. 302.

9. M. В. Малашин, С. И. Мошкунов, С. В. Небогаткин, В. Ю. Хомич. Статическая симметрия напряжений при последовательном соединении твердотельных коммутирующих приборов. Успехи прикладной физики. 2013. Принята в печать.

Подписано в печать 29.10.2013 г. Формат 60x84/16. Заказ №61. Тираж 130 экз. П.л 1,5. Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 499 783 3640

Текст научной работы диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Небогаткин, Сергей Вячеславович, Санкт-Петербург

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук

На правах рукописи

V ' I I ^ I

Небогаткин Сергей Вячеславович

РАЗРАБОТКА, СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ МОЩНОГО ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА В ГАЗЕ

01.04.13 - электрофизика, электрофизические установки

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор, академик РАН, Хомич В. Ю.

доктор технических наук, Ямщиков В.А.

Санкт-Петербург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................17

1.1. Характеристики коронного разряда.............................................................17

1.1.1. Электрический ветер при коронном разряде в промежутке с одиночным острием..............................................................................21

1.1.2. Ионный ветер в системе двух проволочных электродов..................24

1.1.3. Оптимальные геометрические параметры многоэлектродной системы коронного разряда.................................................................28

1.1.4. Электрический ветер при многоострийном коронирующем электроде................................................................................................29

1.2. Применение барьерного разряда для создания электрогидродинамических потоков в газе................................................31

1.2.1. Электрический ветер получаемый с помощью поверхностного барьерного разряда...............................................................................31

1.2.2. Создание электрогидродинамического потока с помощью диэлектрического барьерного разряда................................................35

1.2.3. Формирование электрогидродинамического потока с помощью высокочастотного барьерного разряда...............................................38

1.3. Источники питания диэлектрического барьерного разряда и влияние

их параметров на работу плазменных актьюаторов.................................40

1.4. Постановка задачи исследования.................................................................46

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФОРМИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА.......................................................................48

2.1. Выбор схемы конструкции для исследования электрогидродинамических потоков в газе................................................48

2.2. Теоретическая модель электрогидродинамического потока....................51

2.3. Расчет основных параметров электрогидродинамического потока на основе барьерного разряда...........................................................................54

2.4. Математическое моделирование и анализ...................................................59

2.5. Расчет скоростного напора в ЭГД-потоке...................................................64

2.6. Компьютерная симуляция образования ЭГД потока.................................66

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА.................................................................................................75

3.1. Расчет параметров высокочастотного генератора высокого напряжения....................................................................................................75

3.2. Высоковольтный генератор напряжения синусоидальной формы...........78

3.3. Высоковольтный генератор с перестраиваемой частотой и длительностью импульсов...........................................................................86

3.4. Описание экспериментальной установки....................................................93

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА.........................98

4.1. Установка с генератором высокого напряжения синусоидальной формы.............................................................................................................98

4.2. Установка с высоковольтным генератором импульсов прямоугольной формы с перестраиваемой частотой и длительностью...........................105

4.3. Устройство для прокачки газовых смесей электроразрядных лазеров.. 112

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................116

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................118

ВВЕДЕНИЕ

Физическое явление коллективного движения газа, возникающего в результате образования потока ионов, дрейфующих в поле коронного разряда и передающих свой импульс нейтральным компонентам газовой среды при столкновениях, исторически получило название - электрический ветер [1-12]. Традиционно электрический ветер применяется в аппаратах электрон-ионных технологий [13], в электрофильтрах для очистки газовых сред [14, 15, 16], в устройствах для электроокраски и нанесения покрытий на материалы [17], а так же в системах электрической прокачки газов [10, 18].

В последние годы к изучению этого явления, которое в научной литературе стали часто называть электрогидродинамическим (ЭГД) эффектом, проявляется повышенный интерес. Это обусловлено возможностью формирования скоростных газовых потоков без использования электромеханических систем таких, как турбины и вентиляторы [10].

В компьютерной технике ЭГД потоки могут быть применены для отвода тепла при охлаждении компьютерных чипов в современных высокомощных вычислительных системах [5, 12, 22, 23].

В лазерной технике ЭГД системы используются для прокачки рабочей смеси в электроразрядных газовых лазерах [18]. Преимущество электрической прокачки перед механической заключается в том, что она не имеет движущихся и трущихся частей и связанных с ними причин отказа из-за изнашивания ротора или тепловой и механической усталости вентиляторов, а также целый ряд других преимуществ [24].

В настоящее время возможности применения ЭГД потоков в мощных электрофизических устройствах и промышленных технологических установках остаются весьма ограниченными [25]. Причиной этого является низкая мощность коронного разряда, обусловленная малой площадью поверхности электродов и переходом разряда в искровой при повышении тока, так при напряжении разряда 30 кВ скорость и величина потока составляют 4 - 5 м/с и 2 - 3 л/с [26].

В системах с барьерным разрядом ЭГД поток создается вдоль поверхности диэлектрика, что также ограничивает величину расхода газа [11]. Кроме того, при высоких напряжениях и токах ухудшается электрическая прочность конструкции, что снижает надежность работы электрофизических установок [27].

В работах ИЭЭ РАН было предложено использовать высокочастотный газовый разряд, распределенный по диэлектрической поверхности [11]. Такой

разряд значительно мощнее коронного разряда и может быть получен на площади

2 2

до 10 см . Однако полномасштабные исследования самой возможности получения электрогидродинамического потока в этой работе не проводились.

Основной целью настоящей диссертационной работы является разработка, создание, исследование и оптимизация параметров системы формирования

мощного электрогидродинамического потока при горении высокочастотного барьерного разряда в газе, а также теоретическое и экспериментальное исследование процессов образования ЭГД потоков и их электрофизических характеристик при разных параметрах и режимах работы источников питания для достижения наибольших величин газового расхода.

На основе рассмотренной системы Дюманшена [11] было необходимо разработать экспериментальную установку, которая наиболее полно удовлетворяет требованиям создания мощного ЭГД потока, а также провести теоретическое и экспериментальное исследование процессов его формирования и определить его основные разрядные и скоростные характеристики.

Проводилась регистрация осциллограмм токов и напряжений барьерного разряда, измерение вольт-амперных характеристик ионного тока коллектора, а также профилей распределения скорости воздушного потока на выходе устройства при разных параметрах установки и различных режимах работы высоковольтных генераторов.

Напряжение на плазменном эмиттере измерялось высоковольтным щупом Tektronix Р6015А, ток барьерного разряда низкоиндуктивным омическим шунтом. Скоростные характеристики ЭГД потока контролировались с помощью термоанемометра АТТ-1004. Регистрация электрических сигналов с щупов и

датчиков тока проводилась с помощью цифрового запоминающего осциллографа LeCroy WaveRunner 6051А с полосой пропускания 500 МГц и частотой дискретизации 5 Гвыборок/с. Для оценки мощности потерь температура на плазменном эмиттере и элементах генератора регистрировались инфракрасным пирометром Ray Тек MiniTemp бесконтактным методом.

Была предложена одномерная модель стационарного ЭГД потока, с помощью которой решены задачи о продольном распределении электрического поля и концентрации ионов в промежутке между эмиттером и коллектором заряженных частиц, а также выведены формулы для расчета его вольт-амперных и скоростных характеристик.

Предложено, разработано и создано оригинальное устройство формирования ЭГД потока с коаксиальной конструкцией плазменных эмиттеров заряженных частиц и высоковольтной системой питания, позволившее достигнуть рекордного газового расхода до 11,7 л/с и скорости до 1,6 м/с [28].

Проведены оптимизация характеристик предложенного устройства формирования ЭГД потока и выбор оптимальных параметров генераторов напряжения синусоидальной формы с амплитудой до 15 кВ и частотой 30 кГц, а также квазипрямоугольных импульсов положительной полярности с изменяемой амплитудой напряжения Uf = 0 — 12 кВ, длительностью t « 7 мкс, перестраиваемой частотой следования импульсов / = 10 — 25 кГц.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 130 страниц машинописного текста, 1 таблицу, 72 рисунка по тексту и список литературы, который состоит из 121 источника отечественных и зарубежных авторов.

Во введении обосновывается актуальность темы исследований.

Первая глава диссертации посвящена обзору работ по проблеме получения электрогидродинамических потоков.

Описаны различные типы электродных систем, таких как: коронирующие электроды с одиночным острием, проволочный электрод [29] и многострийный электрод [26]; плазменные актьюаторы на основе диэлектрического барьерного разряда с планарной конструкцией электродов [30-37], а также электродная система Дюманшена.

В работе отдельно рассмотрены высоковольтные источники, которые обеспечивают питание электроразрядных систем. Описано влияние параметров источников питания на характеристики ЭГД потоков.

Проведенный анализ литературы показал, что недостатком традиционно применяемых систем с коронирующими электродами прежде всего является ограничение величины газового потока (не более 3 л/с), кроме того происходит быстрая эрозия электродов [29]. При использовании диэлектрического барьерного разряда ЭГД поток образуется только в узком объеме газа и для получения потоков с большим расходом газа требуются более мощные источники.

В конце первой главы сформулированы задачи исследования.

Для стационарных условий была решена задача о распределении напряженности электрического поля Е(х), концентрации ионов п(х), и плотности ионного тока /(*). Получена зависимость тока /0 от напряжения на сетке и0.

Проведен расчёт скоростного напора ЭГД потока. С помощью уравнения для силы обусловленной действием электрического поля Е(х) на пространственный заряд ионов еп(х) получено аналитическое выражение для зависимости скорости потока от напряжения внешнего электрического поля.

Компьютерная симуляция образования ЭГД потока проводилась в среде «Согшо1-МиШрЬу8Ю8». Были созданы одномерная и двумерная модели, с помощью которых получены распределения скорости воздушного потока;

зависимость максимальной скорости ветра от напряженности внешнего электрического поля; распределение электрического поля и концентрации ионов в ионизованном газовом промежутке, а также распределение скорости ЭГД потока между коаксиальным ПЭ и коллектором. Данные зависимости скорости потока вдоль центральной оси симметрии модели хорошо коррелируют с полученными ранее данными упрощенной модели ЭГД потока.

Третья глава диссертационной работы посвящена описанию установки, созданной для проведения экспериментов, включает расчёт параметров высоковольтного генератора высок