Баланс энергии плазмы

Расчетные параметры потоков высокочастотной индукционной (U-F)-плазмы. Для прецизионных расчетов параметров высокочастотной индукционной (и-Г)-плазмы с использованием расчетных моделей с учетом протока газа через зону разряда и внутренних перемещений плазмы входной информации недостаточно. Однако имеются некоторые оценки ее свойств, полученные с помощью сравнительно простых моделей, например модели Эккерта [34-36] для столба неподвижной плазмы в прозрачной для электромагнитного поля разрядной камере в индукторе высокочастотного генератора, в основе которой лежит допущение о балансе энергии, выделяемой в этом столбе при индукционном нагреве, и радиального кондуктивного потока тепла на стенки разрядной камеры. Радиус столба плазмы в этой модели (R) совпадает с внутренним радиусом разрядной трубы (Re) R = R - [c.523]

Определения температуры электронного газа в плазме по методу зондовых характеристик показали, что в пределах применимости этого метода при прочих равных условиях понижается по мере увеличения давления газа р. Такое поведение находится в полном соответствии с рассмотренным в 42 гл. VI балансом энергии электронов, движущихся в газе под действием э.лектрического поля напряжённости Е, [c.293]

Уравнение баланса энергии в плазме. Мощность разрядного тока, отнесённая к одному продольному сантиметру трубки, должна быть равна количеству энергии Шц, излучаемой в 1 сек. участком разрядной трубки длиной 1 см, плюс количество энергии ст> выделяющееся при разряде в течение 1 сек. на продольном сантиметре стенок в виде тепла. [c.307]

Расчеты Я-разрядов при условии квазистационарности токов ( Су фф) производятся либо в соответствии с моделью трансформатора, вторичной обмоткой которого служит разряд [3], либо используя модель металлического цилиндра постоянной электропроводности, помещенного на оси бесконечного соленоида [51] строгое решение задачи при неоднородной проводимости в разрядах низкого давления оказывается в настоящее время невозможным из-за недостаточности сведений о сечениях взаимодействия, определяющих баланс энергии и концентрации электронов в неравновесной плазме. Для разряда высокого давления (р 0,1 атм), когда состояние плазмы приближается к равновесному, задача упрощается и может быть решена [52]. Такой расчет производится для воздуха при давлении р атм, температуре 6000° и 10 000° К и рабочей частоте 50 Мгц. Вычислены распределения плотностей токов, температуры и т. п. по радиусу разряда (рис. 17 и 18 числа у кривых обозначают величины ампервитков). [c.226]

Для определения основных параметров плазмы следует воспользоваться уравнениями сохранения числа частиц определенного сорта и баланса энергии [1, 2, 7, 37] [c.250]

Температура конечного газа Г ип, К — в случае пиролиза к-гекса-на рассчитана из баланса энергии водородной плазмы, при этом использовались ряды теплоемкости для водорода и продуктов реакции, включающие температуру в степенях до четвертой [6, 7]. [c.21]

Основные обозначения 220 Основные определения и критерии 222 Модели кинетики низкотемпературной плазмы 228 Р. 1 Модель локального баланса энергии электронов 230 Р.2 Модель релаксации температуры электронов 236 Р.З Модель рекомбинационного нагрева электронов 240 Р.4 Модель нагрева газа в плазме 243 Р.5 Модель неравновесной ионизации 249 Р.6 Модель неравновесной стационарной ионизации 255 Р.7 Модель рекомбинационно-диффузионного распада плазмы 259 Р.8 Модель кинетики электронов, положительных и отрицательных ионов 264 Р.9 Система уравнений баланса возбужденных атомов. Релаксация возбужденных состояний 268 Р. 10 Распределение атомов по возбужденным состояниям в стационарной и квазистационарной неравновесной плазме. Одноквантовое приближение 273 Р. 11 Распределение атомов по возбужденным состояниям в стационарной и квазистационарной неравновесной плазме. Диффузионное приближение 276 Р. 12 Рекомбинация и релаксация высоковозбужденных атомов, обусловленная столкновениями с электронами и резонансной дезактивацией нейтральными частицами 280 Р. 13 Модель функции распределения электронов по энергии в сла- [c.5]

Вычисление температуры электронов в атомарной и молекулярной плазме в условиях, когда в балансе энергии электронов преобладают про-цессы, происходящие в данном объеме плазмы - упругие и неупругие столкновения, джоулев нагрев. [c.230]

В слабо ионизованной плазме, когда в балансе энергии электронов можно пренебречь потерями энергии при упругих столкновениях с ионами и кондуктивным теплоотводом [c.246]

Каждое из перечисленных выше состояний заслуживает отдельного подробного рассмотрения, однако это выходит за рамки настоящей работы. С практической точки зрения представляется целесообразным отметить такие параметры процесса как пространственная геометрия распада частиц, экстремальные значения электронных концентраций и баланс энергии неравновесной (холодной) плазмы [c.371]

Оценка возможных видов ионизации и деионизации в разрядном промежутке приводит к выводу, что в теплоизолированной дуге в основном происходят термическая ионизация за счет высокой температуры среды н ионизация соударением за счет передачи энергии нейтральным или возбужденным атомам ускоренными в области катодного падения электронами. Деионизация столба происходит за счет рекомбинации заряженных частиц и в меньшей мере за счет диффузии их за пределы столба. Долю ионного тока в рассматриваемом типе дуги можно оценить величиной до 20% электронного тока. Материала для составления баланса элементарных частиц в столбе пока еще мало, однако очевидно, что в установившемся режиме факторы, способствующие ионизации, находятся в динамическом равновесии с факторами, определяющими деионизацию, а плазма дуги квазинейтральна. [c.123]

Практически весь ноток энергии в дуговом шнуре связан с электронной компонентой плазмы. В осевом направлении баланс мощности определяется теплопроводностью, в перпендикулярном — конвекцией. [c.293]

На основании накопленного экспериментального материала можно, кроме того, составить энергетический баланс получения ацетилена из метана в водородной плазме (табл. 10). Как видно из этой таблицы, 45% всей затрачиваемой энергии расходуется непосредственно на целевую химическую реакцию. Заметим, что в обычном окислительном пиролизе метана на собственно получение ацетилена расходуется лишь 30—35% подведенной энергии. [c.91]

Обозначим отношение концентраций элементов л и г в твердой или жидкой пробе через с. Величина А У коррелирует с отношением интенсивностей выбранных спектральных линий атомов х и г. В пробе протекает ряд физических и химических процессов, прежде чем атомы X я г перейдут в газообразное состояние. Энергии активации процессов, в которых принимают участие элементы х и г, обычно различаются. Источник света поставляет необходимую энергию для всех процессов, происходящих в пробе и плазме разряда. Поэтому изменение параметров, влияющих на протекание отдельных процессов, сказывается на общем энергетическом балансе. На элементах х u г эти изменения обычно проявляются в разной степени, что приводит к изменению значения А У. [c.216]

Тепловой КПД плазмотрона. Тепловой КПД плазмотрона Г1 есть отношение мощности потока плазмы к мощности электрической дуги. При небольших давлениях газа в электроразрядной камере доля лучистого переноса энергии в общем энергетическом балансе для молекулярных газов пренебрежимо мала то же можно сказать относительно потерь тепла через приэлектродные пятна. Таким образом, тепловой КПД определяется в основном конвективным теплообменом между высокотемпературным газом и стенкой электродуговой камеры. Уравнение теплового КПД в критериальной форме имеет вид [c.55]

Распределение электронов плазмы по энергиям. Первоначально было постулировано максвелловское распределение электронов плазмы по энергиям. Ход логарифмической характеристики электронного тока на зонд показал, что такое распределение действительно имеет место в большом числе случаев, а в ряде других представляет собой хорошее приближение. Но вопрос о законе распределения электронов по скоростям этим не был снят. Возникла необходимость в уточнении закона распределения, приведшая к ряду теоретических работ. Принципиально закон распределения электронов плазмы по скоростям может быть выведен из газокинетического уравнения Больцмана при условии правильного учёта взаимодействий электронов с нейтральными частицами газа, с положительными и отрицательными ионами, а также между собой. Газокинетическое уравнение выведено Больцманом для нейтрального газа из рассмотрения баланса, в элементе объёма 0, числа частиц, импульсы которых соответствуют элементарному объёму пространства моментов и дано им для случая наличия в газе двух родов частиц в виде [c.296]

Энергетический баланс распада метана в водородной плазме показал, что 45% всей затраченной энергии расходуется непосредственно на целевую реакцию. При окислительном пиролизе эта величина составляет около 30—35%. [c.202]

ВОДЯТСЯ значения энергии, вводимой в плазму. Приведены также расходы реагентов, если они давались в рассматриваемых работах. Из описанных в работах продуктов в табл. IX.1 указаны только те, кото, ые конкретно упоминались, но чтобы выполнялись материальные балансы, необходимо присутствие и других продуктов. [c.213]

Интересно отметить, что, в то время как спектр дуги практически не зависит от силы тока (если не говорить о том, что при изменении силы тока могут меняться характер и скорость испарения), так как с увеличением силы тока соответственно увеличивается и диаметр дугового канала, спектр искры, наоборот, существенно меняется с изменением периода разряда и силы тока. Однако можно создать такие условия, когда спектр дуги переменного тока будет приближаться по своему характеру к спектру искры. На стр. 38 мы упоминали, что емкость конденсатора С (рис. 13) мала. Этот конденсатор к моменту начала дугового разряда заряжен до напряжения сети и разряжается через дуговой промежуток. Если увеличить его емкость до нескольких сот микрофарад, то запасенная в пем энергия будет играть заметную роль в общем балансе разряда и быстрый разряд этого конденсатора через аналитический промежуток приведет к появлению искрового спектра. Соответствующие небольшие изменения в схеме генератора дуги переменного тока приводят к тому, что последняя может применяться для возбуждения искровых спектров. Принято говорить о жестком и мягком режимах дуговой или искровой схемы. Чем больше температура плазмы, тем более высоких степеней достигает ионизация, тем более жестким называется режим. [c.42]

Тем не менее оказалось, что на диссоциацию может расходоваться более половины вкладываемой в плазму энергии и учет этого процесса совершенно необходим при рассмотрении энергетического баланса разряда. [c.13]

Как было показано в разд. 1.4, свойства стационарной плазмы определяются условиями баланса электронов, и если вид энергетического распределения электронов задан, их средняя энергия в плазме фиксированного химического состава должна зависеть только от концентрации тяжелых частиц N и характерного размера реактора Л. [c.339]

В молекулярной плазме основным процессом гибели заряженных частиц является диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов с электронами. Это связано с тем, что для протекания процесса не требуется столкновений с третьей частицей, поскольку энергия, выделяющаяся при рекомбинации, передается фрагментам, образующимся в результате диссоциации промежуточной возбужденной молекулы. Баланс заряженных частиц определяется тогда разностью скоростей диссоциативной рекомбинации и обратного ему процесса ассоциативной ионизации [c.168]

Состояния, в которых могут образовываться атомы и фрагменты молекул в результате диссоциативной рекомбинации, необходимо знать для оценки роли этого процесса в возбуждении молекул, построения лазеров на рекомбинации и т. д. Энергия, идущая на поступательные степени свободы, определяет баланс процессов ассоциативной ионизации и диссоциативной рекомбинации в неизотермической плазме (Т Ф Гр) (см. стр. 194). [c.173]

Излучение иона N (6 2 , V) также весьма часто используется в целях диагностики плазмы и анализа механизмов процессов. В частности, при интерпретации явления неравновесного излуче-лия воздуха за сильными ударными волнами было высказано предположение, что реакция (5.67) является детально обратной тушению ионов молекулами (5.72) и вся энергия возбуждения остается на колебательной степени свободы [506]. Рассчитанные ло данным [506] значения коэффициента скорости существенно отличаются от экспериментальных значений, полученных в тлеющем разряде (рис. 5.14). Расхождение обусловлено тем, что не вся энергия возбуждения N2 (5 2 ) при дезактивации остается на колебательной степени свободы. Часть энергии, необходимая для возбуждения электронной степени свободы в реакции (5.67), берется с поступательной степени свободы (Д 0,086 0,035 эВ). С учетом этих обстоятельств между коэффициентами скоростей 6.67 и /с5 72 (см. табл. 5.10) соотношение детального баланса в пределах погрешностей эксперимента выполняется. [c.146]

Представленные в данном справочнике модели кинетики низкотемпературной плазмы составляют четыре блока. Первый из них описывает тепловые процессы, влияющие главным образом на температуру электронов. Электроны являются наиболее динамичной компонентой плазмы, резко реагирующей на внешнее воздействие. Модель Р. 1 позволяет определить температуру электронов в условиях, когда в балансе их энергии учитываются упругие и неупругие столкновения и нагрев во внешнем электрическом поле. В модели Р.2 вычисляется время релаксации температуры электронного газа, выведенного из равновесия каким-либо внешним воздействием. В модели Р.З рассматривается изменение температуры электронов в рекомбинирующей плазме, когда рекомбинационный нагрев [c.228]

Пятым уравнением должно служить 5) уравнение баланса энергии в плазме. Это уравнение Ленгмюр и Тонкс при разработке своей теории ещё не решились написать этот пробел теории восполнил Драйвестейн. [c.497]

Хотя прямые измерении температур н концентраций при введении холодного газообразного фторида в плазменную струю азота ке проводились, Евроятно, что в плазменной струе действительно существуют градиенты этих параметров. Следовательно, отбираемый закалочным зондом газ мог быть взят из ядра струи, температура и концентрация в котором не соответствовали средним значениям. Как концентрационный, так и температурный профили становятся совсем плоскими на расстоянии четырех калибров от среза сопла 171. Однако на этом расстоянии температуры быстро снижались до низких величин, при которых не образовывались соединения фтора с азотом. Следовательно, условия ца входе закалочного зонда, помещавшегося на расстоянии 6,4 мм (одного калибра) от места истечения плазмы, были неопределенными. Принимая во внимание результаты изучения процесса перемешивания и зкспериментал ный баланс энергий, была вычислена температура плазмы перед закалкой, составлявшая от 2000 до 5000 °К. Характер изменения концентрации соединений связанного азота, предсказанных расчетами равновесных составов при этих температурах, таких, как F N и N (рис. IX. 4), должен быть о ень важен для исследования образования стабильных фторидов азота в процессе закалки. [c.207]

При концентрации электронов Ме = см , характерной для дуговой плазмы, в отсутствие детального равновесия электронное возбуждение не обеспечивает больцмановского распределения атомов по энергетическим уровням. Если концентрацию возбужденных атомов описывать больцманов-ской функцией, то, за исключением отдельных уровней, температура возбуждения заметно отлична от электронной и для разных уровней имеет различное значение. Однако многочисленные исследования показывают, что плазма свободно горящей дуги близка к изотермической. По-видимому, процесс установления равновесия в дуговой плазме включает ряд звеньев последовательной передачи энергии и между двумя взаимодействующими ансамблями частиц или степенями свободы устанавливается определенное расхождение температур. Непосредственно от электрического поля энергию получают электроны. Из условия баланса энергии для электронов получается выражение для расхождения температур [c.45]

В этой главе в локальной и субстанциональной форме даются общие уравнения баланса, имеющие основное значение в теории поля. Вначале описываются существующие между ними соотношения, а затем детально обсуждаются уравнения баланса, необходимые для развития термодинамики в терминах представлений теорий поля. Подробно обсуждаются балансы массы, импульса, заряда и момента количества движения, а затем описываются различные балансы энергии для многокомпонентных систем. Эти уравнения баланса позволяют определить баланс энтропии (гл. III), который играет центральную роль в термодинамике и применяется при рассмотрении многокомпонентных и реагирующих гидротермодинамических систем, имеющих особое значение в химической промышленности, физике плазмы, биологии и т. д. После этого мы постараемся получить уравнения баланса в обобщенной форме, пригодной и для моделей систем, поскольку в настоящее время уже возникла необходимость в теоретическом термодинамическом исследовании таких моделей. Здесь прежде всего можно отметить так называемую термомеханическую теорию пластических материалов и реологических систем, а также термо- и электродинамику диэлектриков. [c.47]

Применение вакуума возможно только при использовании кессонного охлаждения, так как требуется абсолютная тазоплотность ограждения. В данных случаях не может быть использовано понятие температуры в термодинамическом смысле, и поэтому нельзя говорить о разности температур между внутрипечным пространством и внутренней поверхностью ограждения. Тепло генерируется на внутренней поверхности ограждения за счет облучения ее плазмой (тормозное и рекомбинационное излучения), а также за счет кинетической энергии электронов и ионов, попадающих на внутреннюю поверхность ограждения вследствие эффекта рассеивания заряженных частиц и вторичной эмиссии электронов с анода. Сюда следует, однако, добавить непосредственное излучение раскаленного анода, а также поверхности расплава. Все вместе взятое создает приток тепла на внутреннюю поверхность ограждения, требующий отвода его за счет охлаждения водой. Унос тепла с водой охлаждения может быть существенным и в энергетическом балансе достигает 20—40%-Таким образом, ограждение вакуумно-дуговых и электроннолучевых печей энергетически несовершенно, однако этот недостаток перекрывается многими другими достоинствами печей данного типа, оправдывающими с технико-экономической точки зрения применение холодного ограждения. [c.243]

Расход гнергии. Теоретический расчет расхода энергии с учетом различных механизмов потерь должен основываться на решении уравнений баланса частиц, импульса и энергии в плазме. Такой расчет крайне сложен и до настоящего времени не проведен. [c.283]

Будущий термоядерный генератор энергии должен удовлетворять след, основному требованию энерго-выделение в результате ядерного синтеза должно с избытком компенсировать затраты энергии из внешних источников на поддержание высокой темп-ры реагирующей плазмы. Проблема достижения выгодного эпергетпч. баланса термоядерного реактора достаточно сложна ввиду наличия неустранимых энергетич. потерь (в условиях эффективной термоизоляции плазмы основными источниками этих потерь являются тормозное излучение при столкновениях электронов с ионами и циклотронное излучение электронов в магнитном поле). Однако уже теперь ясно, что из двух основных видов термоядерного горючего— [c.55]

При работе электрических источников в результате реакции окисления электродов также выделяется некоторое количество энергии, составляющее, однако, ничтолсную часть общего энергетического баланса. Как показано многими авторами (например, [ ]), в излучающей плазме пламени и электрического разряда при атмосферном давлении имеет место термодинамическое равновесие между частицами разного рода, и плазму можно [c.191]

Энергетический баланс разложения метана в водородной плазме показал, что 45% всей затраченной энергии расходуется непосредственно на целевую реакцию (при окислительном пиролизе эта величина составляет 30—35%). При карбидном методе получения ацетилена расход электроэнергии на 1 т С2Н2 составляет 11 ООО кВт-ч, а при плазмохимических методах всего 5000—7000 кВт-ч. При плазменном пиролизе бензина в среде водорода выход ацетилена и этилена (в соотношении 55 45) составляет 55% (масс.) на сырье при расходе электроэнергии 4,6 кВт-ч на 1 кг смеси С2Н2+С2Н4 12], [c.177]

IX. 1, в котором источник фтора перемешивается с плазмой углерода. Используя существующие термохимические данные для различных известных соединений углерода с фтором [121, а также уравнения материального баланса, для расчета равновесных составов была разработана программа для ЭВМ, в основу которой был положен метод минимализации свободной энергии [13—151. На рис. [c.188]

Из изложенного следует необходилп)Сть рассмотрения процессов релаксации с учетом сложной структуры термов атомов. Эта задача является слишком сложной, чтобы можно было надеяться на получение точного (и обозримого) pemeiniH ее . В настоящее время существуют два подхода к решению этой проблемы. Первый состоит в численном решении системы уравнений баланса частиц и определении различных характеристик плазмы второй — аналитический — заключается в представлении атомной системы как некоей квазиклассической системы, в которой релаксация рассматривается как процесс диффузии в пространстве энергий (или энергий и моментов). [c.155]

Таким образом, численное решение системы уравнений баланса наряду с достоинствами обладает и целым рядом существенных недостатков. Действительно, результаты расчетов имеют в определенной степени частный характер, на их основе трудно получить аналитические критерии, установить несомненно существующие общие закономерности. Этих недостатков лишен второй — аналитический — подход к проблемам релаксации в системах со многими уровнями энергии. Основу его составляет предположение, по видцмому, впервые высказанное в работе С. Т. Беляева и Г. И. Будкера [112]. Оно состоит в том, что процесс рекомбинации трактуется как поток электронов в пространстве энергий. В [112] исследован процесс рекомбинации высокотемпературной плазмы, когда кТ I. Рекомбинация низкотемиературной плазмы рассматривалась в [ИЗ, 114]. В [113 [ описан процесс, в котором электрон отдает свою энергию нейтральному атому, а в [114] рассмотрен случай, когда третьим телом является электрон. Таким образом, эти работы различаются только принятым механизмом передачи энергии, а общая структура уравнений, описывающая процесс рекомбинации, оказывается совершенно одинаковой. Поэтому ниже мы следуем работе [113]. [c.157]

В работах [250, 252] обращено особое внимание на реабсорбцию излучения. Часть излучения реабсорбируется в дуговом сто [бе, а также в прилегающих к столбу слоях холодного газа и не регистрируется внешними приемниками. В то же время это излучение вносит существенный вклад в теплопередачу. Отметим, что в некоторь[х случаях удовлетворительной является даже наиболее простая модель, в которой резонансное излучение и континуум, связанный с рекомбинацией и основное состояние, считаются полностью реабсорбируемыми, а для остального излучения дуговая плазма считается оптически тонкой. Такое разделение имеет практический смысл также с точки зрения расчета теплового баланса и определения истинного значения теплопроводности (выходящее излучение определяет выносимую из дугового столба энергию, в частности, нагрев стенок дуговой камеры). Реабсорбируемое излучение, перенос которого может быть рассчитан в приближении лучистой теплопроводности, определяет теплопередачу в приосевых областях дуги. [c.195]

В газоразрядной плазме низкого давления механизм, связы-ваюЕЦИй физические и химические процессы, имеет свою специфику. Неравномерность такой плазмы почти полностью определяется условиями передачи энергии от внешнего электромагнитного поля электронному газу, а затем — газу тяжелых частиц. Стационарность состояния плазмы требует выполнения условий баланса электронов. Любые химические превраш,ения, влияя на состав газа тяжелых частиц, изменяют условия баланса электронов и формирования их энергетического распределения. Так как прямая связь энергетического распределения электронов с химической активацией плазмы достаточно очевидна, плазму низкого давления нужно рассматривать как самосогласованную в физико-химическом смысле систему. [c.78]