VIZUALIZAREA PROCESELOR PLASMOCHIMICE FAST-PROTECȚIONALE BAZATE PE METODA DE TOMOGRAFIE COMPUTERĂ
Este studiată interacțiunea unui cheag de entalpie de mare metan cu metan într-un reactor chimic cu plasmă. Pe baza fotoregistrării fluxului plasmatic cu ajutorul scanării foto și a utilizării metodelor de tomografie computerizată, se obține vizualizarea interacțiunii fluxului plasmatic cu gazul în repaus. Reconstrucția tomografică a structurii spațiale a zonelor de reactivi și dinamica dezvoltării lor în intervalul de timp microsecunde au fost efectuate pentru prima dată. Zonele de reacție au fost determinate prin emisia de hidrogen atomic (linia Ha) și carbonul molecular (benzi de lebădă). Reconstrucția a fost efectuată utilizând un algoritm bazat pe metoda maximă a entropiei. Rezultatele obținute au permis identificarea structurii spațio-temporale a zonelor de reactivi emergente și stabilirea relației lor cu imaginea undei de șoc a fluxului.
PACS: 82,33.Xi, 52,70-m
În ultimii ani, o atenție deosebită a fost acordată studiilor fundamentale ale fenomenelor asociate cu efectul fluxurilor de energie concentrate asupra materiei și, în special, a interacțiunii fluxurilor plasmatice cu entalpie mare cu materia. Interesul față de aceste fenomene se datorează noilor oportunități în plasmă și nanotehnologie. munca anterioare privind accelerarea electrodinamice a plasmei permis de a crea o clasă de surse care generează de mare entalpie plasma curge cu o gamă largă de parametri reglabili. Dezvoltarea în continuare a acestei direcții necesită o înțelegere mai profundă a proceselor care au loc în reactoarele cu plasmă chimică.
În această lucrare s-au făcut studii privind interacțiunea unui flux entalpic ridicat de plasmă de metan cu un gaz în stare de repaus (de asemenea metan) într-un reactor chimic cu plasmă. Plasma este inițiată de o descărcare impulsivă puternică și accelerată de un câmp magnetic la o viteză supersonică de ordinul a 5 km / s. Diametrul fluxului plasmatic a fost de 2 cm, ceea ce face posibil să spunem că are loc o cumulare înaltă a energiei într-un volum mic de plasmă. Efectul acestor fluxuri plasmatice asupra gazului se dezvoltă pe o scală de timp microsecundă. Investigațiile imaginii spațio-temporale a interacțiunii fluxurilor plasmatice cu un gaz în stare de repaus sunt extrem de relevante din punctul de vedere al înțelegerii proceselor care au loc în reactoarele cu plasmă chimică, cu posibilități ulterioare
gestionarea și controlul acestor procese rapide. O problemă similară poate fi rezolvată printr-o abordare cuprinzătoare care combină metodele optice de diagnostic bazate pe înregistrarea rapidă a fotografiilor și pe metodele matematice de tomografie computerizată. Înregistrarea fotografică permite obținerea unor caracteristici de emisie integrate în raport cu volumul plasmei. Un avantaj important al acestei abordări îl reprezintă neinvazivitatea, adică În procesul de măsurare, nu există nici o perturbare a parametrilor plasmei în sine. Algoritmii de tomografie computerizată permit calcularea valorilor locale ale coeficienților de radiație. În condițiile echilibrului termodinamic, acești coeficienți sunt legați prin relațiile Boltzmann-Saha cu temperatura și densitatea electronului. Într-o plasmă non-echilibrată, acestea sunt proporționale cu valorile locale ale densității atomilor și ionilor radiați în anumite stări excitate. În reactoarele cu plasmă chimică, distribuția coeficienților de emisie a elementelor corespondente caracterizează structura spațială a zonelor de reactivi.
Algoritmii și metodele moderne de tomografie computerizată permit reconstituirea parametrilor spațiali ai plasmei, inclusiv structurile interne suficient de subțiri. Tomografia computerizată este o metodă puternică de diagnosticare a plasmei la temperatură ridicată și la temperatură joasă. În prezent, tehnicile tomografice sunt mai dezvoltate pentru studiul softului x-
radiații în surse de temperatură înaltă de temperatură, cum ar fi tokamaks și stelatori. Referitor la plasma de temperatură scăzută, majoritatea cercetării este asociat cu un simetrice axial obiecte de plasmă, care sunt suficiente pentru a reconstitui un unghi de observație. Cu toate acestea, obiectele care nu sunt simetrice la un anumit grad sunt găsite adesea în experimentele plasmei reale. Eforturile mari se duc la crearea de algoritmi și metode capabile să reconstruiască structura destul de detaliată a unor astfel de obiecte de plasmă. În cazul simetrie axială a plasmei sau a plasmei cu perturbările slabe simetrie a restabili parametrii spațiale este posibilă pe baza datelor de proiecție obținute din numărul minim de unghiuri de observare. De exemplu, în [1] tomografic reconstrucție a distribuției densității spațiale a atomilor de mercur excitat emit la o lungime de undă de 546,1 nm într-o descărcare electrodeless de înaltă frecvență a fost efectuat. Reconstrucția a fost efectuată utilizând un algoritm bazat pe metoda maximă a entropiei. Rezultatele au aratat ca, pentru toate modurile de testare ale densității radiante a atomilor de mercur în 73 £ stat „are un profil caracterizat prin prezența unui minim în centru și un maxim în apropierea peretelui lămpii. În [2], bazată pe abordarea tomografică a fost obținut distribuția densității de electroni în plasma generată de radiație laser, în prezența unui câmp magnetic. Sa presupus o ușoară încălcare a simetriei axiale, care a permis reconstituirea din două direcții reciproc perpendiculare. În [3] a fost realizată o reconstrucție tomografică a distribuției spațiale a densității atomilor de crom într-o plasmă arc.
În această lucrare a fost realizată o reconstrucție tomografică a distribuției spațio-temporale a factorilor de emisie pentru hidrogenul atomic (de-a lungul liniei H ") și a moleculelor de carbon C2 (peste benzile Swan) într-un reactor chimic cu plasmă. Metoda maximă de entropie a fost utilizată ca metodă de reconstrucție. bazate pe metoda maximă algoritm de entropie a fost dezvoltat în studiile anterioare [4, 5] și testate în simulare numerică și experimente reale. Calculele au arătat că acest algoritm oferă o bună calitate a reconstrucției chiar și în condițiile unui număr foarte limitat de unghiuri de măsurare. În această lucrare se utilizează pentru reconstrucția unică a unei surse simetrice.
Fig. 1. Schema de instalare.
Experimentele au fost efectuate pe o instalație, schema fiind prezentată în Fig. 1. Procedeele investigate au loc în interiorul unui container cilindric (1) etanșat având un diametru de 350 mm și o înălțime de 400 mm. Observațiile au fost făcute printr-o fereastră optică (3) cu un diametru de lumină de 100 mm. Ca un accelerator coaxial cu plasmă folosit accelerator electrodinamice (pistol Marshall) (2) care permite generarea de cheaguri de plasmă într-o gamă largă de viteze - de la câteva zeci de kilometri pe secundă la o presiune inițială a gazului de până la mii de Pa. Canalul acceleratorului de plasmă cu o lungime de 300 mm are un diametru interior de 20 mm. Capacitatea condensatorului (4) este de 6,6 μF, tensiunea sa de operare fiind de 30 kV. Ca întrerupător, este utilizat un arzător controlat (5). Ciclul de lucru al instalației este după cum urmează. Pregătirea pornirii constă în evacuarea volumului de lucru la o presiune mai mică de 5 Pa (7) și apoi la umplerea cu gaz natural la o presiune de 250 Pa. Apoi, acumulatorul este încărcat și pregătirea instrumentelor de măsurare și înregistrare pentru pornire. Descărcarea bateriei conduce la formarea unei plasme (6), accelerată de forțele electrodynamice la viteză mare, cu un val de șoc în față. Apoi debitul intră în spațiul umplut cu gazul studiat. Trecerea entalpia mare a fluxului de gaz de plasmă prin repaus însoțite de o mare varietate de undă de șoc, căldură, plazmohimi-ically și procese radiative caracterizate scale de timp microsecundă. Scopul acestei lucrări a fost studierea caracteristicilor spațio-temporale ale procesului de injecție cu plasmă, generat de un accelerator, într-un mediu reactiv. Prin înregistrarea și examinarea compoziției spectrale a radiației și a distribuției spațiale a coeficientului de radiație în diferite intervale spectrale,
Fig. 2. Spectrul de radiații.
am obținut date privind structura spațială și timpul caracteristic inerent fenomenelor studiate.
In experimentele efectuate pentru a înregistra spectrul de emisie al zonei de reacție, procesul fotografic de mare viteză, măsurarea tensiunii și curentului prin descărcare de accelerație de accelerație. Spectrul radiației integrate în timp a fost înregistrată de îngust (cu ordinul de 1 mm în lățime și cu o înălțime de aproximativ 80 mm) a regiunii verticale situate la o distanță de 15 mm de la capătul canalului de accelerație (linia (a) din Fig. 1), folosind un spectrograf cu traversat dispersia STE-1. Câmpul imaginii de studiu sa bazat pe fanta de intrare a spectrograf care a permis să evalueze dependența spectrul de emisie al distanței față de axa accelerator. Mijlocul acestei regiuni este de-a lungul axei canalului.
Înregistrarea scanărilor fotografice a fost efectuată pentru două orientări ale fantei și de-a lungul axei acceleratorului. Locația celei mai exterioare dintre cele 13 secțiuni transversale utilizate pentru reconstrucție este prezentată schematic în linii întrerupte (b) și (c) din Fig. 1. Un spațiu orientat de-a lungul axei este indicat în figură de linia (d). În ultimul caz, a fost înregistrată radiația din regiunea axei apropiate a fluxului de plasmă care se propagă de-a lungul axei de accelerare. Fotoramerul rezultat a fost folosit pentru sincronizarea fotografiilor înregistrate
0 10 20 30 40 t, μs
Fig. 3. Scanarea longitudinală a fotografiilor.
cu o dispunere transversală a fantei, unde se observă deplasarea regiunilor luminoase pe axa la distanțe diferite față de capătul canalului de accelerație. O astfel de sincronizare este necesară pentru reconstrucția tomografică. Secțiunile transversale au fost aranjate în trepte de 5 mm. Repetabilitatea procesului de la început până la început a fost testată și sa dovedit a fi destul de ridicată
Pentru citirea ulterioară a articolului, trebuie să achiziționați textul integral. Articolele sunt trimise în format PDF la poșta specificată la plată. Timpul de livrare este mai mic de 10 minute. Costul unui articol este de 150 de ruble.
Alte lucrări științifice pe tema "Fizică"
Trimiteți-le prietenilor: