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扩散流中上下游鞘层结构的实验研究

作　者: 郑尧邦
导　师: 马锦秀
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 上下游鞘层等离子体扩散流鞘边界和边界电场
分类号: O53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 18次
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内容摘要

本文首先利用发射探针测量了处于等离子体扩散流场中平板和栅网两侧的鞘层结构,给出了平板和栅网分别朝向上游和下游时鞘的厚度和鞘边界电场。结果显示,对于平板,上下游鞘层结构呈现不对称性,下游的Child-Langmuir(CL)鞘比上游厚,下游鞘层边界的电场比上游小;对于栅网,上下游的鞘厚也会有不对称性,但是相对于金属平板这种不对称变得不明显。对于上下游的预鞘结构,平板和栅网类似,在下游都会出现类似虚阳极结构。其次由平板和栅网的收集电流,利用Child-Langmuir定律计算CL鞘的厚度。同时利用一维流体方程,结合实验给出的上下游边界等离子体参数,计算了平板上下游鞘和预鞘的结构。结果表明,对于平板,从实验、CL定律、以及数值计算获得的CL鞘厚尽管存在一些差异,但是下游和上游的厚度均满足线性比例关系,比例系数均在1.2附近,而且三种方法非常相符。对于栅网,由于不能区分上下游收集的电流,因此在应用CL定律时,需要考虑透射率进行修正。此外通过实验诊断和数值计算获得的鞘边界电场与部分现有模型对比,发现平板上下游的CL鞘边界电场与Godyak的鞘层模型符合,栅网经过透射率修正后也与Godyak模型符合。对于Bohm鞘边界电场,只有平板的上游与Riemann的过渡区模型电场相符,而下游以及栅网情况都与现有模型不符,说明下游及栅网附近鞘层需要重新建模。最后测量了隔离栅网下游的鞘层结构,并探讨隔离栅网所加的负偏压对实验区状态的影响。隔离栅网的负偏压越大,实验区的电子密度越大,空间电位越高,而电子温度则变小。如果在实验区筒壁加上负偏压时,这种改变更加明显。除此之外,论文中还编写了基于LabVIEW的‘示波器数据读取程序’使实验中数据采集和传输速度大大加快。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第一章综述  7-24
  1.1 前言  7
  1.2 等离子体鞘和预鞘的理论模型  7-17
    1.2.1 Bohm判据  8-9
    1.2.2 Child-Langmuir定律  9-10
    1.2.3 预鞘方程中的奇点  10-11
    1.2.4 过渡区及双尺度理论  11-17
  1.3 鞘的实验工作  17-19
  1.4 马赫探针及流场下的鞘  19-22
  1.5 本论文工作要点  22-24
第二章实验装置系统及原理介绍  24-38
  2.1 实验装置系统  24-30
    2.1.1 双等离子体装置  24-25
    2.1.2 实验诊断工具介绍  25-30
  2.2 数据读取程序  30-35
    2.2.1 LabVIEW简介  30-31
    2.2.2 前台操作面板  31-32
    2.2.3 后台逻辑流程图  32-35
  2.3 本章小结  35-38
第三章上下游鞘层结构的实验结果及分析  38-62
  3.1 实验区的等离子体状态测量  38-40
  3.2 金属平板上下游的鞘层结构  40-49
    3.2.1 发射探针测量的结果  40-43
    3.2.2 平板收集电流的结果  43-46
    3.2.3 一维流体模型的计算结果  46-49
  3.3 小栅网上下游的鞘层结构  49-54
    3.3.1 实验结果  49-52
    3.3.2 与理论模型的比较  52-54
  3.4 隔离栅网下游的鞘层结构  54-62
    3.4.1 CL鞘  54-57
    3.4.2 隔离栅网对实验区状态的影响  57-62
第四章总结与展望  62-64
参考文献  64-66
致谢  66-68
攻读学位期间发表的论文情况  68

扩散流中上下游鞘层结构的实验研究

内容摘要

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