23700

بررسي خصوصيات انبساط جت هاي پلاسمايي رقيق در خلاء با استفاده از تقريب هاي دور و خط مركزي

كارشناسي ارشد

فيزيك پلاسما

1400/2/8

همايون اشراقي

فيزيك

اين پايان نامه يك مرور تحليلي در زمينه انبساط جت هاي پلاسمايي به داخل خلاء است. در اين پايان نامه، پيشرفت اخير در زمينه مدل سازي جريان جت پلاسماي رقيق يا ضعيف باردار شده كه از يك نازل گرد به داخل خلا گسترش مي يابد، با جزئيات بررسي شده است. اين جت بدون برخورد فرض شده است و طول دباي در خروجي بزرگ است. اين مدل شامل سرعت توده پلوم، چگالي عددي و دماي داده شده در خروجي است. در اين مدل يك نقطه داخل ميدان جريان براي محاسبه خصوصيات پلوم اتخاذ شده است. چگالي عددي توده، مولفه هاي سرعت در جهت جريان و در جهت عرضي و همچنين دماهاي انتقالي كه با يك روش جنبشي گازي محاسبه شده بودند مرور شده اند. با فرض متقارن بودن پلوم، اين مسئله به يك مسئله دو بعدي در يك صفحه كاهش يافته و در فاصله بسيار دورتر از نازل، خروجي ميتواند به عنوان يك منبع نقطه اي در نظر گرفته شود. با استفاده از اين نقطه نظر، مسئله بسيار آسانتر مي شود اما نتايج اساساً يكسان هستند. براي محاسبه ميدان پتانسيل، از معادله بولتزمن با سه انتخاب متفاوت از مقادير مرجع استفاده شده است و تمام خصوصيات ميدان جريان در فواصل دور از جمله چگالي عددي، مولفه هاي سرعت، دما، پتانسيل و ميدان الكتريكي مرتبط مرور شده و نشان داده شده است كه مولفه هاي سرعت و دما در فواصل دور با فاصله ارتباطي ندارند. همچنين، براي برخي موارد كه خصوصيات خط مركزي ممكن است جالب توجه باشد، فرمول هاي تحليلي دقيق براي يك نقطه در خط مركزي پلوم بدون در نظر گرفتن هيچگونه تقريبي بررسي شده اند. در خط مركزي فاكتور Z براي يك نقطه روي محور پلوم صفر است و در نتيجه فاكتور هندسي ساده مي شود. در داخل هسته پلوم، عبارات دقيق اما فشرده تر بدست آمده اند. نسبت سرعت هاي متفاوت جت بررسي شده است و مشاهده شده است كه براي جت هاي با نسبت سرعت بالاتر، چگالي عددي در امتداد خط مركزي، در مقايسه با حالت هاي با نسبت سرعت پايين تر، بيشتر است.

1400/03/01

Investigation of expansion properties of diluted plasma jets into vacuum by far field approximations and centerline

1/1/1900 12:00:00 AM

This thesis is an analytical review on expansion of a plasma jet into vacuum. In this dissertation, recent advances in the modeling of diluted or weakly charged plasma jet flow propagating from a round nozzle into a vacuum are examined in detail. This jet is assumed to be non-collision and the debye length at the exit is large. This model includes plume bulk velocity, number density and given temperature at the outlet. In this model, a point inside the flow field is adopted to calculate the characteristics of the plume field, number density, velocity components in both stream direction and transverse direction and also the translational temperatures, are reviewed by kinetic method. By assuming symmetric plume, this problem degenerates to a two-dimensional problem, and at far distance from the nozzle, the exit can be considered as a point source. By this consideration the problem becomes much easier, but the results are essentially identical. To calculate the potential field, boltzman equation is used by three choices of reference values. All flowfield properties at farfield including number density, velocity components, temperatures, potential and related electric field are obtained and it is shown that velocity and temperature components at farfield are not related to distance. Also, for some applications that the properties of the centerline may be interested, exact analytical formulas for a point in centerline without any approximation are investigated. At centerline Z factor for a point on the x axis becomes zero and as a result geometrical factor degenerate. Inside the core of plume, exact but more compact expressions are obtained. The jet speed ratio is investigated and it is observed, for a jet with higher speed ratio, number density along the centerline become much larger compare with lower speed ratio scenarios.

جت پلاسماي رقيق , جت روزنه گرد , نسبت سرعت خروج , پلاسما پلوم , جريان پلاسماي بدون برخورد

diluted plasma jet , round exit jet , exit speed ratio , plasma plume , collisionless plasma flow