Software package for kinetic and spectra emission modeling of gas discharge plasma
Software package for modeling of kinetic processes and spectra emission of gas discharge plasma is introduced. The package consists of interrelated software items, which are assigned for solving of some basic problems connected with both equilibrium and non-equilibrium mediums: kinetic modeling of discharges in various gas mediums, kinetics of equilibrium/non-equilibrium combustion, the determination of medium parameters based on processing of experimental emission spectra and so on. The examples of package using for the problems of plasma aerodynamics are given. User-friendly interface of the codes makes it applicable for education purpose.
Представлен программный пакет, предназначенный для моделирования кинетических процессов и эмиссионных спектров газоразрядной плазмы. Пакет состоит из взаимосвязанных программных модулей, предназначенных для решения базовых задач, относящихся как к равновесным, так и неравновесным средам: кинетическое моделирование разрядов в различных газовых средах, равновесное/неравновесное горение, определение параметров сред на основе обработки и анализе экспериментальных эмиссионных спектров и т.п. Приводятся примеры использования программного пакета при решении задач плазменной аэродинамики. Дружественный интерфейс программ, входящих в пакет, делает их пригодными для использования в образовательных целях.
1. Bader G., Deuflhard P. A Semi-Implicit Midpoint Rule for Stiff Systems of Ordinary Differential Equations // Numer. Math. 1983. V.41. P.373.
2. Bonnie J. McBride B. J., Gordon S., Reno M.A. Coefficients for Calculating Thermodynamic and Transport Properties of Individual Species // 1993. NASA Technical Memorandum 4513. 98 pp. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940013151_1994013151.pdf
3. Borst W.L. Excitation of Several Important Metastable States of N2 by Electron Impact // Phys. Rev. A. 1972. V.5. №2. P.648.
4. Brovkin V.G., Kolesnichenko Yu.F. Structure and dynamics of stimulated microwave gas discharge in wave beams. // J. Moscow Phys. Soc. 1995. V.5. P.23.
5. Burcat A., Ruscic B. Third Millennium Thermodynamic Database for Combustion and Air-Pollution Use with updates from Active Thermochemical Tables // ANL 05/20 and TAE 960 Technion IIT, Aerospace Engineering, and Argonne National Laboratory, Chemistry Division, Sept. 2005. http://garfield.chem.elte.hu/Burcat/BURCAT.THR (база данных по термодинамическим свойствам), http://garfield.chem.elte.hu/Burcat/Introduction.pdf (методы аппроксимации термодинамических свойств веществ)
6. Cartwright D.C., Trajmar S., Chutjian A., Williams W. // Electron impact excitation of the elec-tronic states of N2. II. Integral cross sections at incident energies from 10 to 50 eV // Phys. Rev. A. 1977. V.16. №3. P.1041.
7. da Costa R.F., Lima M.A.P. Electron-impact electronic excitation of molecular nitrogen using the Schwinger multichannel variational method // Phys. Rev. A. 2007. V.75. P.022705
8. Dutton J. A Surwey of Electron Swarm Data, // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1975. V.4. №3. P.577.
9. Filimonov S., Borysov J. Vibrational and rotational excitation within the X1Σ state of N2 during the pulsed electric discharge and in the afterglow // J. Phys. D. 2007. V.40. №9. P.2810.
10. Gilmore F.R., Laher R.R., Espy P.J. Franck-Condon Factors, r-Centroids, Electronic Transition Moments, and Einstein Coefficients for Many Nitrogen and Oxygen Band Systems // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1992. V.21. №5. P.1005.
11. Glumac N., Elliott G., Boguszko M. Temporal and Spatial Evolution of the Thermal Structure of a Laser Spark in Air // 43rd AIAA Aerospace Meeting and Exhibit. Reno. Nevada: 2005. AIAA Paper 2005 204
12. Glumac N., Elliott G. The Effect of Ambient Pressure on Laser-Induced Plasmas in Air // 44th AIAA Aerospace Meeting and Exhibit. Reno. Nevada: 2006. AIAA Paper 2006 399
13. Haydon S.С., Williams О.M. Combined spatial and temporal studies of ionization growth in nitrogen // J. Phys. D. 1976. V.9. №3. P.523.
14. IUPAC Subcommittee on Gas Kinetic Data Evaluation for Atmospheric Chemistry: Summary of Evaluated Kinetic and Photochemical Data for Atmospheric Chemistry URL: http://www.iupac-kinetic.ch.cam.ac.uk/
15. Jet Propulsion Laboratory NASA: Chemical Kinetics and Photochemical Data for Use in Atmospheric Studies. URL: http://jpldataeval.jpl.nasa.gov/
16. Khmara D., Kolesnichenko Yu. Influence of energy deposition into discharge on electron neutral impact rate constants in nitrogen and air plasma // Proc. 4th Workshop (Intern.) on Magneto and Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow: IVTAN, 2002. P.280.
17. Khmara D., Kolesnichenko Y., Knight D. Modeling of Microwave Filament Origination AIAA // 44th AIAA Aerospace Meeting and Exhibit. Reno. Nevada: 2006. Paper 2006-0794
18. Kolesnichenko Yu.F., Khmara D.V., Brovkin V.G., Laskov V.A., Mashek I.Ch. MW Filaments in Supersonic Flow – Diagnostics and Application // Proc. Sympos. (Intern.) Thermochemical and Plasma Processes in Aerodynamics. St. Petersburg: Holding Comp. LENINETZ, 2003. P.230.
19. Lofthus A., Krupenie P.H. The Spectrum of Molecular Nitrogen // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1977. V.6. №1. P.113.
20. Ohmori Y., Shimozuma M., Tagashira H. Boltzmann equation analysis of electron swarm behaviour in nitrogen // J. Phys. D. 1988. V.21. P.724.
21. Popov N. Investigation of the Mechanism for Fast Air Heating in Gas Discharges // Proc. 4th Workshop (Intern) on Magneto and Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications. Moscow: IVTAN, 2002. p.254.
22. Roznerski W., Leja K. The ratio of lateral diffusion coefficient to mobility for electrons in hydrogen and nitrogen at moderate E/N // J. Phys. D. 1980. V.13. №10. P.L181.
23. Roznerski W., Leja K. Electron drift velocity in hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide and air at moderate E/N // J. Phys. D. 1984. V.17. №2. P.297.
24. Tachibana K., Phelps A.V. Excitation of the C3Πu state of N2 by low energy electrons // J. Chem. Phys. 1979. V.71. №.8. P.3544.
25. Wedding A.B., Blevin H.A., Fletcher J. The transport of electrons through nitrogen gas // J. Phys. D. 1985. V.18. № 12. P.2361.
26. Александров Н.Л., Сон Е.Е. Функция распределения электронов и кинетические коэффи-циенты в газах в электрическом поле // Химия плазмы. Под ред. Смирнова Б.М. М.: Атомиздат, 1980. вып.7. С.35.
27. База данных Ивтантермо. http://www.chem.msu.su/rus/handbook/ivtan/welcome.html
28. Бровкин В.Г., Колесниченко Ю.Ф., Хмара Д.В. Принцип структурообразования в инициированном СВЧ разряде и низкопороговый шаровой разряд. // Шаровая молния в лаборатории. М.: Химия, 1994. С.119.
29. Валянский С.И., Верещагин К.А., Вернке В., Волков А.Ю., Пашинин П.П., Смирнов В.В., Фабелинский В.И., Чаповский П.Л. // Квант. Электрон. 1984. Т.11. №9. С.1833.
30. Верещагин К.А., Смирнов В.В., Шахатов В.А. Исследования колебательной кинетики молекул азота на стадиях горения и послесвечения импульсного разряда методом спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света // ЖТФ. 1997. Т.67. №5. С.34.
31. Девятов А.А., Доленко С.А., Рахимов А.Т., et al.. // ЖЭТФ. 1986. Т.90. №2. С.429.
32. Колесниченко Ю.Ф.,. Хмара Д.В. Влияние степени диссоциации кислорода на кинетические характеристики электронов в воздушном разряде // ЭЖ Физико-химическая кинетика в газовой динамике 2008. T.8. www.chemphys.edu.ru/pdf/2008-03-07-002.pdf
33. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. С.272.
34. Словецкий Д.И. Механизмы химических реакций в неравновесной плазме. М.: Наука, 1980. 312 С.
35. Термодинамические свойства индивидуальных веществ // Справочник в 4 тт. под ред. Гурвича Л.В. 1979 1982. М.: Наука.
36. Хаксли Л., Кромптон Р. Диффузия и дрейф электронов в газах. М.: Мир, 1977. 872 С.
