Численное моделирование 2D структуры тлеющего разряда в молекулярном водороде с учетом кинетики ионизации и диссоциации


Просмотр статьи
PDF, 2,2 МБ

Numerical simulation of 2D structure of the glow discharge in molecular hydrogen in view of ionization and dissociation kinetics

A two-dimensional computer model of glow discharge in axisymmetric geometry in molecular hydrogen is presented. The structure of a glow discharge is described within the diffusion-drift model. The model consists of continuity equations for electron and ion fluids, the Poisson equation for the self-consistent electric field, and equation for gas temperature, kinetic parameters of the model are calculated by solving the electron Boltzmann equation. Kinetics of ionization and dissociation is described with the use of the system of state-to-state equations.

glow discharge, drift-diffusion model, kinetic of hydrogen ionization and dissociation.

Дмитрий Алексеевич Сторожев, Сергей Евгеньевич Куратов, Сергей Тимофеевич Суржиков

Том 16, выпуск 4, 2015 год



В работе представлена двухмерная компьютерная модель тлеющего разряда в молекулярном водороде в осесимметричной геометрии. Структура тлеющего разряда описывается с помощью диффузионно-дрейфовой модели. Модель состоит из уравнений непрерывности для электронов и ионов, уравнения пуассона для самосогласованного электрического поля, и уравнения теплопроводности для нейтрального газа. Кинетические параметры модель рассчитывались из решения кинетического уравнения Больцмана, а кинетика ионизации и диссоциации водорода описывалась с помощью кинетических поуровневых уравнений.

тлеющий разряд, диффузионно-дрейфовая модель, кинетика ионизации и диссоциации водорода.

Дмитрий Алексеевич Сторожев, Сергей Евгеньевич Куратов, Сергей Тимофеевич Суржиков

Том 16, выпуск 4, 2015 год



1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 591 с.
2. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Двухмерная структура нормального тлеющего разряда и роль диффузии в формировании катодного и анодного пятен. // ТВТ. 1988. Т. 25. № 3. С. 428.
3. Райзер Ю.П., Суржиков С.Т. Диффузия зарядов вдоль тока и эффективный метод устранения счетной диффузии // ТВТ. 1990. Т. 27. № 3. С.8.
4. Surzhikov S.T. Computational Physics of Electric Discharges in Gas Flows. Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston. 2013. 428 p.
5. Surzhikov S.T., Shang J.S. Normal Glow Discharge in Axial Magnetic Field// Plasma Sources Sciences and Technology. 2014, Vol.23. 054017 (8pp.) DOI 10.1088/0963-0252/23/5/054017.
6. Allan M. Experimental observation of structures in the energy dependence of vibrational excitation in H2 by electron impact in the 2Σu+ resonance region //Journal of Physics B: Atomic and Molecular Physics. – 1985. – Т. 18. – №. 13. – P. L451.
7. Laricchiuta, A., Celiberto, R., Esposito, F., and Capitelli, M., “State-to-state cross sections for H2 and its isotopic variants,” Plasma Sources Science and Technology, vol. 15, May 2006, pp. S62–S66.
8. Celiberto R. et al. Cross section data for electron-impact inelastic processes of vibrationally excited molecules of hydrogen and its isotopes //Atomic Data and Nuclear Data Tables. – 2001. – Т. 77. – №. 2. – Pp. 161213.
9. Сторожев Д.А., Суржиков С.Т. Численное моделирование двухмерной структуры тлеющего разряда в молекулярном азоте с учетом колебательной кинетики //Теплофизика высоких температур. – 2015. – Т. 53. – №. 3. – С. 325-336.
10. Storozhev D.A., Surzhikov S.T., “Numerical Simulation of Two-Dimensional Structure of Glow Discharge in Molecular Hydrogen” AIAA paper, 45th AIAA Thermophysics Conference, 2015, 10.2514/6.2015-3108.
11. Сторожев Д.А. Численное моделирование кинетики ионизации и диссоциации водорода в плазме разряда Пеннинга в приближении ЛТР // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т. 15. Вып.3. 6с. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-3/articles/229/
12. Storozhev D.A., Surzhikov S.T., Numerical Simulation of Glow Discharge in a Magnetic Field Through the Solution of the Boltzmann Equation. // Journal of basic and applied physics, 2013, Vol. 2, Iss. 3, pp. 141-147
13. Сторожев Д.А., Суржиков С.Т., Куратов С.Е. Анализ кинетических процессов в тлеющем разряде в молекулярном водороде. // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т. 15, вып. 6. 21с. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-6/articles/267/
14. Селезнев Р.К., Суржиков С.Т. Численный метод решения уравнений химической кинетики // Препринт № 1037 Института Проблем Механики РАН. 2013.
15. Seleznev, R.K., Surzhikov, S.T. "A Generalized Newton Method for Differential Equation of Chemical Kinetics" AIAA 2013-3009. 44th AIAA Thermophysics Conference, June 24-27, 2013, San Diego, CA. 17 p.
16. Горбунов А.А., Селезнев Р.К. Моделирование горения водорода в канале модельного ГПВРД. //Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013, Том 14, вып.4. 4с. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-4/articles/421/
17. Селезнев Р.К. Исследование обобщенного метода Ньютона для решения системы дифферен¬циальных уравнений химической кинетики на примере горения углеводорода в кислороде //Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013, Том 14, вып.4. 6с. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-4/articles/430/
18. Жорник К.А., Селезнев Р.К. Расчет интегральных характеристик силовых установок ПВРД //Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014, Том 15, вып. 2. 5с. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-2/articles/219/
19. Селезнев Р.К. На пути к гиперзвуку. Краткий исторический обзор //Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т.15, вып. 3. 14с. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-3/articles/228/
20. Surzhikov, S.T., Seleznev, R.K., Tretjakov, P.K., Zabaykin, V.A., “Unsteady Thermo-Gasdynamic Processes in Scramjet Combustion Chamber with Periodical Input of Cold Air,” AIAA 2014-3917. 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2014.
21. Селезнев Р.К., Жорник К.А. Квазиодномерное численное моделирование водородо-воздушной смеси в канале ГПВРД//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т.15, вып. 4. 7с. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-4/articles/30/
22. Polezhaev, Yu.V. , Seleznev, R.K. "Numerical Study of the Processes of Resonance Emergence in the Experimental Setup of a Pulse Detonation Engine" High Temperature, 2014, Vol. 52, No. 2, pp. 226–230.
23. Seleznev, R.K., Surzhikov, S.T., "Quasi-One-Dimensional and Two-Dimensional Numerical Simulation of Scramjet Combustors," AIAA 2015-4166. 51th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2015. Orlando, Florida.