Исследование радиационных характеристик аргона за фронтом сильной ударной волны


Просмотр статьи
PDF, 1,6 МБ

Investigaition of Argon Radiation Characteristics Behind the Front of a Strong Shock Wave

Experimental study of argon radiation behind the shock front is presented at velocities up to 7 km/s and the pressure ahead of the front 0.25 and 1.0 torr. Algorithm proposed makes it possible to describe the temporal radiation intensity of Ar I lines experimentally observed behind the shock front. The 4-levels model of Ar atom is used. It is supposed that the transitions from the ground state to the excited one occurs as a result of collisions Ar-Ar and Ar-electron, while deactivation of the excited states occurs as a result of collisions and spontaneous emission. A simplified set of reactions is used in the simulation of argon excitation and ionization.

shock wave, density of spectral radiation, experiment, argon, electrons, modeling of radiation

Наталья Германовна Быкова, Игорь Евгеньевич Забелинский, Павел Владимирович Козлов, Владимир Юрьевич Левашов, Людмила Борисовна Ибрагимова, Олег Петрович Шаталов

Том 16, выпуск 3, 2015 год



Выполнено экспериментальное исследование излучения аргона за фронтом ударной волны при скоростях до 7км/с и давлении перед фронтом 0.25 тор и 1.0 тор.
Предложен алгоритм, позволяющий рассчитать наблюдаемые в эксперименте временные характеристики излучения линий Ar. В алгоритме используется 4-х уровневая модель атома Ar. В расчетах предполагается, что переход аргона из основного в возбужденное состояние реализуется в результате столкновений Ar-Ar и Ar-электрон, а «тушение» возбужденного состояния происходит как в результате столкновений, так и в результате спонтанного высвечивания. При моделировании процесса возбуждения и ионизации аргона используется упрощенный набор реакций.

ударные волны, спектральная плотность энергетической яркости, эксперимент, излучение, аргон, электроны, моделирование излучения.

Наталья Германовна Быкова, Игорь Евгеньевич Забелинский, Павел Владимирович Козлов, Владимир Юрьевич Левашов, Людмила Борисовна Ибрагимова, Олег Петрович Шаталов

Том 16, выпуск 3, 2015 год



1. Н.Г. Быкова, И.Г.Герасимов, И.Е. Забелинский, Л.Б. Ибрагимова, О.П. Шаталов Исследование ударно-нагретого воздуха в спектральной области 120-900нм: панорамный спектр и эволюция излучения за фронтом ударной волны // Всероссийская школа-семинар «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем»: Сборник научных трудов. – М.: ИПМех РАН. 2013, с. 13-19.
2. Физико-химическая кинетика в газовой динамике. Справочник. Том. 2: Физико- химическая кинетика и термодинамика //Под ред. Г.Г.Черного и С.А. Лосева – М.: Научно-издательский центр механики. 2002. 368 с.
3. Tachibana K. Excitation of the 1s5, 1s4, 1s3, and 1s2 levels of argon by low-energy electrons.// Physical Review A. (1986). V. 34. No 2. P. 1007 – 1015.
4. Великович А.Л., Либерман М.А. Физика ударных волн в газах и плазме. М.: Наука. 1987. 295 с.
5. D. Breden, L. Raja. Simulation of nanosecond pulse plasmas in supersonic flows for combustion applications.// AIAA Journal. (2012). V. 50. No 3. P. 647 - 658.
6. Lennon M.A., Bell K.L., Gilbody H.B., Hughes J.C., Kingston A.E., Murray M.J., Smith F.J. Recommended Data on the Electron Impact Ionization of Atom and Ions^ Fluorine to Nickel // Journal of Physical and Chemical Reference Data 17, № 3, 1285-1363 (1988); doi:10.1063/1.555809.
7. J. L, Kappera M. G. Ionizing Shocks in Argon. Part 1: Collisional-Radiative Model and Steady-State Structure//Journal of applied physics. 2011. V.109. P. 113308
8. J. Viĉek. A collisional-radiative model applicable to argon discharges over a wide range of conditions. I. Formulation and basic data.// J. Phys. D: (1989). V. 22. P. 623 – 631.
9. J. Bacri, A.M. Gomes. Influence of atom-atom collisions on thermal equilibrium in argon arc discharges at atmospheric pressure.// J. Phys. D: Appl. Phys.(1978). V.11. P. 2185 - 2197.
10. D. Breden, L. Raja. Simulation of nanosecond pulse plasmas in supersonic flows for combustion applications.// AIAA Journal. (2012). V. 50. No 3. P. 647 - 658.
11. T. Deconinck, L.L. Raja. Modeling of mode transition behavior in argon microhollow cathode discharges.// Plasma processes and polimers. (2009). V. 6. P. 335 - 346.
12. B. Lay, R.S. Moss, S. Raut, M.J. Kushner. Breakdown processes in metal halid lamps.// Plasma sources science and technology. (2003). V. 12. P. 8 - 12.
13. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание: В 4-х т. /Л. В. Гурвич, И. В. Вейц, В. А. Медведев и др. — 3-е изд., перераб. и расширен. — Т. I. Кн. 1. — М.: Наука, 1978. — 496 с.
14. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание: В 4-х т. /Л. В. Гурвич, И. В. Вейц, В. А. Медведев и др. — 3-е изд., перераб. и расширен. — Т.I. Кн. 2. — М.: Наука, 1978. — 328 с.
15. NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.1), [Online]. Available: http://physics.nist.gov/asd [2014, February 28]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD
16. Cambier J. L, Kapper M.G. Ionizing Shocks in Argon. Part 1: Collisional-Radiative Model and Staeady-State Structure (Preprint) // Journal of Applied Physics 07/2011; 109(11):113308 - 113308-14. DOI: 10.1063/1.3585688
17. Л. М. Биберман, В.С. Воробьев, И.Т. Якубов Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука, 1982.
18. H. Petschek, S. Byron. Approach to Equilibrium Ionization behind Strong Shock Waves in Argon // Ann. Phys., 1, 270-315 (1957).
19. I. I. Glass, W. S. Liu. Effects of hydrogen impurities on shock structure and stability in ionizing monatomic gases. Part 1. Argon // J. Fluid Meoh. (1978), V. 84. Pt 1. P. 55-77.
20. P. E. Oettinger, D. Bershander A unified treatment of the relaxation phenomenon in radiating argon plasma flows // AIAA Journal, Vol. 5, No. 9 (1967), pp. 1625-1632. Doi: 10.2514/3.4260.
21. D. Meiners, C.O. Weiss // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer (1976) 16.
22. Martin I. Hoffert, Hwachii Lien Quasi One Dimensional, Non equilibrium Gas Dynamics of Partially Ionized Two Temperature Argon // Physics of Fluids (1958-1988) 10, 1769 (1967); doi: 10.1063/1.1762356
23. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. Изд. 2-е – М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 896 С.
24. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. - М.: Наука, 1965
25. П.В. Козлов Экспериментальное исследование радиационных совйств воздуха за фронтом ударной волны при скоростях до 10 км/с // Всероссийская школа-семинар «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем»: Сборник научных трудов. – М.: ИПМех РАН. 2015
26. Glass I.I., Liu W.S., Tang F.C. Effects of hydrogen impurities on shock structure and stability in ionizing monatomic gases: 2. Krypton // Can. J. Phys. 1977. V. 55. P. 1269-1279.
27. Яковлев В.И. Радиационная релаксация плазмы аргона за ударной волной // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32, вып. 11. С. 89–94.