ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование тецлообмена в плазме Физические свойства плазмы из "Современные проблемы теплообмена" На рис. 1 изображена зависимость теплового потока на стенку, контактирующую с плазмой, от силы тока в дуге. Результаты получены для дуги в аргоне при давлении 10 ат. Температура обычно не используется в качестве параметра при обработке экспериментальных данных, так как ее величина не известна с достаточной точностью. Некоторые рекомендации по оценке величины температуры приводятся ниже. [c.72] На рис. 2 графически представлен в логарифмических координатах закон Стефана — Больцмана. Заметим, что тепловой поток излучением примерно 3-10 ег/ж соответствует температуре черного излучателя около 3 000 К. Однако средняя температура струи плазмы в упомянутом выще эксперименте при том же значении теплового потока должна быть существенно выше 3 000° К, так как в противном случае низкая электропроводность газа не позволила бы достигнуть токов в несколько сотен ампер. [c.72] Если бы струя плазмы при ее действительной температуре излучала как черное тело, то тепловой поток на стенки был бы примерно 3-10 вг/ж . В действительности он составляет около 3-10 вт/лг следовательно, излучательная способность плазмы должна быть существенно меньше излучательной способности черного тела, что, собственно, и делает возможным само существование дуг с температурой в несколько десятков тысяч градусов при сравнительно низкой температуре окружающих дугу поверхностей. [c.72] Если имеется сосуд, содержащий множество молекул, то можно считать, что нам полностью известно со-стояние газа в сосуде лишь тогда, когда в каждый момент времени известны координаты и скорость каждой молекулы. Установить это, безусловно, невозможно. Однако оказалось возможным установить некоторые статистические связи между отдельными группами этой массы необходимых данных и свести все множество определяющих состояния газа величин всего к нескольким среднестатистическим параметрам температуре, давлению и плотности, которые вместе с данными по химическому составу вполне однозначно определяют состояние равновесной системы. [c.73] На рис. 5—14 графически изображены зависимости некоторых свойств газов от температуры. Рассмотрим сначала изменение с температурой электропроводности и теплопроводности гелия (рис. 5 и 6). [c.75] Кривая электропроводности для давления 1 ат построена, начиная с температуры 8 000° К, при которой электрическая проводимость гелия уже достаточно велика с точки зрения получения дуги. Нетрудно видеть, что электропроводность быстро растет с температурой, что объясняется увеличением концентрации электронов за счет термической ионизации гелия. Благодаря относительно малой массе электроны обладают высокой по сравнению с ионами подвижностью, что делает их наиболее подходяшими частицами для переноса электрического заряда, если имеется градиент потенциала. При температуре около 25 000° К однократно ионизированы почти все атомы гелия, и электропро-.водность и концентрация электронов уже мало меняются с ростом температуры. Если и далее увеличивать температуру, то электропроводность вновь начнет расти за счет двукратной ионизации атомов. [c.75] Изменение теплоемкости гелия с температурой показано на рис. 8. Теплоемкость вначале очень быстро возрастает с температурой, так как подводимое к газу тепло расходуется на ионизацию газа. Первый максимум теплоемкости (для 1 ат при 22 000° К) соответствует наибольшей интенсивности процесса ионизации. Затем наблюдается уменьщение теплоемкости и достижение ею минимума при температуре 251000° К, когда практически Bi e атомы гелия превращаются в однозарядные ионы. [c.80] Второй максимум теплоемкости имеет место яри температуре около 37 000° К и обусловлен затратами энергии на вторичную ионизацию. При повыщении температуры выше 60 000° К теплоемкость относительно мала и примерно постоянна, так как процессы ионизации в основном закончились. [c.80] Рассмотрим теперь коэффициенты переноса. Из рассмотрения рис. 5 видно, что при температуре около 10 000° К (для 1 ат) электрическая проводимость гелия относительно мала. С ростом температуры она резко увеличивается, достигает максимума, соответствующего полной ионизации газа, и далее остается примерно постоянной. [c.80] Теплопроводность (рис. 6) после достижения максимума не остается постоянной, как электропроводность, а вновь падает. Качественное объяснение этому было дано ранее при анализе влияния диффузионного переноса энергии. [c.80] Зависимость вязкости гелия от температуры, рассчитанная по той же точной теории, приведена на рис. 9. После достиже- вия максимума вязкость существенно убывает. Казалось бы, что с ростом концентрации заряженных частиц вязкость должна увеличиваться за счет кулоновского взаимодействия. Однако в действительности кулоновские силы существенно уменьшают подвижность частиц и, следовательно вязкий перенос количества движения. [c.80] Интересна зависимость от температуры коэффициента термодиффу-зии (рис. 11). В интервале температур, где концентрация нейтральных атомов выше концентрации заряженных частиц, коэффициент термодиффузии положителен для нейтралов и отрицателен для ионов. С ростом концентрации заряженных частиц происходит смена знаков на обратные коэффициент термодиффузии нейтралов становится отрицательным, а ионов — положительным. [c.80] МОНОТОННЫМ изменением теплоемкости, теплопроводности и вязкости с температурой. [c.81] При расчете термодинамических свойств и коэффициентов переноса предполагалось сушествование в плазме локального равновесия, при котором концентрация и энергетическое состояние каждой компоненты однозначно соответствуют местной тем пературе. В экспериментальных дуговых разрядах, как упоминалось выше, равновесия может и не быть. В этом случае необходимо оценить степень отклонения от равновесия и внести соответствующие поправки в расчет свойств. Таким образом, эксперимент иногда заставляет нас отказаться о упрощающего допущения о существовании равновесия. [c.81] Вернуться к основной статье