Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОННОГО ПОТОКА НА ПЫЛЕВУЮ ЧАСТИЦУ В ПЛАЗМЕ МЕТОДОМ “КРУПНЫХ ЧАСТИЦ В ЯЧЕЙКЕ”

Шелестов А.С., Подопригора А.В.

Образование кристаллической структуры в пылевой плазме определяется главным образом зарядом пылевой частицы и распределением потенциала в ее окрестности.

В [1] было описано численное решение радиальной модели, которая является частным случаем гидродинамического приближения.

Уравнение Пуассона имеет вид:

f                             (1)

где f, а для скорости ионов имеем следующее выражение:

f, (2)

где z-частота столкновений, νim - частота столкновений ион нейтрал.

Однако данный метод, несмотря на описанные достоинства и точность, обладает неустойчивостью и, вследствие этого, применим для относительно узкого диапазона.

В настоящей работе описано моделирование ионного потока на пылевую частицу в плазме методом "крупных частиц в ячейке" и приведены графики для сравнения с численным моделированием на основе гидродинамического приближения.

Суть метода крупных частиц в ячейке составляет рассмотрение потока массы ионов через границы эйлеровых ячеек, т.е. вместо совокупности частиц в ячейке рассматриваются масса и заряд всей ячейки в целом-крупная частица. Моделирование проводилось в сферических координатах. Уравнение Пуассона для одномерного случая в безразмерных координатах записывается в виде:

f                                                (3)

где ni - концентрация ионов, которая определяется как

f                                                (4)

а V - ионная скорость, вычисляемая из (5).

f                                  (5)

f

Основная идея метода заключается в том, что исходные уравнения, описывающие поведение среды, разбиваются на составные части в соответствии с физическими процессами, определяющими динамику среды. Расчет каждого временного шага вычислительного цикла осуществляется в следующей последовательности:

f                                          (6)

f  (7)

f        (8)

f   (9)

Таким образом, эволюция всей системы за время Δt осуществляется посредством следующего расщепления: вначале изучается движение всей ячейки в целом без учета конвективных членов, а затем вычисляются эффекты переноса, учитывающие обмен между ячейками и определяются окончательные параметры на фиксированной сетке. Указанный алгоритм обеспечивает устойчивость расчета без введения явных членов искусственной вязкости.

p  f

а)                                                                             б)

Рисунок 1. Графики распределения потенциала в ячейке (а) и график зависимости потенциала пылевой

частицы от размеров ячейки (б).

На рисунке 1 показаны графики распределения потенциала в ячейке (а) и график зависимости потенциала пылевой частицы от размеров ячейки (б).

Исследования, описанные в данной работе, были проведены в рамках проекта PZ-013-02, поддерживаемого совместно Американским фондом гражданских исследований и развития (АФГИР), Министерством образования РФ и правительством Республики Карелия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Сысун В.И., Хахаев А.Д., Олещук О.В «Заряд и потенциал пылевой частицы в плазме низкого давления с учетом ионизации в слое», материалы конференции ФНТП 2004, т.2, г.Петрозаводск, с.213-218.

Библиографическая ссылка

Шелестов А.С., Подопригора А.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОННОГО ПОТОКА НА ПЫЛЕВУЮ ЧАСТИЦУ В ПЛАЗМЕ МЕТОДОМ “КРУПНЫХ ЧАСТИЦ В ЯЧЕЙКЕ” // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 3. – С. 60-62;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5861 (дата обращения: 16.08.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252