- •Курсовая работа по плазмодинамике
- •Часть 1 Физические свойства и параметры цинка
- •Часть 2 Расчет термодинамических параметров плазмы цинка
- •Методика расчета
- •Часть 3 Расчет основных характеристик металлогалогенной лампы Основные теоретические сведения
- •Принцип работы
- •Применение
- •Конструкция
- •Электроды для мгл
- •Буферный газ
- •Недостатки металлогалогенных ламп
- •Безопасность металлогалогенных ламп
- •Подключение металлогалогенных ламп
- •Расчетная часть
- •Заключение
- •Список использованного программного обеспечения
Часть 2 Расчет термодинамических параметров плазмы цинка
Данные
о свойствах веществ, находящихся в
плазменном состоянии, необходимы для
разработки высокоэффективных
технологических процессов, создания
ряда плазменных устройств высокой
плотности энергии, при решении актуальных
задач радиационной газовой и плазмодинамики,
связанных с исследованием высокотемпературных
газодинамических явлений и процессов,
и т.д. Мы проведем расчет термодинамических
свойств плазмы цинка при температурах
и плотностях
.
Данный диапазон позволяет обоснованно
проводить расчет состава и термодинамических
свойств плазмы.
Методика расчета
Парциальный состав многокомпонентной плазмы рассчитывается по системе уравнений Саха-Эккерта с учетом неидеальности и сохранения соотношения между числом частиц различных элементов:





Здесь
-
остаточный заряд (для отрицательного
иона 0),
-концентрация
-ионов элемента
;
-атомный номер элемента;
-энергия ионизации;
-процентное содержание ионов элемента
в плазме;
-полная
концентрация атомов и ионов;
-масса
электрона;
-постоянная
Больцмана;
-постоянная Планка;
Статистические
суммы ионов
вычисляются с учетом возбужденных
состояний, энергия ионизации и стат.веса
которых даны. При этом, суммирование
проводится до уровня с энергией ионизации,
не превышающей
.



-
параметр неидеальности;

В
системе Хартри (
:

Термодинамические
функции- давление
и внутренняя энергия
-
определяются в пренебрежение кулоновскими
добавками.
Термодинамические функции плазмы определяются по формулам:
Давление:


-
степень ионизации;
-
поправка на неидеальность;


Внутренняя энергия:


-
поправка на неидеальность;
Удельная энтропия:


S, P поправки на неидеальность

me, MA массы электрона и атома; h постоянная Планка; Z заряд иона.
Удельная энтальпия:

Удельная свободная энергия:

Изохорная теплоемкость:

Изобарная теплоемкость:

Показатель адиабаты:

Адиабатная скорость звука:

Необходимо отметить, что методика, изложенная выше, может быть использована только для невырожденной атомарной плазмы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия и, кроме того, имеет ряд ограничений своей применимости.
Расчетные
данные приведены в форме графиков для
цинковой плазмы в диапазонах измерения
температур 1
10эВ
и плотностей
кг/м3.
С помощью программы «ТОТ-термодинамика» проведем расчет ионизационного состава и термодинамических свойств (давление, внутренняя энергия, энтропия, энтальпия, изобарная и изохорная теплоемкости, показатели адиабаты, уравнения состояния, скорость звука) цинковой плазмы.
В основу расчета ионизационного состава и термодинамических функций плазмы положено уравнение Саха-Эккерта с учетом неидеальности плазмы в приближении Дебая-Хюккеля в большом каноническом ансамбле. Расчет статсумм проводится с использованием баз данных по энергетическим уровням атомов и ионов элементов, входящих в смесь и «обрезанием» на среднем межчастичном расстоянии с введением экспоненциального форм-фактора.


Рис.2.1
Ионизационный состав плазмы цинка при
кг/м3
Термодинамические свойства плазмы цинка
Рис.2.2 Зависимость
давления от температуры и плотности

Рис.2.3 Зависимость внутренней энергии от температуры и плотности
Рис.2.4
Зависимость энтальпии от температуры
и плотности
Рис.2.5
Зависимость энтропии от температуры и
плотности
Рис.2.6
Свободная энергия в зависимости от
температуры и плотности
Рис.2.7 Степень ионизации в
зависимости от температуры и плотности

Рис.2.8
Зависимости изобарной и изохорной
теплоёмкостей от температуры и плотности.

Рис.2.9
Показатель адиабаты в зависимости от
температуры и плотности
Рис.2.10
Зависимость адиабатной скорости звука
от температуры и плотности
