Создание физико-математической модели и численный расчет динамики микро- и макрочастиц в комбинированной газоразрядной установке, процессов воздействия ускоренных частиц на поверхность различных материалов. В рамках задания 2.1.2 «Разработка комбинированной газоразрядной установки для ускорения микро- и макрочастиц, исследование процессов воздействия ускоренных частиц на поверхность для создания технологических принципов контроля надежности защитных материалов и покрытий» : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель В. В. Асташинский

Abstract

Объектом исследования являются плазменные потоки, которые формируются в комбинированной газоразрядной установке и ускоряют микро- и макрочастицы. Цель НИР - создание физико-математической модели, описывающей динамику микро- и макрочастиц в комбинированной газоразрядной установке. В ходе выполнения была разработана модель динамики микро- и макрочастиц в комбинированной газоразрядной установке, учитывающая магнитогидродинамическое описание ускорения плазмы (на основе законов сохранения массы, импульса и энергии, пренебрегая вязкостью и теплопроводностью плазмы) и процессы передачи энергии высокоскоростного потока ускоряемым частицам. В результате проведенных вычислений установлено, что процесс плавления заканчивается через 1, 3 нс после начала разряда, а парообразование — через 480 нс. Стадия охлаждения начинается через 21 мкс. Средняя плотность плазмы по завершении процесса испарения может быть оценена величиной 1,7 · 10−5 г/см3, давление при этом составляет порядка 1,5 · 104 Па. Общее время разряда составляет порядка 250 мкс. На основе анализа результатов численного эксперимента проведен выбор оптимальных режимов работы таких систем. Также была разработана физико-математическая модель воздействия частицы диаметром 4 мм из подшипниковой стали, движущейся со скоростью более 4 км/с, на дюралюминиевую мишень толщиной 8 мм. В ходе моделирования пробоя мишени получены размеры и форма кратера, которые находятся в хорошем соответствии с экспериментально наблюдаемыми результатами. Разработанная модель также позволяет исследовать упругие напряжения в материалах, подвергнутых воздействию концентрированных потоков энергии. Результаты исследования представляют интерес как для фундаментальных проблем в области физики концентрированных потоков энергии, так и для разработки технологических принципов контроля надежности защитных материалов и покрытий.