Dynamics of dust particles in a plasma jet

Abstract

In this paper carry out the computer simulation of the plasma jet with dust particles, which expands in rarefied neutral gas. The problem is considered in the framework of multi-fluid hydrodynamic model, which takes into account the difference in velocity and temperature of the plasma component. Calculations performed using method “big particles” for different ionization degree of plasma, its density and radii of dust particles. The spatial distributions of plasma parameters and dust components obtained at different time points after injection plasma jet. It is shown that at the large ionization degree of plasma (α> 0.001) velocity of the dust particles significantly decreased compared to the case of weakly ionized plasma stream. This result can be explained by deceleration of dust particles by an electric field, the effect of which increases with increasing concentrations of electrons and ions.

Проводится компьютерное моделирование расширения плазменной струи с пылевыми частицами в разрежённый нейтральный газ. Задача рассматривается в рамках многожидкостной гидродинамической модели, которая позволяет учитывать различия скоростей и температур компонент плазмы. Расчёты выполнены методом “крупных частиц” для различных значений степени ионизации плазмы, её плотности и радиусов пылевых частиц. Получены пространственные распределения параметров плазмы и пылевой компоненты в различные моменты времени после инжекции плазменной струи. Показано, что при большой степени ионизации плазмы (α > 0,001) скорости пылевых частиц в струе значительно меньше, чем в случае слабоионизированного потока плазмы. Этот результат можно объяснить торможением пылинок электрическим полем, влияние которого увеличивается при увеличении концентраций электронов и ионов.

Проводиться комп’ютерне моделювання розширення плазмового струменю з пиловими частинками в розріджений нейтральний газ. Задача розглядається в рамках багаторідинної гідродинамічної моделі, яка дозволяє врахувати відмінності швидкостей і температур компонент плазми. Розрахунки виконані методом “крупних частинок” для різних значень ступеня іонізації плазми, її густини та радіусів пилових частинок. Одержані просторові розподіли параметрів плазми і пилової компоненти в різні моменти часу після інжекції плазмового струменю. Показано, що при великому ступені іонізації плазми (α > 0,001) швидкості пилових частинок в струмені значно менші, ніж у випадку слабкоіонізованого потоку плазми. Цей результат можна пояснити гальмуванням пилинок електричним полем, вплив якого збільшується при збільшенні концентрацій електронів та іонів.