и 9 показаны временн ´ые развертки температурного поля и спектраль-
ного распределения излучения. Данные этих рисунков подтверждают
возможности вычислительного эксперимента при исследовании ря-
да характеристик плазмы, которые очень сложно измерить экспери-
ментально.
В ситуации, когда можно проводить расчеты в изотермическом
приближении (разряды в инертных газах), вся вычислительная про-
цедура заметно упрощается, так как уравнение энергии превращается
в обыкновенное дифференциальное уравнение и включается в общую
схему решения задачи Коши; параметры, связанные с распростране-
нием излучения в системе, рассчитывают заранее при фиксированных
температурах и давлении в плазме и их используют в модели в виде
массивов данных.
При решении задач, в которых рассматривают процессы в неравно-
весной плазме, вычисления заметно усложняются. Применительно к
стационарным открытым разрядам (вне системы) внешний цикл ите-
раций организуется по концентрации электронов на стенке, которую
для начала процесса задают в известной мере произвольно. Такое по-
строение алгоритма продиктовано сложностью численного решения
уравнений, описывающих амбиполярную диффузию заряженных ча-
стиц при краевых условиях второго и третьего рода. В ходе расчета
концентрация электронов на стенке настраивается в соответствии с
граничным условием задачи. Следующий вложенный цикл итераций
проводится по температуре электронов. Дальнейшее вложение циклов
производится по следующей схеме: расчет скоростей ударных и ра-
диационных процессов и определение поля концентрации тяжелых
частиц, расчет температуры тяжелых частиц, вычисление профиля
концентрации электронов, соответствующего известным к данному
моменту распределениям температур легких и тяжелых частиц и кон-
центраций тяжелых частиц, определение дивергенции интегрального
по спектру лучистого потока из уравнений переноса излучения. Выход
из итераций по температурам компонент и концентрации электронов
осуществляется по балансу потоков энергии и частиц в каждом узле
разностной сетки.
Вся совокупность моделей (см. рис. 1) и методов расчета характе-
ристик плазмы реализована в программно-математическом обеспече-
нии. Организация программного комплекса выполнена в соответствии
с задачами, которые приходится решать в ходе разработки и исследо-
вания различных устройств. В число этих задач входят задачи поис-
кового характера, целью которых в основном является подбор новых
плазмообразующих сред, отработка новых конструкций и новых мате-
риалов; задачи исследования процессов в существующих приборах, в
том числе в критических и запредельных режимах, и, наконец, задачи
132
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2012
