Акустические колебания плазмы в закрытой цилиндрической трубке
Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН
Исследование акустических волн в неравновесной газоразрядной плазме является актуальной комплексной задачей, лежащей на стыке физической акустики и физики плазмы. Данная работа посвящена экспериментальному исследованию акустических колебаний низкотемпературной газоразрядной плазме в закрытой трубке. К трубке, через конфузор, присоединён электродинамический излучатель. Детальное описание экспериментальной установки и методики проведения опытов приведено в [1].
Без разряда на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фиксируются первые три резонансные частоты трубки fres (590, 975, 1580 Гц) и резонансная частота всей системы fs = 1430 Гц (см. Рис.). На четвёртой резонансной частоте наблюдается лишь невыраженный (слабый) пик амплитуды, поскольку в этом положении источник возбуждения оказывается вблизи узла колебаний давления. Как известно из [2], возбуждение резонансов наиболее эффективно, когда источник звука размещён в пучности давления. При повышении тока разряда напряжение на нём уменьшается – это указывает на то, что разряд работает в диффузионном режиме [3]. Визуально регистрировалось расширение плазмы [4], которое проявлялось в увеличении поперечного размера (диаметра) положительного столба.
При горении разряда на АЧХ трубки наблюдается только два ярко выраженных максимума. В результате проведения численного моделирования колебаний газа в исследуемой системе было выявлено, что на АЧХ наблюдаются частоты fs и fres – первая резонансная частота при наличии джоулева нагрева газа [1]. Вследствие нагрева части рассматриваемой системы (объема газоразрядной трубки) частота колебаний fs также, как и основная частота, смещается в сторону увеличения. Однако средняя температура во всей системе изменяется сравнительно слабо, что обуславливает относительно небольшое смещение частоты fs.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-22-00945, https://rscf.ru/project/25-22-00945/.
1. Fadeev S.A., Shaidullin L.R. Acoustic Characteristics of a Closed Gas Discharge Tube // High Energy Chemistry. 2025. V. 59. Suppl 3. S239–S244.
2. Kinsler L.E., Frey A.R., Coppens A.B., Sanders, J.V. Fundamentals of Acoustics, 4th Ed., Weinheim: Wiley-VCH, 2000. 560 p.
3. Raizer Yu.P. Gas Discharge Physics. Berlin: Springer, 1991. 449 p.
4. Fadeev S.A., Saifutdinov A.I., Kashapov N.F., Saifutdinova A.A. Effect of Ballast Region on Glow Discharge Parameters at Medium and High Pressures // High Temperature. 2022. V. 60. P. 143–147.
