Diffusion of Collisional Plasma by the Example of a High-Current Arc in He: Binary and Trinary Ionized Mixtures

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this study the applicability of the binary mixture model utilizing the first-order gas-kinetic Chapman–Enskog theory is substantiated for describing diffusion processes at different degrees of ionization of a single-temperature simple gas plasma consisting of three components: atoms, ions and electrons. On the same bases, the obtained expressions for a trinary mixture are applicable to a plasma with a fourth component that is difficult to ionize. The thermal diffusion relations of a trinary mixture are derived, whose peculiarity is the electronic component, which does not affect the diffusion flows of atoms and ions. It is shown that in a highly ionized He arc plasma with developed diffusion and ionization nonequilibrium, thermal diffusion is insignificant. It is noted that when thermodynamic equilibrium is violated, the diffusion coefficients may not change at all or decrease by half at most.

About the authors

O. V. Korshunov

Joint Institute for High Temperatures RAS (JIHT RAS)

Email: dimakav@rambler.ru
Moscow, Russia

D. I. Kavyrshin

Joint Institute for High Temperatures RAS (JIHT RAS); National Research University (MPEI)

Email: dimakav@rambler.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia

V. F. Chinnov

Joint Institute for High Temperatures RAS (JIHT RAS); National Research University (MPEI)

Author for correspondence.
Email: dimakav@rambler.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia

References

  1. Botticher W., Roder O., Wobig K.H. Messung der Übergangswahrschein, Halbwertsbreiten und Verschiebungen von HeI-Linien // Zs. Phys. 1963. Bd. 175. № 5. S. 480.
  2. Uhlenbusch J., Fischer E., Hackmann J. Experimentelle und theoretische Untersuchungen von Nichtgleichgewichtseffekten an stationären Heliumplasmen unter Normaldruck // Zs. Phys. 1970. Bd. 238. № 5. S. 404.
  3. Jonkers J., van der Mullen J.A.M. The Excitation Temperature in (Helium) Plasmas // JQSRT. 1999. V. 61. № 5. P. 703.
  4. Асиновский Э.И., Кириллин А.В., Низовский В.Л. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. М.: Наука, 2008. 264 с.
  5. Коршунов О.В., Чиннов В.Ф., Кавыршин Д.И. Сильноионизованная дуговая плазма Не. Неравновесность, неидеальность и кинетика // ТВТ. 2019. Т. 57. № 2. С. 164.
  6. Коршунов О.В., Чиннов В.Ф., Кавыршин Д.И. Сильноионизованная дуговая плазма Не. Определение температуры в условиях неравновесности и влияния плазменных микрополей // ТВТ. 2019. Т. 57. № 3. С. 338.
  7. Исакаев Э.Х., Чиннов В.Ф., Саргсян М.А., Кавыршин Д.И. Неравновесность сильноионизованной гелиевой плазмы атмосферного давления // ТВТ. 2013. Т. 51. № 2. С. 163.
  8. Ферцигер Дж., Капер Г. Математическая теория процессов переноса в газах / Пер. с англ. Под ред. Зубарева Д.Н. М.: Мир, 1976. 554 с.
  9. Силин В.П. Введение в кинетическую теорию газов. М.: Изд-во Физ. ин-та им. Лебедева РАН, 1998. 338 с.
  10. Попов П.В. Диффузия. М.: МФТИ, 2016. 94 с.
  11. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979. 528 с.
  12. Мак-Даниэль И., Мэзон Э. Подвижность и диффузия ионов в газах / Пер. с англ. Под ред. Смирнова Б.М. М.: Мир, 1976. 422 с.
  13. Смирнов Б.М. Свойства газоразрядной плазмы. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 363 с.
  14. Елецкий А.В., Палкина Л.А., Смирнов Б.М. Явления переноса в слабоионизированной плазме. М.: Атомиздат, 1975. 336 с.
  15. Рожанский В.А., Цендин Л.Д. Столкновительный перенос в частично ионизованной плазме. М.: Энергоатомиздат, 1988. 248 с.
  16. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: Интеллект, 2009. 736 с.
  17. Devoto R.S. Transport Properties of Ionized Monoatomic Gases // Phys. Fluids. 1966. V. 9. № 7. P. 1230.
  18. Murphy A.B. Diffusion in Equilibrium Mixtures of Ionized Gases // Phys. Rev. E. 1993. V. 48. № 5. P. 3594.
  19. Murphy A.B. A Comparison of Treatments of Diffusion in Thermal Plasmas // J. Phys. D: Appl. Phys. 1996. V. 29. P. 1922.
  20. Murphy A.B. Demixing in Free-burning Arcs // Phys. Rev. E. 1997. V. 55. № 6. P. 7473.
  21. Коршунов О.В., Чиннов В.Ф., Кавыршин Д.И. Диффузия и плотность атомов в сильноионизованной неоднородной плазме Не // ТВТ. 2022. Т. 60. № 6. С. 803.
  22. Rat V., Aubreton J., Elchinger M.F., Fauchais P., Murphy A.B. Diffusion in Two-temperature Thermal Plasmas // Phys. Rev. E. 2002. V. 66. 056407.
  23. Rat V., Murphy A.B., Aubreton J., Elchinger M.F., Fauchais P. Treatment of Non-equilibrium Phenomena in Thermal Plasma Flows // J. Phys. D: Appl. Phys. 2008. V. 41. 183001.
  24. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Параметры атомов и атомных ионов. М.: Энергоатомиздат, 1986. 344 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (60KB)
3.

Download (91KB)

Copyright (c) 2023 О.В. Коршунов, Д.И. Кавыршин, В.Ф. Чиннов

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies