电热化学炮电热炮.pptx

电热化学炮
电热炮(ETG)
电弧炮（直热式）
全部利用电能
炮膛和弹丸烧蚀严重
低温等离子体温度较高
电热化学炮（间热式）
利用脉冲电源的电能和化学工质释放的化学能
减轻对炮膛和弹丸烧蚀
化学工质吸收等离子体热能
电热化学炮
电等过程产生的高温等离子体而言
等离子体温度108K~109K
等离子体鞘层
电中性被破坏了的空间电荷层
离子鞘
由于电子附着，基板形成负电位
在其表面附近的正离子的空间电荷密度增大
所有的等离子体与固体接触时
都会在固体表面的交界处形成
带负电位的薄层区
等离子体的鞘层
厚度的数量级接近Debye长度
受约束高压放电等离子体
电子的热力学平均温度
离子的热力学平均温度
受约束高压放电等离子体
等离子体的鞘层
温度越高，鞘层厚度越大
导致电荷分离的粒子热运动动能大
粒子数密度越大，鞘层越薄
对于受约束放电产生的等离子体
粒子密度较稠密，鞘层的厚度远小于约束管半径
放电管内等离子体主要为电中性等离子体
受约束高压放电等离子体
Debye屏蔽
等离子体中每个带电粒子的附近都存在电场
当该电场被周围的粒子完全屏蔽时
在一定的空间区域外等离子体处于电中性
Debye长度
屏蔽粒子场所在的空间尺度
在小于Debye长度的微观尺度内
电中性概念无效
受约束高压放电等离子体
Debye长度
真空介电常数
Boltzmann常数
等离子体温度
电子数密度
离子数密度
对于宏观中性等离子体
电子和粒子在空间均匀分布
电荷电量
受约束高压放电等离子体
等离子体存在的三个基本条件
Debye长度大于粒子间的平均距离
Debye屏蔽是大量粒子的统计效应
要求Debye屏蔽球内有足够数量的粒子
Debye长度远小于等离子体所在系统的特征长度
Debye屏蔽球内粒子不能看做电中性的等离子体
Debye屏蔽球内不满足电中性
要求电弧等离子体的放电管直径远大于Debye长度
等离子体的振荡频率大于粒子间的碰撞频率
维持等离子体的振荡
弱电离度的等离子体
在理想气体状态方程基础上引入偏离系数
高温高压下Noble －Abel方程
偏离系数
等离子体状态方程
理想等离子体状态方程
单原子气体一次电离生成
高温下气体离解或电离
改变粒子数量
偏离理想状态
Dalton 定律
粒子数变化对压力的影响
等离子体状态方程
该种气体原子成分的气体常数
粒子的电离度
等离子体状态方程
部分电离的等离子体状态方程
等离子体电离度、压力、温度继续增大
带电粒子的密度增高
等离子体处于部分电离状态
粒子间的Coulomb 相互作用对状态方程影响加大
Coulomb引力降低等离子体压力
理想等离子体压力
Boltzmann统计理论
压力修正
Debye-Huckle理论
部分电离的等离子体状态方程
电热炮适用
电子数密度
等离子体状态方程
理想状态，忽略修正项
不可忽略修正项
第i种成分的粒子数密度
第i种粒子和j种粒子间
热波长
等离子体状态方程
接近于完全电离的等离子体的状态方程
电子数密度或温度相当高
粒子的量子效应十分显著
Fermi－Dirac量子统计法
部分电离
受约束高压放电等离子体
等离子体宏观方程
放电管内的等离子体
可按连续流体处理
同时考虑带电粒子在电磁场中的电磁效应
连续方程
动量方程
能量方程
连续方程
与经典流体连续方程相同
质量守恒与作用力（电磁力）无关
补充第i种组分的连续方程
粒子的组成和密度
受电磁场作用及离子的电离和复合过程影响
i组分
由于化学反应
单位时间单位体积内的
净变化率
动量方程（N－S方程）
与一般流体表达式一致
体积力
压力梯度
流体流动
引起变形的
粘性应力
引起体积变化的
粘性应力
粘性系数
应变率张量
动量方程（N－S方程）
体积力
重力体积力
电磁体积力
重力体积力
电场力体积力
电场强度矢量
磁场力体积力
电流密度矢量
磁场强度矢量
电荷密度
动量方程（N－S方程）
等离子体宏观上呈电中性
忽略重力及粘性力
可以忽略
当电热炮放电管中与放电电流方向垂直的磁场强度较低时
能量方程
考虑粒子电离与复合过程的化学反应热和辐射热损失
包含带电粒子且相对温度较高的等离子体
考虑电流产生的Joule热
电弧放电产生的等离子体
导热引起的
流体内能增加
粘性应力做功
（耗散功）
压力压缩流体
做功
i种化学成分相对于流体的
焓扩散流，液体的内热源
辐射热散失
Joule热
化学工质的热化学性质
化学工质
第二工质
种类较多
超出一般意义上的火炮发射药
化学工质
按工质初始状态分类
固体工质
液体工质
气体工质
按含能量分类（混合