Аналитические модели процессов ускорения и нагрева газа в коротких электрических дугах

• Автор: Козлов, Петр Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Фрунзе
• Количество страниц: 151 c. : ил

ГЛАВА II. МОДЕЛЬ СТАЦИОНАРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ С
ТОЧЕЧНЫМ ИСТОЧНИКОМ ТОКА
1.1. Точное решение полной системы МГД уравнений ТЗ Т.2. Качественный анализ течения в дуге а изотропным распределением тока '
U3-. Автомодельное решение приближения погранично-^ го слоя
1.4. Численный анализ свойств дуги с точечным источником тока
1.5. Дуга с точечным источником тока как тест -объект
1.6. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 2. ДВУМЕРНЫЕ МОДЕЛИ КОРОТКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ
2.1. Метод решения
2.2. Анализ влияния внешних параметров на характеристики коротких электрических дуг
2.3. Модель протяженной электрической дуги
2.4. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ НАЧАЛЬНОГО УЧАСТКА ДУГИ С КОНУСНЫМ
' 1 КАТОДОМ
З.І4 Анализ экспериментальных данных
3.2. Модель начального участка дуги Ц7
3.3. Влияние угла заточки неплавящегося электрода
на характеристики дуги
3.4* Основные результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Равновесная низкотемпературная плазма, в силу своих специфических свойств (большая концентрация энергии в малом объеме, высокая температура и пр.) нашла широкое применение в ряде областей современной науки и промышленного производства /1-9/. Сварка, плазменная металлургия, технология плазменной обработки материалов и нанесение покрытий, создание высокоинтенсивных источников света, плазмохимия и ряд других отраслей представляют собой области приложений низкотемпературной плазмы. Широкое распространение получили в настоящее время электродуговые генераторы плазмы (плазматроны), основным элементом которых является сильноточный дуговой разряд. Поэтому электрическая дута в канале плазматрона стала объектом интенсивных исследований /10-15/.
Значительно меньше изучены свободно горящие дуги, также име- ' ющие большое практическое значение, в частности для сварочного производства и плазменной металлургии. При этом особый интерес приобретает изучение влияния на дугу собственных электромагнитных сил, так как они в значительной мере определяют перенос металла при сварке /2/, давление на сварочную ванну /16/. Устойчивость дуги также, по-видимому, тесно связана с наличием электромагнитных сил /17, 18/.
Сложная картина физических процессов, протекающих в электрических дугах, обуславливает необходимость разносторонних исследований /9-15, 18-21/, в которых наряду с экспериментальными важное значение принадлежит теоретическим методам.
Основная цель данной работы заключалась в развитии теоретических методов исследования и построении приближенных, аналитически исследуемых моделей стационарных электроду-говых разрядов, направленных на изучение общих свойств и харак-

терных особенностей полей температуры и скорости этих объектов. Вместе с тем большой практический интерес представляет нахождение пространственных распределений давления, потоков энтальпии и импульса, вкладываемой и излучаемой энергии.
В последнее время широкое распространение получил метод численного моделирования физических явлений, в основе которого лежит глобальное описание объекта дифференциальными уравнениями в частных производных. Наиболее разработанными методами численного анализа стационарных электрических разрядов являются подходы, основанные на решении уравнений приближения пограничного слоя /12, 14, 22-25/ и на решении полной системы МГД уравнений, записанных в переменных типа "функция тока-напряженность вихря" /26-30/. Известно, что при реализации численных методов к трудностям, обусловленным сложностью исследуемого объекта добавляются проблемы, связанные с обеспечением сходимости и устойчивости разностных схем. В связи с этим одной из целей данной работы является построение тест-объекта, имеющего точное решение и в то же время включающего в свое описание все характерные для электро-дугового разряда процессы.
Задачи исследования включали:
- построение точного решения полной системы стационарных МГД уравнений для модели дуги с точечным источником тока и создание тест-объекта для тестирования конечно-разностных методов расчета и отладки вычислительных алгоритмов ;
- разработку двухмерной модели коротких электрических дуг и аналитической модели протяженных дуг, численное исследование влияния внешних параметров на характеристики электрических дуг ;
- построение упрощенной модели начального участка дуги с погруженным в плазму электродом.
Актуальность работы обусловлена тем, что широ-

Рис. 2.1. Форма разряда между коническим катодом и плоским анодом. I = 100 А, а - I = 5 мм, 5- I, = 15 мм /83,100 /. Вид столба дуги, стабилизированной потоком газа /85 /} I = 600 А, Ь- I = 90 мм,
2 - Ь =60 мм.