Моделирование лазерно-оптических методов измерения параметров дисперсных частиц в запыленных плазменных струях

• Автор: Картаев, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 173 с. : ил.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕННЫХ СТРУЯХ
1.1. Анализ исследуемых процессов
1.2. Обзор и сравнительный анализ методов измерения скорости, температуры и размера дисперсных частиц в потоках плазмы
® 1.2.1. Методы измерения скорости частиц
1.2.2. Методы измерения температуры частиц
1.2.3. Методы измерения размера и счетной концентрации частиц
1.3. Существующий уровень реализации диагностических комплексов для измерения основных параметров дисперсной компоненты, анализ погрешностей
1.4. Выводы по обзору и постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. СКВОЗНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ # ВИРТУАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ
• ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОДИНОЧНЫХ ЧАСТИЦ В ЗАПЫЛЕННОМ
ПОТОКЕ ПЛАЗМЫ
2.1. Метод и аппаратура для одновременного измерения вектора скорости, размера и температуры одиночных частиц
2.1.1. Описание оптической схемы
2.1.2. Обработка экспериментальных данных
ф 2.1.3. Методики тестирования и тарировки диагностической аппаратуры
2.2. Физико-математическая модель виртуального диагностического комплекса

2.3. Структура программного комплекса и физические основы моделирования
2.4. Применение программного комплекса для анализа погрешностей измерения параметров частиц
2.5. Применение программного комплекса для анализа возможностей полихроматической пирометрии для измерения параметров частиц
2.6. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ СПЛЭТОВ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАПЫЛЕНИИ
3.1. Описание модельной физической установки
3.2. Анализ интегральных и пульсационных характеристик электрической дуги плазмотрона с межэлектродной вставкой мощностью 50 кВт
3.3. Комплексное исследование формирования сплэтов из компактных частиц металлических оксидов
3.3.1.Теоретические основы растекания и затвердевания микрокапли оксида металла при соударении с подложкой
3.3.2. Анализ и обобщение полученных экспериментальных данных
3.4. Экспериментальное исследование формирования сплэтов из полых частиц диоксида циркония при плазменном напылении
3.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность проблемы. Последнее десятилетие характеризуется растущим интересом к напылению покрытий из оксидов металлов (А1203, 7т02, ТЮ2, Сг2Оэ и др.): термобарьерных, каталитических, электроизоляционных, износостойких и т.п. Это подтверждается большим числом публикаций и регулярностью конференций и симпозиумов, проводимых в данной области: например, Международных
конференций по термическому напылению - Кобе, Япония, 1995; Ницца, Франция, 1998; Монреаль, Канада, 2000; Сингапур, 2001; Эссен, Германия, 2002; Флорида, США, 2003; Осака, Япония, 2004; Базель, Швейцария, 2005. Подчеркивается, что повышение качества и улучшение структуры напыляемых материалов во многом определяется степенью понимания гидродинамических и теплофизических процессов, происходящих при высокоскоростном соударении микрокапель тугоплавких оксидов с металлической подложкой или напыляемым покрытием.
Явление соударения капли металлического оксида лежит в основе многих технологий, таких как плазменное, высокочастотное, детонационное, газопламенное напыление, микрораспыление порошков, а таюке представляет большой интерес для физического материаловедения (изучение неравновесных диаграмм состояний различных систем при экстремальных воздействиях).
Характерные особенности данного явления - малые размеры частиц, возможность наличия температурного градиента внутри частиц, широкий диапазон скоростей и температур их взаимодействия с поверхностью при одновременном протекании процессов нестационарного сопряженного тепло- и массообмена и фазовых превращений и, как следствие, наличие многих факторов, существенно затрудняющих его экспериментальное исследование.
В этой связи, постановка комплексных исследований, обеспечивающих проведение по возможности полностью контролируемых модельных физических экспериментов, корректную интерпретацию получаемых опытных данных, а таюке прогнозирование на их основе более детальной картины указанного явления является актуальной проблемой. Ее решение во многом определяется возможностью постановки комплексных теоретических и экспериментальных исследований
(11=570 нм, 12=685 нм) с измерением скорости по длительности сигнала с одного из ФЭУ пирометра.
Для пространственной локализации области измерений используется вспомогательный оптический тракт (13=709 нм). Запуск системы сбора данных инициируется схемой совпадений (БК). Недостаток этой аппаратуры - зависимость инициирующего сигнала от температуры и размера частиц, что не позволяет диагностировать некоторые частицы, амплитуда сигналов которых ниже порогового уровня.
Описанная выше оптическая схема лежала в основе диагностики дисперсной компоненты по собственному излучению в гетерогенных плазменных струях в различных сечениях струи [1,66,68].
В работе [114] времяпролетный метод и двухцветовая пирометрия (в приближении Вина) были применены для одновременного измерения скорости и температуры одиночных частиц с помощью двухлучевого пирометра при детонационно-газовом напылении (взрыв ацетилен-кислородной смеси). Здесь входной объектив фокусирует изображение движущейся частицы на плоскость прямоугольной щели с шириной, превышающей максимальный размер частиц и перпендикулярной предполагаемому движению частиц. Скорость частицы определяется по форме трапецеидального сигнала от щели. Находящаяся за щелью светоделительная пластина делит излучение на два световых потока, попадающих через интерференционные фильтры (с полосой пропускания 6.5-11 нм) на два ФЭУ, электрические сигналы с них регистрируются осциллографом. Взяв отношение сигналов (в вольтах), получают значение цветовой температуры с учетом тарировочных коэффициентов каналов, определенных с погрешностью не более 3%. Измерялись значения скорости и температуры частиц Мо различных фракций (например, фракция 65-75 мкм), а также одиночных частиц АЬ03 (фракция 80-90 мкм). Выбранные спектральные диапазоны в первом случае - 1]=624 нм, 12=476 нм; во втором - 11=802 нм, 12=522 нм, а также 11=748 нм, 12=476 нм. По нескольким (к сожалению, не указано, скольким именно) опытным реализациям определялись средние значения указанных параметров с учетом инструментальных погрешностей. Средние значения скоростей составили соответственно 420+80 м/с и 820±120 м/с, цветовых температур - 3150±150 К (Мо), 3060±200 К и 3000±170 К