Исследование взаимодействия электрической дуги с турбулентным потоком газа (теория и численный эксперимент)

• Автор: Артемов, Валерий Иванович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 205 c. : ил

Глава I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО И ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ В
ПЛАЗМОТРОНАХ
1.1. Исследования турбулентных течений с электрической дугой в круглом канале (эксперимент)
1.2. Методы теоретического исследования турбулентных течений сред с переме.^нными свойствами
1.3. Взаимодействие дуги с турбулентным потоком
Глава II. МОДЕЛЬ ТУРБУЛЕНТНОСТИ И СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ДВУМЕРНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ В ПЛАЗМОТРОНЕ
2.1. Осредненные уравнения с учетом пульсаций электрического ПОЛЯ
2.2. Замыкание моментов, содержащих пульсации электродинамических величин
2.3. Замыкание осредненной системы уравнений
2.4. Приведение системы к виду, удобному для численного интегрирования
Глава III. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ
ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ПЛАЗМЫ
3.1. Разностная схема для аппроксимации уравнений главы П и метод решения
3.2. Методы повышения устойчивости сходимости разностной схемы и тестовые задачи для ламинарных течений
3.3. Тестовые задачи для турбулентных течений

Глава 17. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ С ТУРБУЛЕНТ4.1. Характеристики электрической дуги на стабилизированном участке плазмотрона
4.2. Особенности взаимодействия электрической дуги с турбулентным потоком газа на начальном участке плазмотрона
4.3. Влияние начальной турбулентности, пульсаций плотности и электродинамических величин на структуру течения на начальном участке
НЫМ ПОТОКОМ ГАЗА В ПЛАЗМОТРОНЕ
вывода

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ. Структура программы для ЭВМ.

В последнее время значительно возрос интерес к устройствам, использующим в качестве рабочего тела низкотемпературную плазму. К ним в первую очередь относятся электродуговые подогреватели газа (плазмотроны), МГД-генераторы, высокомощные выключатели, плазменные химические реакторы, электроионизационные лазеры и т.д. Использование электрического разряда позволяет нагревать различные газы (в том числе и агрессивные: водород, фтор и т.д.) до высоких температур в широком интервале давлений, достигать больших вкладов энергии в единицу объема рабочей среды. Кроме того, применение электрической дуги в качестве источника тепловыделения дает возможность достаточно легко управлять режимом работы устройства. Создание подобного рода устройств требует всестороннего изучения физики взаимодействия электрической дуги с потоком рабочего тела. В подавляющем большинстве современных устройств плазменной технологии имеют место нестационарные процессы нерегулярной природы, связанные как с турбулентным режимом течения газа, поступающего в электрическую дугу, так и с различного рода неустойчивостями, свойственными вообще плазме. В этом случае говорят о "турбулентной" электрической дуге. При этом термин "турбулентность" обозначает значительно более широкий спектр нестационарных процессов по сравнению с классической турбулентностью "холодного" неэлектропроводного газа.
Несмотря на то, что в последнее время достигнут значительный прогресс в изучении обычной гидродинамической турбулентности, все модели, используемые для описания турбулентного течения даже несжимаемой жидкости, носят полуэмпирический характер.

полнительного турбулентного джоулева тепловыделения
о!, ='«•?“ *ге'Е'и-Ек»е-Е'к а.22)
и появлению дополнительной составляющей в законе Ома
| ГГ е-Е, + (1.23)
В работах [17, 59, 69 ] предпринята попытка частично учесть влияние этих факторов. В [59] на основании модели плоских волн для пульсаций поля и проводимости получены замыкающие соотношения, позволявшие привести закон Ома и джоулево тепловыделение к следующему виду
(/«=е'ч^ ,
где эффективная проводимость б'£^ определяется следующим
соотношением —д
= * (1 -1?)
В этой же работе предложена модель, позволяющая учесть влияние плазменных неустойчивостей непосредственно на турбулентный перенос импульса и тепла. Используя аналогию с моделью длины пути смешения Прандтля, автор получает выражения для дополнительных составляющих турбулентного касательного напряжения Ът

и теплового потока
т т - «л рг ЭН
* ф
где С - обычная длина пути смешения Прандтля, XX - максимальный инкремент нарастания возмущения, определяемый из линейной теории устойчивости. По мнению автора [69] наибольший инкремент имеет винтовая неустойчивость, при этом дополнительная ГЛГД - турбулентная теплопроводность может составлять величину порядка 0,2 4- 0,5 от обычной теплопроводности в области темпера-