Газодинамические и тепловые процессы в электродуговых нагревателях газа технологического назначения

• Автор: Засыпкин, Иван Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 316 с. : ил

Содержание
Общая характеристика работы
Введение
1. Электродуговые нагреватели газа - плазмотроны
2. Постановка задачи
Глава 1. Электрофизические и газодинамические
процессы в разрядной камере плазмотрона.
1.1. Особенности течения газа в длинном цилиндрическом канале.
1.2. Особенности горения электрической дуги в длинном цилиндрическом канале
1.3. Скоростные и пульсационные характеристики элементов дуги.
1.4. Моделирование процессов'в дуговых плазмотронах.
1.4.1. Понятие моделирования процессов.
1.4.2. Критерии подобия электродуговых процессов..
1.4.3. Методика обобщения экспериментальных материалов.
Выводы по главе 1.
Глава 2. Энергетические характеристики дуги
в разных газах.
2.1. Обобщенные вольт-амперные характеристики дуги в разных газах.
2.2. Энергетические характеристики дуги в плазмотронах с межэ-лектродными вставками.
2.2.1. Распределение напряженности электрического поля дуги в длинном цилиндрическом канале.
2.2.2. Зависимость напряженности электрического поля дуги от определяющих параметров на начальном и переходном участках канала.
2.2.3. Изменение напряжения горения дуги газодинамическим воздействием.
2.2.4. Зависимость напряженности электрического поля дуги от определяющих параметров на участке развитого турбулентного течения газа.
2.3. Энергетические характеристики дуги в пористом канале.
2.4. Напряженность электрического поля дуги в водороде и водородсодержащих газах.
2.4.1. Длины характерных участков течения газа.
2.4.2. Напряженность электрического поля водородной дуги на начальном участке канала.
2.4.3. Напряженность электрического поля дуги в развитом турбулентном потоке водорода.
2.4.4. Электрическая дуга в смеси газов.
Выводы по главе 2.
Глава 3. Теплообмен в электродуговой камере линейного плазмотрона. .
3.1. Интегральные тепловые характеристики плазмотронов с самоустанавливающейся и фиксированной уступом длиной дуги.
3.2. Тепловые потери в разрядной камере плазмотрона с межэ-лектродной вставкой.
3.2.1. Тепловые потери в плазмотроне с газовихревой стабилизацией дуги.
3.2.2. Характеристики дуги в осевом потоке газа.
3.3. Теплообмен электрической дуги в турбулентном потоке газа со стенками разрядной камеры.
3.3.1. Теплообмен на начальном участке канала.
3.3.2. Теплообмен на участке развитого турбулентного течения газа.
3.3.3. Эффективность газовой завесы стенок разрядной камеры.
3.3.4. Распределение тока и теплообмен в выходном электроде плазмотрона с межэлектродной вставкой.
3.3.5. Тепловой КПД плазмотрона с МЭВ.
3.4. Теплообмен в комбинированном и проницаемом канале с интенсивным вдувом газа.
3.5. Теплообмен водородной дуги со стенками разрядной камеры.
3.5.1. Тепловой поток в торцевой катод.
3.5.2. Тепловой поток в секции межэлектродной вставки и пусковой электрод.
3.5.3. Тепловой поток в выходной электрод - анод.
Выводы по главе 3.
Глава 4. Высокоэффективные электродуговые нагреватели газа технологического назначения.
4.1. Классификация плазмотронов линейной схемы.
4.2. Плазмотроны для нагрева водорода и водородсодержащих сред.
4.2.1. Плазмотроны с фиксированной средней длиной дуги уступом: ЭДП-109/200; ЭДП-114; ЭДП-120.
4.2.2. Плазмотроны с фиксированной средней длиной дуги межэлектродной вставкой.
по потоку за сечением г.?, практически не оказывает влияния на распределение е = /{г).
Уровень турбулентности потока газа в на участке развитого турбулентного течения определяется, по всей видимости, шероховатостью поверхности стенки канала, наличием или отсутствием вдува газа через межсекди-онные щели, и этот уровень лежит в пределах 3-5 %.
Представляет интерес сравнить пульсационные характеристики потока газа в различных сечениях на оси канала [23]. Вблизи сечения с максимумом в преобладают сравнительно низкочастотные пульсации потока (5-г 10 кГц) с большой амплитудой. В недрах потока, испытывающего низкочастотные колебания большой амплитуды, по мере продвижения вниз по потоку зарождаются высокочастотные колебания со значительно меньшей (во много раз) амплитудой. На участке развитого турбулентного течения наблюдаются в основном высокочастотные пульсации (порядка 20 кГц) с небольшой амплитудой.
В работе [24] отмечается, что искусственно созданная турбулентность затухает быстро, причем в достигает примерно одного и того же значения независимо от уровня начальных возмущений. Величина в лежит в пределах 4 - 5%, что совпадает с вышеприведенными данными.
Как следует из ряда работ, величина в на оси цилиндрического канала минимальна и возрастает в направлениях к периферии. Вблизи стенки существует небольшой максимум, резко спадающий по мере дальнейшего приближения к поверхности стенки, одновременно снижается частота пульсаций потока при сохранении амплитуды.
1.2. ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ДЛИННОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ КАНАЛЕ
Учитывая особенности течения холодного газа в длинном цилиндрическом канале, обратимся к рассмотрению в нем взаимодействия дуги с потоком газа. В первую очередь, горящая дуга повлияет на распределение теплового потока в стенку электродуговой камеры в направлении течения газа. При этом должна быть тесная связь между распределением потенциала дуги (напряженности электрического поля) и тепловыми потоками в стенку.
Исследования проводились на плазмотроне (см. рис. 1.1) с секционированной межэлектродной вставкой. Внутренние диаметры секций и анода равны 2 К)'2 м, относительная длина МЭВ а = 20з-21. Толщина одной
секции Д/ = 10 10‘3 м. Электрически изолированные друг от друга и от
электродов секции охлаждаются водой. Рабочий газ - воздух - подается в электродуговую камеру через основное кольцо закрутки 3 с постоянным расходом 0о = 610‘3 кг/с и через межсекционные кольца закрутки б с расходом gl; подача газа через все межсекционные кольца спутная. Одно из