Импульсные потоки в электротермическом ускорителе и их воздействие на элементы конструкции

• Автор: Суханова, Любовь Александровна
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

1. Динамика импульсных потоков в электротермическом ускорителе для различных конфигураций разрядного узла и ствола

1.1. Ускорение и нагрев микрочастиц порошковых материалов в газоплазменном потоке

1.1.1. Физическая модель динамики ускорения и нагрева микрочастиц потоком аргоновой плазмы

1.1.2. Анализ динамики ускорения и нагрева микрочастиц в плазменной

части потока

1.1.3. Анализ динамики ускорения и нагрева микрочастиц в области ударно-сжатого газа потока

1.2. Формирование области ударно-сжатого газа

1.3. Формирование области ударно-сжатого газа в ускорителе с

бустерной частью ствола

2. Исследование электроэрозионных процессов в разрядном узле импульсного электротермического ускорителя

2.1. Экспериментальный макет импульсного электротермического ускорителя

2.2. Эрозия прямых электродов разрядного промежутка
2.3. Эрозия профилированных электродов разрядного промежутка
2.4. Измерение скорости ударных волн для различных электродных систем
3. Исследование абляционных процессов в разрядном узле импульсного электротермического ускорителя
3.1. Физическая модель для определения теплового излучения аргоновой
плазмы импульсного разряда
3.2. Теплопроводностная модель абляции диэлектрических стенок
разрядного промежутка
3.3. Анализ динамики абляционных процессов диэлектрических стенок
разрядного промежутка
3.4. Экспериментальное определение абляционного износа диэлектрических стенок разрядного промежутка
4. Оптимизация разрядного узла электротермического ускорителя
для его адаптации к промышленным условиям
4.1. Ресурсные испытания разрядных узлов экспериментальных макетов
4.2. Оптимизация размеров и конфигурации разрядного промежутка
4.3. Анализ тепловых процессов в элементах конструкции установки
4.3.1. Физическая модель и динамика нагрева элементов конструкции разрядного узла установки
4.3.2. Тепловой режим установки с охлаждением керамических втулок разрядного промежутка водой
4.3.3. Динамика нагрева элементов конструкции разрядного узла и ускорительного тракта
4.3.4. Экспериментальное определение температуры нагрева элементов
разрядного узла и ускорительного тракта
Заключение
Литература
Уникальные возможности устройств мощной импульсной электрофизики позволяют им находить чрезвычайно широкое применение в научных исследованиях и современных технологиях. Одним из таких применений является использование импульсных электротермических ускорителей для ускорения микрочастиц порошковых материалов с целью нанесения покрытий на поверхность различных изделий.
Лучшие образцы износостойких, жаропрочных и иных специальных покрытий из порошковых материалов обладают значениями пористости, приближающимися к 1%, и адгезии, доходящими до 10 МПа. Подобные покрытия получают с помощью установок газо-термического напыления. Здесь можно отметить HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) установки, детонационные пушки и плазмотроны. Вместе с тем наибольшие значения скорости микрочастиц в плазмотронах составляет 0,6 км/с, в детонационных пушках -1 км/с, в HVOF-установках — 1,2 км/с, что ограничивает дальнейшее увеличение адгезии. Имеются ограничения на минимальный размер микрочастиц порошков, препятствующие росту плотности покрытий. Данные установки не позволяют осуществлять глубокую и независимую регулировку скорости и температуры нагрева микрочастиц, что ограничивает диапазон технологического применения данных установок. HVOF-установки, обладающие наилучшими параметрами, требуют весьма большого расхода горючих компонент: десятков л/час кислорода, и десятков л/час керосина. Они, как и детонационные установки, требуют специальных мер по обеспечению взрывобезопасности.
Первые работы по применению импульсных плазменных ускорителей для нанесения покрытий из порошковых материалов появились в конце семидесятых годов прошлого века [1-3]. Эти ускорители представляли собой коаксиальные рельсотроны, разрядный промежуток которых образован коаксиальными коническими или цилиндрическими электродами [4-6]. Появившиеся позже разработки [7] продемонстрировали принципиальную

представленные на рис.27. Внутренние (токовые) поверхности профилированных электродов обладают большими площадями и образованы выпуклыми и вогнутыми сферическими поверхностями. Следует также отметить, что подобные электроды не содержат областей с большими напряженностями полей -острых кромок, как в случае прямых электродов.
На рис.28 представлены временные зависимости разрядного тока, напряжения на накопителе, сопротивления разряда и энергии, вкладываемой в разряд, для основного разрядного промежутка, который образован профилированными электродами.
Рис.27. Конфигурация профилированных электродов, а — вогнутый электрод, б — выпуклый электрод.
Как следует из рис.23 и рис.28, электрические характеристики разрядных цепей с разными конфигурациями разрядных промежутков различаются незначительно, в пределах 5%. При этом можно констатировать уменьшение разрядного тока в случае профилированных электродов и увеличение вложенной в разряд энергии. Подобное изменение объясняется тем, что для конфигурации с профилированными электродами увеличивается длина разряда, что приводит к росту его сопротивления. Заряд, протекающий через разрядный промежуток в течение импульса, остается равным приблизительно 400 мКл, как и в случае прямых электродов.