Электродуговые нагреватели переменного тока : Экспериментально-расчетные исследования

• Автор: Ковшечников, Виктор Борисович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление.

Введение
Гл.1 Обзор литературы
§1.1 Электродуговые нагреватели переменного тока
§1.2 Экспериментальные исследования
§1.3 Теоретические исследования
Гл.2 Экспериментальные стенды и методики измерения
§2.1 Постановка задачи исследования
§2.2 Экспериментальные установки
2.2.1 Импульсно-проточный плазмотрон
2.2.2 Двухструйный высоковольтный плазмотрон
2.2.3 Трехфазный плазмотрон с торцевыми электродами
2.2.4 Трехфазный плазмотрон с трубчатыми электродами
§2.3 Схема электропитания и газоснабжения
§2.4 Измерение параметров электродуговых нагревателей
2.4.1 Измерение тока и напряжения
2.4.2 Измерение давления и расхода
2.4.3 Определение тепловых потерь
2.4.4. Измерение температуры
2.4.5 Скоростная киносъемка
2.4.6 Измерение диаметра отпечатков дуговых привязок
§2.5 Методики обработки экспериментальных данных
2.5.1 Методы подобия и анализ размерностей
2.5.2 Методика обработки данных, полученных на импульсном плазмотроне
2.5.3 Методика обработки данных, полученных на трехфазном плазмотроне
§2.6 Планирование эксперимента
Гл.З Результаты исследования на экспериментальных установках
§3.1 Импульсно-проточный плазмотрон
§3.2 Двухструйный плазмотрон

§3.3 Трехфазный плазмотрон с торцевыми электродами
§3.4 Трехфазный плазмотрон с трубчатыми электродами
3.4.1 Пульсации напряжения на дуге
3.4.2 Тепловые потери и КПД плазмотрона
3.4.3 Струйное истечение из плазмотрона
3.4.4 Взаимодействие дуги с электродами
Выводы
Гл.4 Методика расчета ВАХ и среднемассовых параметров газа в
трехфазном плазмотроне
§4.1 Постановка задачи и принятые допущения
§4.2 Основная система уравнений
§4.3. Постоянная времени дуги
§4.4 Методы подобия и постановка обратной задачи
Гл.5 Численные исследования работы нагревателей
§5.1 Постановка задачи
§5.2 Импульсно-проточный плазмотрон
§5.3 Трехфазный плазмотрон
§5.4 Совместная работа инжектора и плазмотрона
Основные результаты
Литература
Введение
Актуальность темы. В настоящее время широкое распространение получили плазменные технологии, основанные на электродуговом нагреве, такие как плазмохимия, плазменная деструкция вредных отходов промышленного производства, плазменные процессы получения композиционных материалов и т.д. Все возрастающие потребности промышленности стимулируют различные направления в технике создания плазменного нагрева. Одним из таких перспективных направлений является исследование, разработка и совершенствование электродуговых нагревателей переменного тока.
Недостаточное внимание к плазмотронам переменного тока промышленной частоты объясняется, с одной стороны, сложностью расчета нестационарных процессов сопровождающих теплообмен газа с дугой, с другой стороны, возможным присутствием низкочастотных пульсаций выходных параметров электродугового нагревателя, что неприемлемо в ряде плазменнохимических технологий. Однако, там, где пространственно-временная неравномерность потока не вносит каких-либо осложнений, применение нагревателей переменного тока более выгодно, а наличие пульсаций в выходном потоке способствует интенсификации процесса теплообмена. Мощные электродуговые нагреватели переменного тока дешевле и надежнее аналогичных нагревателей постоянного тока, хотя бы с точки зрения используемого электропитания, в котором применяется стандартное оборудование. Высокий КПД систем электропитания достигается снижением потерь активной мощности путем введения в цепь реактивного сопротивления. Применение же многодуговых-трехфазных систем позволяет непосредственно использовать промышленную трехфазную сеть с широким диапазоном мощности и питающего напряжения, а наличие вспомогательного поджигающего устройства способствует решению проблемы безпаузного протекания тока, особенно при переходе тока через нуль.
По всей видимости отсутствие надежной информации о возможностях и характеристиках плазмотронов переменного тока сдерживает практиков,

1}р(И
плазмотрона

химического состава при данной конструкции плазмотрона можно записать:
игь ПЬ 1}р Ш,
1Г/(;Ч): щ М=1,2Д
Вид зависимости запишем в виде суммы трех слагаемых:
М,д%+£4+в4.; <2-1,
/, V' /,Л 7,
Щ0:Г-
В левой части стоит обобщенное сопротивление, отвечающее каждой паре электродов. Первый член в правой части представляет собой комплекс, характеризующий условия конвективного теплообмена. Выбор степенной зависимости связан с тем, что при обработке большого числа экспериментальных данных полученных для дуг в условиях конвективного теплообмена, она имеет наилучшее приближение по сравнению с другими двухпараметрическими зависимостями. Значение показателя степени лежит в диапазоне от 0 до 1. Причем, если 0<п<0.5, то в координатах ток, напряжение ВАХ возрастающая, а в диапазоне
0.5<п<1 - падающая. Второй член обусловлен нестационарностью горения дуги. Его влияние отражает факт тепловой инерционности, зависящий, в данном случае, от характерного времени пребывания плазмы в объеме плазмотрона. Коэффициент С пропорционален отношению времени пребывания плазмы в объеме плазмотрона к
характерному времени разряда у<( Сверху он ограничен либо
временем релаксации дуговой плазмы при её свободном распаде, либо потерей эмиссии катода. Третий член учитывает влияние совместного горения дуг в одном объёме.
Как правило, в объеме горит не более двух дуг. В условиях турбулентного течения гидродинамическое поле и индуцированные дугами магнитные поля вызывают силы, направление действия которых носит неустойчивый, случайный характер. Насколько существенно это