Модели термогазодинамических процессов в открытых сильноточных электрических дугах

• Автор: Жайнаков, Аманбек
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Фрунзе
• Количество страниц: 238 c. : ил

1. УРАВНЕНИЯ МАГНИТНОЙ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ
ПЛАЗМЫ
1.1. Основные уравнения и их упрощение
1.2. Приближение пограничного слоя
1.3. Интегральные соотношения
2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДУГ
2.1. Дуга с точечным источником тока
2.1.1. Качественный анализ течения в дуге с
изотропным распределением тока
2.1.2. Автомодельное решение
2.1.3. Дуга с точечным источником тока как тест-объект
2.2. Короткая электрическая дуга
2.2.1. Двумерная модель
2.2.2. Упрощенная модель
3. ПРОТЯЖЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА
3.1. Расчетная модель
3.2. Апробация модели
3.3. Механизм нагрева и ускорения газа
3.4. Численный анализ влияния входных условий на характеристики дуги
3.5. Электрическая дуга с неплавящимся и плавящимся электродами
3.6. Струйный перенос металла
3.7. Интегральные методы расчета
4. КОРОТКАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА
4.1. Расчетная модель
4.2. Тестирование численного метода решения
уравнений Навье-Стокса
4.2.1. Методика тестирования
4.2.2. Результаты тестирования
4.3. Результаты расчета
4.3.1. Дуга со стержневым катодом
4.3.2. Дуга в узком зазоре
4.4. Сравнение моделей дугового разряда в полной системе МГД уравнений и в приближении пограничного слоя
5. НЕСТАЦИОНАРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА
5.1. Расчетная модель
5.2. Определение характеристик дуги методом установления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Электрическая дуга, как средство получения низкотемпературной плазмы находит широкое применение в науке и технике [1-6] . Большое распространение получили электродуговые генераторы плазмы (плазматроны), основным элементом которых является сильноточный дуговой разряд. В связи с этим электрическая дуга в канале плазма-трона стала объектом интенсивных исследований [7-П]
Особый интерес представляет изучение свободногорящих сильно-точных электрических дуг, которые широко применяются для изучения свойств низкотемпературной плазмы и взаимодействия потоков плазмы с твердой поверхностью, для сварки, резки и переплава металлов и сплавов, для обработки дисперсных материалов, нанесения покрытий и т.д. Открытая сильноточная дуга как объект научного исследования обладает рядом достоинств: возможностью получения разрядов в различных газах при широком диапазоне давлений, температур и скоростей потока. Особо следует отметить минимальные затруднения при использовании различных диагностических средств и методов по сравнению с дугой, стабилизированной стенками. Исследование физических процессов в дуговом разряде и совершенствование теории открытой сильноточной дуги, безусловно, содействуют дальнейшему прогрессу в ее применении.
В данной диссертационной работе изложены результаты теоретического исследования открытых сильноточных электрических дуг на основе решения системы МГД уравнений с привлечением данных эксперимента.
Актуальность работы. Созданию соответствующих технологических аппаратов предшествуют всесторонние экспериментальные и теоретические исследования. Экспериментальные методы, сохраняя за собой главенствующую роль, весьма трудоемки, а ряд
ральное уравнение движения (2.35). Третий случай является комбинацией первого и второго, при этом одновременно находятся как Яу} так и С
Последовательность решения задачи при определенных Я у ,
5* , , 'Хр 5 I можно представить следующей схемой: из условия обращения в нуль решения для 32 на границе токопроводящего канала находится значение параметра Иг (лг является наименьшим собственным значением соответствующего дифференциального уравнения) , одновременно находится £2(СС2). По формуле (2.46) определяется /1 , затем решается численно нелинейное уравнение для
Исследуем сначала линейное уравнение (2.43), для которого в большинстве случаев можно получить решение в виде известных специальных функций.
I. Цилиндрическая система координат В этих координатах уравнение (2.43) имеет вид
(2-50>
При Лу=0 , что соответствует соосному течению газа, решением уравнения (2.50) является функция Бесселя З2(и)-У0(^:1г/Иг) , где ^/3,^03 - первый нуль У0(ои). При Я у Ю ( поток газа обтекает катод либо анод) уравнение (2.50) подстановкой 00=~Яу^УУ приводится к уравнению, решением которого является вырожденная гипер-геометрическая функция
£г(и) = Ф(а,1,ос), а ^ т/я у . (2.51)
Так как нуль Я0о~-ЯуИ//^ решения зависит от параметра Я у через величину а , то протабулировав 0Со(а) , легко можно найти зависимость т(ЛуНг) при различных Яу и размерах токового канала. Наличие функциональной связи между величинами /72 и Я у приводит к существенной перестройке профиля при увеличении Я у , что показано на рис. 2.6. С другой стороны, при фиксированной величине Яу по мере увеличения радиуса токового канала происходит формирование