авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Исследование тепловых и электрических характеристик плазмотрона с самоустанавливающейся длиной дуги

На правах рукописи

МЕРКУЛОВ ВАЛЕРИЙ ВИКТОРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПЛАЗМОТРОНА С САМОУСТАНАВЛИВАЮЩЕЙСЯ ДЛИНОЙ ДУГИ

Специальность: 01.04.14 – «Теплофизика и теоретическая теплотехника»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011

Работа выполнена на кафедре инженерной теплофизики Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Синкевич Олег Арсеньевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Кудреватова Ольга Владимировна доктор технических наук, доцент Нгуен Куок Ши

Ведущая организация: Институт электрофизики и электроэнергетики Российской Академии Наук

Защита состоится 24 июня 2011 г. в 11 часов 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.04 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.17, корп. Т, кафедра инженерной теплофизики, комн. Т-206.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан 23 мая 2011 г.

Отзывы на автореферат с подписями, заверенными печатью учреждения, просим направлять на адрес: 111250, Москва, ул.

Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ)

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157. к.ф.–м.н., доцент Мика В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена экспериментальному исследованию тепловых и электрических характеристик плазмотрона постоянного тока с самоустанавливающейся длиной дуги с секционированным анодом с различной геометрией канала. Работа выполнена в Московском энергетическом институте на кафедре инженерной теплофизики и в отделе плазменных процессов Института новых энергетических проблем, входящего в состав Объединнного института высоких температур Российской Академии Наук, под руководством д.ф.-м.н., проф. Синкевича О.А. и при всесторонней поддержке д.т.н. Э.Х. Исакаева и к.т.н., доц. Глазкова В.В., которым автор выражает благодарность за постановку научной задачи и обстоятельное обсуждение всех ключевых моментов при выполнении диссертационной работы.

Актуальность темы. На сегодняшний день электродуговые нагреватели газа (плазмотроны) являются одним из наиболее распространенных способов получения низкотемпературной плазмы. Это связано с целым рядом преимуществ, которые дает использование плазмотронов: это и возможность нагрева любых газов и смесей до относительно высоких среднемассовых температур (от 1000 до 50000К), и высокий КПД нагрева (до 90%), и значительный ресурс непрерывной работы (до 1000 часов), и возможность получения сверхзвуковых скоростей при использовании профилированных каналов, и относительная простота конструкции экспериментальных установок и их автоматизации с достаточной легкостью в управлении рабочими режимами при одновременной высокой надежности и устойчивости работы, и др. Вместе с тем процесс оптимизации и разработки новых конструкций электродуговых генераторов сопряжен со значительными трудностями, которые обусловлены сложностью и малой изученностью физических явлений, протекающих в плазмотронах. Многообразие и сложность процессов, протекающих в плазмотронах, сдерживают теоретическое исследование плазмотронов. Этим объясняется большое внимание к эксперименту. Наличие надежных данных о тепловых и электрических характеристиках плазмотронов в зависимости от реализуемых режимных параметров и используемой геометрии каналов позволит более полно использовать потенциальные возможности плазмотронов.

Целью работы являлось экспериментальное исследование тепловых и электрических характеристик плазмотронов постоянного тока с самоустанавливающейся длиной электрической дуги.

Для достижения указанной цели требовалось решение следующих задач:

1) модернизация экспериментальной установки и проведение серии экспериментов на плазмотроне постоянного тока с самоустанавливающейся длиной дуги с различной геометрией канала секционированного выходного электрода (анода) для различных режимных параметров и получение массивов соответствующих экспериментальных данных по тепловым и электрическим характеристикам плазмотрона;

2) разработка методики и соответствующих компьютерных программ для обработки полученных экспериментальных данных для определения параметров электрической дуги с самоустанавливающейся длиной;

3) разработка модели течения газа в канале плазмотрона для определения параметров газового потока;

4) обобщение полученных результатов.

Научная новизна:

в результате проведения серии экспериментов на плазмотроне постоянного тока с секционированным анодом получены массивы экспериментальных данных по локальным тепловым потокам и электрическим характеристикам для различных расходов плазмообразующего газа и номинальных значений силы тока для цилиндрического и конического анодов;

в результате обработки полученных экспериментальных данных по предложенной методике получены следующие данные: 1) время работы каждой секции анода и средняя длина электрической дуги;



2) распределения скоростей движения анодных пятен вдоль канала;

3) распределения размеров анодных пятен вдоль канала;

4) плотности электрического тока в анодных пятнах;

5) плотности тепловых потоков в анодных пятнах;

6) напряженности электрического поля дуги в зависимости от рабочих параметров эксперимента и геометрии канала анода. Указанные данные для плазмотрона с расширяющимся каналом выходного электрода получены впервые;

в результате сопоставления рассчитанных скоростей движения анодных пятен и газового потока установлено, что анодные пятна электрической дуги движутся со скоростями, близкими к среднемассовым скоростям газового потока;

в результате сопоставления локальных тепловых потоков в анодные секции плазмотрона и времени работы соответствующих секций установлено, что для цилиндрического анода тепловые потери в стенку главным образом обусловлены тепловым потоком из анодного пятна электрической дуги;

для конического анода, ввиду больших скоростей движения анодных пятен дуги на первых анодных секциях, необходимо дополнительно учитывать конвективный теплообмен между электродуговой плазмой вблизи анодного пятна и стенкой канала.

Достоверность экспериментальных измерений тепловых и электрических характеристик плазмотрона постоянного тока с самоустанавливающейся длиной дуги подтверждается низкой погрешностью измерений: менее 5 % для локальных тепловых потоков в анодные секции и 1.5% для электрических токов.

Достоверность расчетов параметров газового потока по предложенной модели подтверждается тестированием модели.

Достоверность полученных параметров электрической дуги подтверждается сопоставлением с данными других авторов.

Практическая ценность работы. Данные о распределении локальных тепловых потоков по длине канала позволяют определить значения теплового КПД генератора плазмы и необходимы для выбора оптимальных параметров при создании новых типов генераторов низкотемпературной плазмы с различной геометрией канала выходного электрода мощностью 300-500 кВт и более.





Полученные данные об электрических характеристиках позволяют оптимизировать работу плазмотрона с точки зрения снижения эрозии электродов и увеличении ресурса работы плазмотрона. В частности, было установлено, что при использовании конического анода плотности электрического тока в анодном пятне в среднем меньше в три раза, а плотности теплового потока в среднем меньше в четыре раза, чем при использовании цилиндрического анода. С целью повышения ресурса работы плазмотрона предпочтительнее использовать анод с расширяющимся каналом.

Кроме того, возможность получения обширных данных по параметрам электрической дуги свидетельствует о перспективности предложенного подхода, который может применяться на любых других плазмотронах с секционированным анодом и самоустанавливающейся длиной дуги.

Личный вклад автора:

при непосредственном участии автора была выполнена модернизация экспериментальной установки и проведена серия экспериментальных исследований на плазмотроне постоянного тока с самоустанавливающейся длиной дуги с различной геометрией канала секционированного выходного электрода для различных режимных параметров;

разработана методика и написаны соответствующие компьютерные программы для обработки полученных экспериментальных данных;

получены данные о параметрах электрической дуги с самоустанавливающейся длиной в зависимости от режимных параметров и геометрии канала выходного электрода;

обобщены результаты экспериментальных исследований тепловых и электрических характеристик.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментальных исследований тепловых и электрических характеристик плазмотрона постоянного тока с самоустанавливающейся длиной дуги с различной геометрией канала выходного электрода.

2. Методика обработки полученных экспериментальных данных.

3. Параметры электрической дуги с самоустанавливающейся длиной, полученные в результате обработки экспериментальных данных согласно предложенной методике.

4. Одномерная модель течения газа в канале с внутренними источниками тепловыделения. Результаты сопоставления динамических параметров газового потока и электрической дуги.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на следующих конференциях и научных семинарах: XVIII Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях», Звенигород, г.;

Семинар им. Л.С. Полака, Москва, 25 апреля 2011 г.;

The XXVI International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter, Elbrus, 1-7 марта, 2011 г.;

XXVII Международная Научно-Техническая Конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 24-25 февраля 2011 г.;

XVI международная научно техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2010 г.;

XVII Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.

Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях». Жуковский, 25-29 мая 2009 г.;

XXIV International conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter, Elbrus, 1-7 марта 2009.;

XIV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 28-29 февраля 2008 г.

Содержание работы отражено в 6 печатных работах, из них 1 – в журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объм диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и одного приложения, содержит 67 рисунков и 1 таблицу. Список литературы включает 108 наименований. Общий объем диссертации составляет 124 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований по теме диссертационной работы и изложено краткое содержание глав диссертации, сформулированы научная новизна выполненной работы, практическая значимость и положения, выносимые на защиту.

В первой главе в краткой форме изложены основные аспекты применения плазмотронов, приведена классификация электродуговых плазмотронов, описаны некоторые особенности работы плазмотронов линейной схемы, а также представлен обзор имеющихся работ, посвященных электродуговым плазмотронам. Обусловлена актуальность продолжения исследований тепловых и электрических характеристик плазмотрона с самоустанавливающейся длиной, в том числе плазмотрона с расширяющимся каналом выходного электрода. Сформулированы задачи исследования, обоснован выбор метода исследования.

Во второй главе приводятся: описание экспериментальной установки для исследования тепловых и электрических характеристик плазмотрона постоянного тока с самоустанавливающейся длиной дуги с различной геометрией секционированного выходного электрода;

суть выполненной модернизации;

диапазоны измерения рабочих параметров эксперимента;

автоматизированные системы сбора и первичной обработки получаемых экспериментальных данных;

рассчитанные погрешности измерений.

Основными элементами установки являлись: плазмотрон, система электрического питания, система газоснабжения из баллонной рампы, система водяного охлаждения, газодинамический тракт с теплообменником и вытяжной вентиляцией и система измерений тепловых и электрических параметров. Плазмотрон состоял из катодного и анодного узлов, кольца закрутки газа, изолирующих и уплотняющих прокладок. Основными конструкционными элементами плазмотрона были электроды и канал плазмотрона, которым являлся анод. Анод был выполнен в виде секционированного цилиндрического или конического канала, состоящего из десяти водоохлаждаемых секций, изолированных друг от друга прокладками из фторопласта. Длина каждой секции составляла 6 мм, длина изоляторной межсекционной вставки была равна h = 0.5 мм. Поперечные разрезы плазмотронов представлены на рис. 1 а) и б): 1 – катод, 2 – сопло, 3 – анодные секции, – соплодержатель, – изолятор. Диаметр 4 цилиндрического канала был равен 8 мм. Угол между образующей и осью расширяющегося канала составлял 6, диаметр минимального сечения был равен 4 мм.

Рис. 1. Поперечные разрезы плазмотронов:

а) цилиндрический анод;

б) конический анод.

В качестве материала анода использовалась медь. Для вихревой стабилизации дуги осуществлялась тангенциальная закрутка газового потока под углом 7 на входе в канал плазмотрона. Катодом служил вольфрамовый стержень, впрессованный в медный катододержатель конической формы (угол между осью и боковой поверхностью был равен 126). Диаметр вольфрамового стержня был равен 2 мм.

Для измерение тепловых характеристик плазмотрона использовался калориметрический метод: интегральные и удельные тепловые потоки через катодную и сопловую части плазмотрона, а также через анодные секции плазмотрона, определялись по измерению расходов и температур воды на входах и выходах соответствующих водоохлаждаемых элементов плазмотрона (рис. 2а).

Рис. 2. Схемы измерений тепловых (а) и электрических (б) характеристик плазмотрона Электрические характеристики плазмотрона измерялись следующим образом. Наличие и значения токов, протекающих по секционированной части выходного электрода, определялись измерением сигналов с коаксиальных шунтов, установленных на каждой из десяти секций анода (рис. 2б). Измерения напряжения между катодом и соплом, катодом и анодом проводились посредством дифференциальных омических делителей. Система измерения электрических параметров основана на использовании аналого цифровых плат с возможностью одновременного опроса 16-ти измерительных каналов с частотой опроса до 3 МГц. Это позволило измерять как мгновенные значения токов и напряжений, так и усредненные значения по времени. Расход рабочего газа во время эксперимента определялся по перепаду давления в сужающем устройстве. В качестве сужающего устройства использовалась стандартная диафрагма.

Таким образом, в ходе экспериментов измерялись следующие величины: значения силы тока через секцию №1-10 и падение напряжения катод-анод в каждый момент времени, перепад температур и расходы охлаждающей воды через катод, сопло и десять анодных секций;

давление рабочего газа на входе и перепад давления на сужающей диафрагме.

Конструктивные особенности экспериментальной установки и предложенный метод экспериментального исследования позволили провести независимые измерения локальных тепловых и электрических характеристик для каждой из десяти секций конического и цилиндрического анодов с низкой погрешностью: менее 5 % для тепловых потоков в анодные секции и 1.5 % для электрических токов.

В третьей главе представлена методика обработки полученных экспериментальных данных и соответствующие расчетные формулы;

разработана одномерная модель течения газового потока в канале плазмотрона с внутренними источниками тепловыделения, а также представлены результаты тестирования предложенной модели.

Для плазмотронов с самоустанавливающейся электрической дугой длина дуги, прежде всего, зависит от силы тока, геометрии канала, рода и давления газа, полярности выходного электрода, а также от других параметров. Наличие сведений о зависимости длины электрической дуги от режимных параметров позволяет оптимизировать работу плазмотрона с точки зрения снижения удельной эрозии выходного электрода и увеличения КПД плазмотрона. Первоначально было необходимо определить характер и последовательность работы секций с течением времени. После того, как для каждого режима были получены соответствующие данные, среднюю длину L i Ti xi.

электрической дуги можно было найти по формуле:

T Здесь Ti– время работы i-ой секции, xi– координата центра i-ой секции,T – общее время эксперимента. Время работы i-ой секции определялось как Ti = Ni ·, где Ni – количество моментов времени, в течение которых дуга была привязана к i-ой секции, – шаг по времени.

Получив зависимость x = x(t), отследив время работы n-ой секции и в случае выполнения условий, что дуга «пришла» с (n-1)-ой секции, а «ушла»

на (n+1)-ую секцию, среднюю осевую составляющую скорости движения Vn l / j i.

анодного пятна по n-ой секции можно было найти как:

Здесь l – длина секции, i – момент времени, когда дуга «уходит» с секции, j – момент времени, когда дуга «приходит» на секцию.

Диаметры анодных пятен находились при переходе дуги с секции на секцию (рис. 3) по формуле:

d V n h. Здесь d – диаметр анодного пятна дуги, h – толщина межсекционной вставки, V Vn Vn1 / 2 – средняя скорость движения анодного пятна между n-ой и (n+1)-ой Рис. 3. Схема перехода анодного секциями, n – время перехода пятна дуги с секции на секцию.

дуги с n-ой на (n+1)-ую секцию.

Плотность тока в анодном пятне можно найти из отношения номинального значения силы тока для данного режима к площади анодного пятна: j = 4·Inom / (·d2).

Локальные значения напряженности электрического поля дуги находились из отношения падения напряжения дуги к длине секции:

En U ka j U ka i / l. Здесь Uka(i) – падение напряжения на дуге в момент ее «прихода» на n-ую секцию;

Uka(j) – падение напряжения на дуге, в момент ее «ухода» с n-ой секции;

l – длина секции. Полагалось, что при прохождении электрической дуги по секции форма дуги не меняется, а длина увеличивается на длину секции.

Для определения параметров газового потока была предложена одномерная модель течения газа в канале с внутренними источниками тепловыделения. В качестве удельной мощности погонного тепловыделения величина Q E I nom / G. Здесь E – задавалась среднее значение напряженности электрического поля дуги, рассчитанное по полученным ранее распределениям напряженности по длине канала для различных рабочих параметров эксперимента, Inom и G – номинальное значение силы тока и массовый расход плазмообразующего газа для данного режима, соответственно. Скорость и температура газового потока находились из численного решения соответствующих дифференциальных уравнений:

dF dQ dF 2 dx dQ w2 dx dw w dT dx, C p w 1.

dx w2 F C pT dx w2 R R F dx RT 1 1 1 RT C p RT C p Предложенная модель была протестирована на стандартных задачах и показала хорошую работоспособность.

В четвертой главе представлены результаты обработки экспериментальных данных согласно предложенной методике и алгоритмам, а также анализ и обобщение результатов экспериментальных измерений локальных тепловых потоков в секционированный анод плазмотрона с различной геометрией канала.

На рис. 4 представлены результаты расчета средней длины электрической дуги в зависимости от режимных параметров и используемого анода.

Из графиков видно, что в случае конического анода длина дуги в зависимости от режимных параметров ведет себя несколько по-другому, чем в случае цилиндрического анода: длина дуги максимальна при максимальном расходе и значениях тока, близким к максимальным. В то же время при расходах азота G = (24) г/с средняя длина электрической дуги практически не зависит от номинального значения силы тока.

Рис. 4. Средняя длина дуги в зависимости от рабочих параметров:

а) цилиндрический анод;

б) конический анод.

На рис. 5 представлены результаты расчета скоростей движения анодных пятен дуги для разных режимов.

Из графиков видно, что для цилиндрического анода скорость движения анодного пятна растет по длине канала, в то время как в коническом аноде скорость движения анодного пятна резко падает по длине. Скорости движения анодных пятен в цилиндрическом аноде были сопоставлены со скоростями газового потока, рассчитанными по предложенной модели для соответствующих рабочих параметров (рис. 6).

Рис. 5. Скорости движения анодных пятен электрической дуги вдоль канала:

а) цилиндрический анод;

б) конический анод.

Из графика видно, что скорости движения анодной привязки электрической дуги коррелируют с соответствующими среднемассовыми скоростями газового потока. Был сделан вывод, что движение Рис. 6. Сопоставление скоростей электрической дуги в канале движения анодных пятен электрической плазмотрона обусловлено ее дуги со скоростями газового потока газодинамическим взаимодействием с потоком плазмообразующего газа, а скорости движения анодного пятна в частности и электрической дуги в целом близки к среднемассовым скоростям движения газового потока.

На рис. 7 представлены результаты расчета средних диаметров анодных пятен электрической дуги в зависимости от рабочих параметров и используемого анода. Из графиков следует, что для цилиндрического и конического анодов средний диаметр анодного пятна прямо пропорционален номинальному значению силы тока и, в некоторой степени, обратно пропорционален расходу плазмообразующего газа. Хотя для расширяющегося канала зависимость от расхода несколько более сложная и немонотонная.

Рис. 7. Средние значения диаметров анодного пятна в зависимости от рабочих параметров: а) цилиндрический анод;

б) конический анод.

Также были рассчитаны значения плотностей электрического тока в анодных пятнах электрической дуги. Значения, полученные для цилиндрического анода, хорошо согласуются со средними значениями плотностей тока, характерных для контрагированных анодных привязок.

Полученные плотности тока в анодном пятне при горении дуги в коническом аноде несколько ниже, чем для цилиндрического анода и близки к значениям, характерным для диффузионных анодных привязок. Таким образом, анод с расширяющимся каналом оказывается в более выигрышном положении, т.к.

снижение плотности тока в анодных пятнах дает уменьшение эрозии анода, что увеличивается ресурс работы анода в частности и плазмотрона в целом.

Кроме того, были рассчитаны распределения напряженности электрического поля дуги вдоль канала анодов различной конфигурации.

Полученные значения были усреднены и сопоставлены (рис. 8) с данными других авторов, исследовавших горение стабилизированных дуг в цилиндрических каналах разного диаметра [1].

Рис. 8. Зависимость напряженности электрического поля в столбе дуги в азоте от тока для разных диаметров канала d: 1 – 2 мм;

2 – 3 мм;

3 – 4 мм;

4 6 – 5 мм;

7 – 6 мм;

8-10 – 8 мм, секционированный анод.

По результатам калориметрических измерений были получены массивы данных по зависимостям локальных тепловых потоков в анодные секции плазмотрона от геометрии анода и рабочих параметров эксперимента.

Некоторые результаты измерения локальных плотностей тепловых потоков представлены на рис.9-10.

Рис. 9.Тепловые потоки в секции цилиндрического анода в зависимости от расхода азота: а) Inom = 150 А;

б) Inom = 300 А.

Рис. 10. Тепловые потоки в секции конического анода в зависимости от расхода азота: а) Inom = 80 А;

б) Inom = 300 А.

На рис. 11 представлено сопоставление безразмерных локальных тепловых потоков в анодные секции Qi и времен привязки дуги к соответствующим секциям Ti.

Из графиков видно, что для цилиндрического анода тепловые потоки в секции хорошо коррелируют со временем пребывания дуги на соответствующих секциях. Для конического анода при введении поправки 0. ( Vi и V – скорость движения анодного пятна по i-ой секции и Vi / V средняя скорость по всем секциям, соответственно), учитывающей конвективный теплообмен между анодным пятном дуги и стенкой канала, наблюдалась та же картина. Это позволило утверждать, что тепловые потоки в стенку канала анода обусловлены тепловым потоком из анодного пятна электрической дуги.

Рис. 11. Безразмерные тепловые потоки в анодные секции и времена привязки дуги: а) цилиндрический анод, G = 1 г/с, Inom = 125 А;

б) конический анод, G = 5 г/с, Inom = 200 A.

Тепловой поток через анодное пятно был оценен исходя из следующих соображений. Если за все время эксперимента T в i-ую секцию пришел тепловой поток Qi, то количества тепла Qis, отведенное данной секцией, будет равно: Qis = T · Qi. В то же время суммарное тепловыделение через анодное пятно за общее время Ti, пока анодное пятно было на i-ой секции, можно найти по аналогичной формуле: Qis = Ti · Qiп, где Qiп – тепловой поток через анодное пятно. Таким образом, тепловой поток в анодном пятне можно найти из соотношения:Qiп = Qi T/Ti. Плотности тепловых потоков можно найти из отношений Qiп к площади анодного пятна. Анализ полученных результатов показал, что для конического анода плотности тепловых потоков в анодных пятнах в среднем в 3-4 раза меньше, чем в анодных пятнах цилиндрического анода.

Выводы Проведена серия экспериментальных исследований тепловых и 1.

электрических характеристик плазмотрона постоянного тока с самоустанавливающейся длиной дуги и секционированным анодом с различной геометрией канала. Получены данные по локальным тепловым потокам в анодные секции и сопло плазмотрона в зависимости от рабочих параметров эксперимента, рода плазмообразующего газа и геометрии используемого анода. Получены массивы данных по значениям силы тока через каждую секцию и падению напряжения дуги в каждый момент времени.

Разработана методика и, созданы компьютерные программы обработки 2.

полученных массивов экспериментальных данных, позволившие определить следующие параметры электрической дуги с самоустанавливающейся длиной в зависимости от геометрии канала анода и рабочих параметров: 1) средняя длина дуги;

2) скорость движения анодного пятна дуги;

3) размеры анодного пятна дуги;

4) плотность электрического тока в анодном пятне;

5) плотность теплового потока в анодном пятне электрической дуги;

6) распределение напряженности электрического поля дуги по длине канала плазмотрона.

Проведены расчеты параметров газового потока по предложенной 3.

одномерной модели течения газа в канале с внутренними источниками тепловыделения. Рассчитанные скорости движения газового потока сопоставлены со скоростями движения анодных пятен. Установлено, что анодные пятна электрической дуги движутся со скоростями, близкими к среднемассовым скоростям газового потока.

Полученные результаты измерения локальных тепловых потоков в 4.

анодные секции сопоставлены со временем пребывания анодного пятна электрической дуги на соответствующих секциях. Сделан вывод, что локальные тепловые потери в анодные секции в значительной степени определяются временем пребывания анодного пятна электрической дуги на соответствующих секциях.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

Синкевич О.А., Глазков В.В., Меркулов В.В. Динамика 1.

электрической дуги в плазмотроне с цилиндрическим секционированным каналом выходного электрода // Вестник МЭИ. – 2011. – №2. – С. 28-33.

2. Merkulov V.V., Sinkevich O.A., Glazkov V.V. Experimental research of electric arc in plasma torch with sectioned anode // XXVI International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter. Elbrus, 2011. Book of Abstracts. – P. 190.

Синкевич О.А., Меркулов В.В. Экспериментальное исследование 3.

электрической дуги в плазмотроне с секционированным анодом // XXVII МНТК студентов и аспирантов. – Москва, 2011. – Т. 3. – С. 67-68.

4. Mordinsky V.B., Merkulov V.V., Sinkevich O.A., Glazkov V.V.

Experimental and theoretical investigation of the plasma torch with expanding channel for the coating purposes // XXIV International conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter. – Elbrus, 2009. – P. 253-255.

Меркулов В.В., Глазков В.В. Численное моделирование течения газа, 5.

нагрева и плавления частиц корунда в процессе напыления. XIV международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». – Москва, 2008. – Т. 3. – С. 20-21.

Список цитированной в автореферате литературы:

1. Асиновский Э.И., Кириллин А.В., Низовский В.Л. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте.

– М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 264 с.

Подписано в печать Печ.л. Тираж Заказ Полиграфический центр, Красноказарменная, 13.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.