Характеристики плазмотронов.
Электрические характеристики.
Основными электрическими характеристиками плазмотронов являются:
- ВАХ;
- напряженность электрического поля в разрядника;
- приэлектродного падения напряжения разрядника;
- распределения плотности тока;
Рассмотрим электрические характеристики дуговых плазмотронов; т.к. они наиболее полно исследованы.
Вольтамперная характеристика(ВАХ)
ВАХ позволяет согласовать работу плазмотрона с источником питания и установить диапазон устойчивости работы при изменении режима работы плазматрона. Кроме этого она позволяет определять мощности дугового разряда. Для обобщения и определения формы ВАХ используют место показателей (или критериев подобия).
1) Первый получен из закона Ома
где Ug и Ig – падение напряжения и ток в начале дуги, - удельная электропроводность плазмы 1/Ом*м, d - Диаметр канала плазмотрона
2) Второй показатель (критерий) получен для напряженности электрического поля Едуги
;
3) Третий – энергетический показатель, получен из уравнения теплового баланса энергий.
23.
где G – это массовый расход газа в г/с;
- значение энтальпии газа. Этот критерий характеризует интенсивность энерговыделения в газе при протекании электрического тока.
4) Четвертый – критерий Рейнольдса, характеризующий течение газа газа в канале плазмотрона
где µ0 – динамическая вязкость
5) Пятый – критерий геометрического подобия
p – давление газа в плазмотроне
6) Шестой – критерий геометрического подобия
где lg – длина дуги или межэлектродное расстояние.
Форма ВАХ и численные значения приведенных критериев, при которых обеспечивается устойчивое горение дуги зависят от конструкции(типа) плазмотрона.
В общем случае ВАХ определяется выражением
где А; α; β; γ; δ – являются постоянными для заданной конструкции плазмотрона(их численные значения можно найти в справочной и спец. литературе).
Например, для однодугового плазмотрона:
А=1290; α= -0,65; β=-0,2; γ=0; δ=0,25
; ;
Напряженность Е
Она характеризует энерговыделение по дуге(где Е выше – выше и энерговыделение). Обычно напряженность имеет максимальное значение вблизи анода(электрод-сопло) и уменьшается в 1.5 – 2.5 раза до определенного предела на расстоянии ~0.5·lg от анода. Далее Е не изменяется.
Напряженность зависит от различных факторов: сила тока, диаметр дугового канала, вида газа, длина дуги, форма электродов и др.
Приэлектродное падение потенциала.
Имеет значение для определении условий работы электродов, их стойкости, ресурса для определения к.п.д. Как прианодное так и прикатодное падение зависит от многих факторов: величина тока, давление материала электродов, его формой, охлаждением, вида газа и способом подачи и т.д. Численные значения можно найти для некоторых случаев в справочной и специальной литературе.
Тепловые характеристики
– потери тепла в канале разряда и на электродах;
– температура в плазме;
– мощность плазменной струи;
– термический к.п.д. ПТ.
Сведения в литературе, рассмотрим только
Термический к.п.д.
Это отношение мощности плазменной струи к полной мощности подводимой к ПТ.
Можно оценить