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 U_g и I_g – 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 Е_дуги

;

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 l_g – 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·l_g 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