Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
В тех случаях, когда требуется получение больших энергий, интерес представляет плазма молекулярных газов, так как она обладает высоким теплосодержанием.
Диаметр индукционного разряда изменяется в зависимости от рода газа, диаметра разрядной камеры и мощности. Влияние расхода газа на диаметр незначительно. При прочих равных условиях наибольшим диаметр разряда в молекулярных газах наблюдается в воздушном илаамс, а наименьший — в азотной.
Наряду е темпера турой, другим важным фактором, характеризующим им,lyiui.iiumiHi'i разряд, является его энергетика. Уравнение энергетическою Оалапса индукционного разряда можно записать следующим образом:
/'„л *=* Яр + Рст + Якзл» (О
где Рпл— мощность, переданная в плазму; Pv — мощность, уно-
симая газовым потоком; Per — мощность, теряемая па стенках разрядной камеры; Ркал — мощность излучения разряда.
В случаях, если продувка газа через плазматрон отсутствует, то Рт — 0 и уравнение (1) имеет вид
Р пл 8=5 Р ст Р из л* (2)
Говоря о продувке газа через плазматрон, мы имеем в виду принудительную продувку, которая осуществляется путем подведения к плазматрону газа извне с некоторым избыточным давлением. В то же время в плазматроне без продувки также существует циркуляция газа, обязанная тому, что плазматрон представляет собой электромагнитный насос, который прокачивает
гит через себя. Составляющую энергетического баланса, связанную е циркуляцией газа в плазматроне без принудительной продувки, мы не рассматриваем.
I \ч(ч мотрпм отдельные составляющие уравнения баланса. Условимся считать мощность, уносимую газовым потоком, полезной мощное и.и) илазматроиа, Это условие в достаточной степени инлястея справедливым, так как многие процессы, связанные с naiponoM, очень часто реализуются именно в газовом потоке, на выходе на нлачматропа. Тогда тепловой коэффициент полезного действия илазматроиа будет
'Пт Pvl РПЛ* (3)
Характерные зависимости Рг = f(^iui) для илазматроиа с тангенциальной подачей воздуха показаны на рис. 9. Мощность
10
газового потока Рг зависит от конструкции плазматрона и от расхода газа. Для плазматрона с заданным диаметром разрядной камеры ?)к существует определенный минимальный расход газа Qmim при котором обеспечивается достаточная мощность в газовом потоке. При расходах газа Q < Qmi;, эксплуатировать плазматрои невыгодно.
Например, на рис. 9 видно, что плазматрон с разрядной камерой диаметром DK — 95 мм обеспечивает передачу мощности в газовый поток в 1,5 раза меньшую, чем аналогичный плазматрон с камерой диаметром DK — 80 мм, при одинаковых мощности в плазме и расходе газа. Из этого же рисунка видно, что по мере увеличения расхода газа растет мощность газового потока, причем вначале, при малых расходах газа, эта зависимость очень сильная, по мере увеличении расхода газа она становится более слабой и, наконец, при больших расходах газа мощность газового потока практически перестает зависеть от расхода газа.
Если рассмотреть, как влияют перечисленные факторы на мощность, теряемую на стенках разрядной камеры, то мы обнаружим здесь обратные зависимости. При малых расходах газа потери мощности на стенках больше, с увеличением расхода газа потери мощности на стенках снижаются. При очень больших расходах потери мощности на стенках практически перестают зависеть от расхода газа. Физическая картина здесь вполне понятна. Возьмем, например, крайний случай Q = О (продувка газа через плаз-матрон отсутствует), тогда вся мощность, запасенная в плазме, будет тратиться на излучение и потери на стенках, что соответствует выражению (2). С увеличением расхода газа будет происходить перераспределение мощности, переданной в плазму по составляющим Рг и Рсг.
На рис. 10 показан примерный вид зависимости теплового к. п. д. плазматрона от расхода газа. Хорошая конструкция
11
Vr 0,75
0,50 0,25
О 10 20 J 0 40 50 Qj/muh
Рис. 10. Тепловой коэффициент полезного действия индукционного плазматрона в зависимости от расхода газа (мощность в плазме 46 кВт):
1-?к = 8.10-2м; 2 —Dk=9,5*10~2m
h0
дО
20
10
0
/4
1~2-
/ '4,
У
10. 20 30 40 РплНВТ
Рис. 9. Мощность газового потока в зависимости от полной мощности в плазме воздуха:
/ — расход 60 л/мин, DK « 8-10“2 м; 2—расход 20 л/мин, DK =* 8* 10 2м; 3 — расход 60 л/мнн, DK « 9,5* 10 2м
плазматрона при правильной его эксплуатации может обеспечить тепловой к. п. д. 90—95%.
Мощность излучения зависит главным образом от рода газа, его температуры и давления. Доля мощности излучения в энергетическом балансе плазматрона достигает значительной величины, так как газ имеет весьма высокую температуру. Исследованиями было установлено, что мощность излучения при атмосферном давлении в среднем составляет для воздуха 10%, для аргона 5—7% и для ксенона 40% от мощности в плазме. С повышением давления мощность излучения возрастает.
2. ПРМБШ1ШЕ1Ш!Ь1Й ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ СГ/ЗСТЕ6!®Ы.ИНДУКТОР»ШМЗМА
Как указывалось, физические основы нагрева газа в индукционном разряде во многом схожи с нидукциониым нагревом металла. Эго обстоятельство дает возможность попытаться распространить теорию ин-
