Международная конференция «Математические и информационные технологии, MIT-2016»

28 августа – 5 сентября 2016 г.

Врнячка Баня, Сербия - Будва, Черногория

Жайнаков А.  

О выборе расчетной области при критических режимах течения электродуговой плазмы.

О выборе расчетной области при критических режимах течения электродуговой плазмы. А. Жайнаков, Дж.О. Усенканов* Кыргызский государственный технический университет имени И. Раззакова, Институт горного дела и горных технологий имени акад. У. Асаналиева. *e-mail address: juma_21@mail.ru Математическое моделирование физических процессов в потоках плазмы электродуговых устройств проводится но основе системы магнитогидродинамических (МГД) уравнений, которые включают в себя уравнения Навье-Стокса, Максвелла, энергии. Система дополнена уравнением состояния, коэффициентами переноса среды и соответствующими граничными условиями. Выбор расчетной области обычно определяется геометрией технического устройства, размерами разряда или из других подобных соображений. На границах расчетной области, исходя из разумных физических допущений, обосновываются и определяются граничные условия. При проведении расчетов границы области расчета и поставленные на них граничные условия могут уточнятся и корректироваться. В результате проведенных исследований было установлено, что существуют режимы течений потоков электродуговой плазмы, для которых границы расчетной области необходимо уточнять при незначительных изменениях таких внешних параметров электрической дуги как электрический ток или расход газа. В качестве примера рассмотрены потоки электродуговой плазмы генерируемой сварочным плазма-троном в среде углекислого газа или аргона. В качестве анода выбрана полубесконечная пластина, на которую натекает вытекающий из канала сопла плазматрона поток электродуговой плазмы и растекается далее в радиальном направлении. Первое. При течении потока плазмы близкого к турбулентному режиму (назовем их критическими), постановку граничных условий для радиальных распределений скорости и температуры у среза канала плазматрона приходится проводить с учетом геометрии и размеров, а также устройства канала плазма-трона. Иначе, в зависимости от граничных условий можно получать самые разнообразные течения. Фактически это означает необходимость включение в расчетную область всего соплового узла, который включает в себя канал сопла плазматрона и охлаждаемый катод. Выбор границ и условий на них в этой области представляет собой отдельную задачу. Для первоначальной задачи, при малых расходах плазмообразующего газа и широкого диапазона силы электрического тока, радиальные распределение скорости и температуру у среза канала сопла достаточно корректно ставятся из совместного решения уравнений движения Хагена-Пуазейля и Эленбааса-Геллера. Второе. Постановка граничных условий для температуры у поверхности анода часто определяется из анализа экспериментальных данных. Скорость на плоской стенке равна нулю. При критических режимах течения определяющее влияние в этой области приобретают радиальные размеры анода и радиальные размеры анодного пятна. В результате возникает необходимость: конкретизации геометрии и размеров анода; включения в расчет анодного узла, с учетом процессов в прианодной области и в самом аноде. В результате исследований потоков электродуговой плазмы генертруемой сварочным плазматроном установлено, для получения реальных результатов в область расчета необходимо включать не только область горения электрической дуги, но и сопряженные с ней области, которые включают в себя катодный узел и сопло плазматрона, анодный узел. При решении такой сопряженной задачи с выбором границ расчетной области и постановкой на них граничных условий проблем практически не возникает. References 1 Jainakov A., Usenkanov J. О., Jumaliev Т.R., Kydyraliev S.К. (Plasma jets in the development of new materials technology. Proc. of the Inter. Workshop, Frunze, 1990.) Study of electric arc plasma flow in transition region from laminar to turbulent current. // 2 Усенканов Дж.О., Джумалиев Т.Р., Асаналиев М.К. Режимы течения потоков плазмы в сжатой дуге // Генераторы низкотемпературной плазмы. Тез. доклад. Т.2 Новосибирск, 1989. 3 Жайнаков А., Усенканов Дж.О. Потоки плазмы, генерируемые сварочной дугой. Илим, Бишкек, 2000. – 114 с.


К списку докладов

© 1996-2019, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск