Исследование тепловых и электрических характеристик плазмотрона с самоустанавливающейся длиной дуги тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

4849936

На правах рукописи

МЕРКУЛОВ ВАЛЕРИИ ВИКТОРОВИЧ /С

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

1 б июн 2011

Москва 2011

4849936

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 212.157.04 к.ф.-м.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена экспериментальному исследованию тепловых и электрических характеристик плазмотрона постоянного тока с самоустанавливающейся длиной душ 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 Объединённого института высоких температур Российской Академии Наук, под руководством д.ф.-м.н., проф. Синкевича О.А. и при всесторонней поддержке д.т.н. З.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

3

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

4

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 срсднсмассовым 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 душ 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

5

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 б среднем меньше б 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, 2011 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.

7

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

Структура и объём 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, 4 - соплодержатель, 5 - изолятор. Диаметр цилиндрического канала был равен 8 мм. Угол между образующей и осью расширяющегося канала составлял 6°, диаметр минимального сечения был равен 4 мм.

о го 40 а) во so wo т,мл о го 40 во б)so wo т.мл

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).

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. 26). 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 тешшиых и элекгричеишх 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

электрической дуги можно было найти по формуле: L = - xi.

Здесь Г,— время работы /-ой секции, х— координата центра г-ой секции, Г -общее время эксперимента. Время работы /-ой секции определялось как Г, = Ni -Дг, где Nj - количество моментов времени, в течение которых дуга была привязана к /-ой секции, Дт- шаг по времени.

Получив зависимость х = x(t), отследив время работы и-ой секции и в случае выполнения условий, что дуга «пришла» с (и-1)-ой секции, а «ушла» на (п+ 1)-ую секцию, среднюю осевую составляющую скорости движения анодного пятна по «-ой секции можно было найти как: Vn = И (zj - т,-).

Здесь / - длина секции, т,- - момент времени, когда дуга «уходит» с секции, ту - момент времени, когда дуга «приходит» на секцию.

Диаметры анодных пятен находились при переходе дуги с секции на секцию (рис. 3) по формуле: d = V • А т„ - h. Здесь d - диаметр анодного пятна дуги, h - толщина межсекционной вставки,

- средняя скорость движения анодного пятна между и-ой и (и+1)-ой секциями, Дт„ - время перехода дуги с и-ой на (и+1)-ую секцию.

Плотность тока в анодном пятне можно наити из отношения номинального значения силы тока для данного режима к площади анодного пятна: j = 4-I„cm / (jt-cf).

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

En=[ukai1 ^{т^!I. Здесь - падение напряжения на дуге в

момент ее «прихода» на и-ую секцию; U>Jjj) - падение напряжения на дуге, в момент ее «ухода» с п-ой секции; / - длина секции. Полагалось, что при

т„ Ж-1

N \ Ui

i и щ п+1 ^

« h 1

Рис. 3. Схема перехода анодного

пятна дуги с секции на секцию.

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

задавалась величина Q = ^E-Inomj/G . Здесь Е - среднее значение

напряженности электрического поля дуги, рассчитанное по полученным ранее распределениям напряженности по длине канала для различных рабочих параметров эксперимента, /„„„ 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

dw !х~

RT[

1-

R

-1

dx dx F CpT

. c,

dt£_ ' dx''

1

RT

R

F dx

RT

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 = (2+4) 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 электрической дуги в канале плазмотрона обусловлено ее 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.

j Скорость эясдмого пятна G * ' г/с. !гат = 125 А^ q -«-Скорость газового потока: <S * 1 г/с. = 125 A j й. Скорость анодного пятна: G ® 2 г/с, - 200 A j О -«-Скорость газового потов G = 2 г/с, > * 200 А

Калибры

Рис. 6. Сопоставление скоростей движения анодных пятен электрической дуги со скоростями газового потока j

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].

150 200

Сила тока, А

Рис. 8. Зависимость напряженности электрического поля в столбе дуги в азоте от тока для разных диаметров каналаd: 1-2 мм; 2-3 мм; 3-4 мм; 46-5 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.

Номер секани

Номер секции б)

Рис. 9.Тепловые потоки в секции цилиндрического анода в зависимости от расхода азота: a) Inom = 150 А; б) Imm = 300 А.

—в—с ' 2 г/с

—♦—с ■= 3 г/с

-Лг-с ш 4 г/с

—▼—с » 4.5 г/с

--4—G = 5 г/с

( 5 6 7 8 Ч 10 Номер секции б)

-1-1-1-1-1-1-i-1-1-г—

0 I : 3 4 i 6 7 S 9 10

Номер секции а)

Рис. 10. Тепловые потоки в секции конического анода в зависимости от расхода азота: a) Imm = 80 А; б) lmm - 300 А.

На рис. 11 представлено сопоставление безразмерных локальных

тепловых потоков в анодные секции Qt и времен привязки дуги к

соответствующим секциям 7].

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

, —\0.8

I Vj/V) (Vj и V - скорость движения анодного пятна по г'-ои секции и 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

Рис. 11. Безразмерные тепловые потоки в анодные секции и времена привязки дуги: а) цилиндрический анод, G = 1 г/с, 1пот = 125 А; б) конический анод, G = 5 г/с, 1„от - 200 А.

Тепловой поток через анодное пятно был оценен исходя из следующих соображений. Если за все время эксперимента Т в г-ую секцию пришел тепловой поток Qh то количества тепла Q', отведенное данной секцией, будет равно: Ql = Т ■ Q,. В то же время суммарное тепловыделение через анодное пятно за общее время Г„ пока анодное пятно было на г'-ой секции, можно найти по аналогичной формуле: Q* = Г; • Q", где Q" - тепловой поток через анодное пятно. Таким образом, тепловой поток в анодном пятне можно найти из соотношения:^" = Q, • T/Tt. Плотности тепловых потоков можно найти из отношений Q? 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

1. Проведена серия экспериментальных исследований тепловых и 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.

2. Разработана методика и, созданы компьютерные программы обработки 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.

3. Проведены расчеты параметров газового потока по предложенной 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.

4. Полученные результаты измерения локальных тепловых потоков в 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.

и о к

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Синкевич О.А., Глазков В.В., Меркулов В.В. Динамика электрической дуги в плазмотроне с цилиндрическим секционированным каналом выходного электрода // Вестник МЭИ. -2011.-№2.-С. 28-33.

2. Merkulov V.V., Sinkevich О.А., 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

AUctfn^b D 1ОП

J X • i^V.

3. Синкевич O.A., Меркулов B.B. Экспериментальное исследование 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 О.А., 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.

5. Меркулов B.B., Глазков B.B. Численное моделирование течения газа, 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 B.JI. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 264 с.

Подписано в печать OS- //г

Печ.л. Тираж 100 Заказ №

Полиграфический центр, Красноказарменная, 13.

20

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ.

1.1. Использование плазмотронов в современных технологиях.

1.2. Классификация электродуговых плазмотронов.

1.3. Плазмотроны линейной схемы.

1.3.1. Средняя длина электрической дуги.

1.3.2. Вольт-амперные характеристики плазмотронов линейной схемы.

1.4. Плазмотрон линейной схемы с расширяющимся каналом выходного электрода.:.

1.5. Особенности горения электрической дуги с самоустанавливающейся длиной в плазмотронах.

1.6. Основные параметры электрической дуги с самоустанавливающейся длиной.

1.7. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С

САМОУСТАНАВЛИВАЮЩЕЙСЯ ДЛИНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ.

2.1. Экспериментальная установка и методика измерений.

2.1.1. Генератор плазмы.

2.1.2. Схема измерения электрических параметров.

2.1.3. Схема измерение тепловых параметров.

2.1.4. Измерение динамических параметров.

2.2. Автоматизированная система сбора и первичной обработки экспериментальных данных.

2.3. Погрешности измерений.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

3.1. Методика обработка экспериментальных данных.

3.1.1. Последовательность работы секций и характерные режимы горения электрической дуги в канале плазмотрона.

3.1.2. Средняя длина электрической дуги.

3.1.3. Скорость движения анодного пятна.

3.1.4. Оценка размеров анодного пятна электрической дуги.

3.1.5. Плотность электрического тока и тепловыделение в анодном пятне

3.1.6. Сопоставление тепловых потоков в анодные секции и соответствующих времен пребывания дуги.

3.1.7. Локальные значения напряженности электрического поля дуги.

3.2. Одномерная модель течения газа в канале плазмотрона.

3.2.1. Тестирование модели.

3.3. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАЗМОТРОНА С САМОУСТАНАВЛИВАЮЩЕЙСЯ ДЛИНОЙ ДУГИ

4.1. Особенности режимов горения электрической дуги в канале плазмотрона.

4.2. Средняя длина электрической дуги.

4.3. Скорость движения анодного пятна.

4.4. Оценка размеров анодного пятна электрической дуги.

4.5. Плотность электрического тока и тепловые потоки в анодном пятне.

4.6. Напряженность электрического поля дуги.

4.7. Локальные тепловые потоки в анодные секции плазмотрона.

4.7.1. Плазмотрон с цилиндрическим секционированным анодом.

4.7.2. Плазмотрон с коническим секционированным анодом.

4.8. Тепловые потоки в анодные секции и времена пребывания электрической дуги на соответствующих секциях.

4.9. Плотности тепловых потоков в анодном пятне электрической дуги.

4.10. Выводы по главе 4.

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 эффективный КПД нагрева (до 90%), и высокий ресурс непрерывной работы (до 1000 часов), и возможность получения сверхзвуковых скоростей, и относительная простота конструкции экспериментальных установок и их автоматизации и достаточной легкостью в управлении рабочими режимами при одновременной высокой надежности и устойчивости работы, и др.

Благодаря этим качествам в некоторых отраслях техники и промышленности плазмотроны стали единственным и незаменимым средством разрешения ряда проблем, позволившим осуществить новые технологические процессы, которые принципиально невозможно было реализовать ранее известными методами.

Вместе с тем процесс разработки и оптимизации электродуговых генераторов сопряжен со значительными трудностями, которые обусловлены сложностью и малой изученностью физических явлений, протекающих в плазмотронах. Многообразие и сложность процессов, протекающих в электродуговых генераторах низкотемпературной плазмы, особенности горения электрической дуги, взаимодействие ее опорных пятен со стенками канала, с собственным и внешним магнитными полями и т.д. сдерживают теоретическое исследование плазмотронов. Этим объясняется большое внимание к эксперименту.

Актуальность проблемы

Широкое применение плазмотронов в промышленности и для различного рода научных исследований делает задачу оптимизации и разработки новых высокомощных плазмотронов чрезвычайно актуальной. Решение указанной задачи невозможно без полного понимания физических процессов, происходящих в плазмотронах.

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.

Цель работы

Целью данной 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 и анализ 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 каналов анода;

- 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 теплового потока 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, необходимо дополнительно учитывать конвективный теплообмен между электродуговой плазмой вблизи анодного пятна и стенкой канала.

Практическая ценность

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.

Положения, выносимые на защиту

• Методика обработки экспериментальных данных и расчетные формулы для некоторых параметров электрической дуги с самоустанавливающейся длиной, горящей в секционированном аноде с каналами различной геометрии;

• одномерная модель течения газа в канале плазмотрона с внутренними источниками тепловыделения;

• полученные данные о зависимостях средней длине дуги, размеров и скоростей движения анодных пятен;

Достоверность полученных результатов

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.

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;

- результаты экспериментальных исследований тепловых и электрических характеристик обобщены и проанализированы.

Апробация работы

Результаты диссертационной 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, 2011 г.

- Семинар им. Л.С. Полака, Москва 2011 г.

- The XXVI International Conference on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter, Elbrus, 2011.

- XXVII Международная Научно-Техническая Конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2425 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 Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter, Elbrus, 2009.

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

Публикации

Материалы диссертационной работы изложены в 6 публикациях, из них

5 - доклады на конференциях, 1 - в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов и имеет объем 124 стр., включая 67 рисунков и 1 таблицу. Библиография содержит 108 наименований.

4.10. Выводы по главе 4

1. Для плазмотрона постоянного тока с секционированным каналом выходного электрода получены следующие данные в зависимости от режимных параметров и геометрии канала анода: 1) средняя длина дуги; 2) скорости движения анодного пятна дуги; 3) размеры анодного пятна; 4) плотности электрического тока; 5) плотности теплового потока в пятне; 6) распределения напряженности электрического поля дуги по длине канала.

2. Результаты расчета скоростей движения анодного пятна были сопоставлены со скоростями движения газового потока при тех же режимных параметрах, рассчитанными по предложенной ранее модели. Установлено, что скорости движения анодного пятна близки к среднемассовым скоростям движения газового потока в канале плазмотрона. Это позволяет утверждать, что главным механизмом сноса дуги вдоль канала плазмотрона является ее газодинамическое взаимодействие с потоком плазмообразующего газа.

3. Получены и обобщены экспериментальные данные по локальным тепловым потокам в анодные секции плазмотрона, в зависимости от геометрии канала анода и режимных параметров.

4. Полученные результаты измерения локальных тепловых потоков сопоставлены со временем пребывания на соответствующих секциях анодного пятна электрической дуги. Сделан вывод, что тепловые потери в стенку анода в значительной степени определяются временем пребывания пятна. Причем для анода с расширяющимся каналом из-за больших скоростей движения анодного пятна и газового потока на первых секциях заметный вклад в тепловые потери в стенку канала вносит конвективный теплообмен между электродуговой плазмой вблизи анодного пятна и холодной стенкой канала выходного электрода.

110 / »

Заключение

1. На экспериментальной установке отдела плазменных процессов Института новых энергетических проблем, входящего в состав Объединенного института высоких температур Российской Академии Наук, после модернизации проведена серия экспериментов, целью которых являлось исследование работы плазмотрона постоянного тока с самоустанавливающейся длиной электрической дуги с различной геометрией секционированного канала выходного электрода. В ходе экспериментов были получены массивы соответствующих экспериментальных данных по локальным тепловым потокам в анодные секции и сопло плазмотрона с различной геометрией выходного электрода. Получены массивы значения силы тока через каждую секцию анода и падений напряжений на дуге в каждый момент времени, которые использовались для последующей обработки.

2. Разработана методика, созданы соответствующие компьютерные программы обработки полученных массивов экспериментальных данных, позволяющие 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; 2) 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.

3. Разработана одномерная модель течения газового потока в канале плазмотрона с внутренними источниками тепловыделения, позволяющая рассчитывать параметры газового потока для заданных режимных параметров, проведены соответствующие расчеты.

4. В результате обработки экспериментальных данных по предложенной методике получены данные о средней длине дуги, скорости движения и размерах анодного пятна дуги, по плотности электрического тока и теплового потока в пятне, распределении напряженности электрического поля дуги по длине канала в зависимости от режимных параметров и геометрии канала. Перечисленные параметры дуги для плазмотрона с расширяющимся каналом выходного электрода были получены впервые.

Анализ полученных данных показал, 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

5. Полученные значения скоростей движения анодного пятна сопоставлены с рассчитанными скоростями движения плазмообразующего газа для тех же рабочих параметров. Установлено, что скорость движения анодного пятна дуги близка к скорости движения газового потока. Сделан вывод, что снос электрической дуги вдоль канала в значительной степени обусловлен ее газодинамическим взаимодействием с газовым потоком.

6. Получены и обобщены экспериментальные данные по локальным тепловым потокам в анодные секции плазмотрона в зависимости от геометрии канала анода, рода плазмообразующего газа и рабочих параметров эксперимента.

7. Полученные результаты измерения локальных тепловых потоков сопоставлены со временем пребывания анодного пятна электрической дуги. Сделан вывод, что локальные тепловые потери в анодные секции в значительной степени определяются временем пребывания анодного пятна электрической дуги на

112 соответствующих секциях. В случае использования плазмотрона с расширяющимся каналом выходного электрода заметный вклад в тепловые потери вносит конвективный теплообмен между электродуговой плазмой вблизи анодного пятна и стенкой канала анода.

Автор выражает глубокую благодарность Исакаеву Э.Х. за предоставление возможности проведения экспериментальных исследований на установках, созданных в отделе плазменных процессов Института новых энергетических проблем, входящего в состав Объединённого института высоких температур Российской Академии Наук, и за внимание к работе.

Автор также выражает благодарность Очканю A.JI. за помощь в проведении экспериментов.

Кроме того, автор благодарен Чикунову С.Е. и Герасимову Д.Н. за ценные замечания по работе, бесценные методические и практические советы по написанию диссертации и моральную поддержку.

И, как сказали бы англичане «at last, but not at least»: автор выражает глубочайшую благодарность Глазкову В.В. за всестороннюю помощь на всех этапах написания данной диссертационной работы.

1. Langmur I. // Collected works of Irwing Langmuir / Ed. C.G. Suits. — N. Y.: PergamonPress, 1961. V. 5.-P. 111-120.

2. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Низкотемпературная плазма. Основные понятия и закономерности / Гл. ред. серии Фортов В.Е. -М.: Наука, 2000. T. I. - 588 с.

3. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Изд. 2-е. М.: Наука, 1966.-686 с.

4. Полак JI.C., Овсянников A.A., Словецкий Д.И., Вурзель Ф.Б. Теоретическая и прикладная плазмохимия. М.: Наука, 1975. — 304 с.

5. Дзюба B.JL, Даутов Г.Ю., Абдуллин И.Ш. Электродуговые и высокочастотные плазмотроны в химико-металлургических процессах. -Киев: Выща школа, 1971. 170 с.

6. Энгель А. Ионизованные газы. М.: Физматгиз, 1959. - 332 с.

7. Быховский Д.Г. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 1972. - 166с.

8. Вайнерман А.Е., Шоршоров М.Х., Веселков В.Д., Новосадов B.C. Плазменная наплавка металлов. Л.: Машиностроение,!969. — 190 с.

9. Дембовский В.А. Плазменная металлургия. М.: Металлургия, 1981. — 280 с.

10. Газотермическое напыление / под общей редакцией Балдаева Л.Х. -М.: Маркет ДС, 2007. 344 с.

11. Fauchais P., Vardelle A. and Dussoubs В. Quo Vadis Thermal Spraying? // Journal of Thermal Spray Technology, 2010. Volume 10 (1). - P. 45-66.

12. Бобров Г. В. Нанесение неорганических покрытий (теория, технология, оборудование): Учеб. Пособие. М.: Интермет Инжиниринг, 2004. - 624 с.

13. Лещинский Л.К., Самотугин С.С., Пирч И.И., Комар В.И. Плазменноеповерхностное упрочнение. Киев: Техника, 1990. - 109 с.114

14. Паристый И.JI., Троицкий А.А., Исакаев Э.Х., Филиппов Г.А., Яблонский А.Э. Плазменное упрочнение колесных пар на Московской железной дороге, «Локомотив», № 3, 1999 г.

15. Антонов Б.М, Ильичев М.В., Исакаев В.Э и др. Плазменное упрочнение гребней (реборд) колесных пар трамваев // Сб. тез. докладов 1-й конф. по инновационной деятельности НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН. 11-12 апреля 2005. М., -С. 82.

16. Fulcheri P. et al. 16th Int. Symp. on Plasma Chem. Italy. - 2003. - P. 522526.

17. Шателен M. Русские электротехники второй половины XIX века. М.-Л. Госуд. Энергетическое изд-во. - 1950. - 383 с.

18. Даутов Г.Ю., Тимошевский А.Н., Урюков Б.А. и др. Генерация низкотемпературной плазмы и плазменные технологии: проблемы и перспективы. Новосибирск: Наука, 2004. - 464 с.

19. Залесский A.M. Электрическая дуга отключения. — Л.: Госэнергоиздат, 1963.-265 с.

20. Бургсдорф В.В. Открытые электрические дуги большой мощности // Электричество. 1948. -№ 10. - С. 15-23.

21. Elenbaas W. The high pressure mercury vapor discharge. — Amsterdam: North-Holland, 1951. 173 p.

22. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. -М.: Иностр. лит. 1961. -370 с.

23. Burhorn F. // Ztschr. Phys. 1959. Bd. 155, H. 1. - S. 48-52.

24. Maecker H. // Proc. Intern. Conf. on phenomena in ionized gases. Amsterdam: North-Holland, 1962. V. 2. P. 135-138.

25. Асиновский Э.И., Кириллин A.B., Низовский B.JI. Стабилизированные электрические дуги и их применение в теплофизическом эксперименте. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 264 с.

26. Жуков М.Ф., Смоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны). — М.: Наука, 1973. 232 с.

27. Коротеев A.C., Миронов В.М., Свирчук Ю.С. Плазмотроны. Конструкции, характеристики, расчет. -М.: Машиностроение, 1993. -296 с.

28. Электрическая дуга генератор низкотемпературной плазмы / Жайнаков А., Лелевкин В.М., Мечев B.C. и др.; Под. ред. Жеенбаева Ж.Ж. -Фрунзе: Илим, 1991. - 374 с.

29. Донской A.B., Клубникин B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении — Л.: Машиностроение, 1979. — 221 с.

30. Кручинин A.M., Цишевский В.П. Плазменные промышленные установки. Промышленные плазмотроны. -М.: МЭИ, 1991. 103 с.

31. Даутов Г.Ю., Дзюба В.Л., Карп И.Н. Плазмотроны со стабилизированными дугами. Киев: Наук. Думка, 1984. — 168 с.

32. Даутов Г.Ю., Жуков М.Ф., Коротеев A.C., Смоляков В.Я., Сухинин Ю.И., Ясько О.И. Особенности работы генераторов плазмы с вихревой стабилизацией дуги и обобщение результатов исследований. В кн.: Низкотемпературная плазма. -М.: Мир, 1967. С. 385-394.

33. Энгель А., Штеенбек М. Физика и техника газового разряда. Перев. с нем. М.: ОНТИ.- 1935.

34. Дресвин C.B., Донской A.B., Гольдфарб В.М., Клубникин B.C. «Физика и техника низкотемпературной плазмы». М.: Атомиздат, 1972. -352 с.

35. Абрамович Г.Н. и др. Промышленная аэродинамика // Механика в СССР за 50 лет. М.: Наука, 1970. - Т. 2. - С. 791-858.

36. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Генерация плазмы и газовые разряды / Гл. ред. серии Фортов В.Е. М.: Наука, 2000. - T. IV. - 638 с.

37. Низкотемпературная плазма. Электродуговые генераторы термической плазмы / Жуков М.Ф., Засыпкин И.М., Тимошевский А.Н. и др. -Новосибирск: Наука. Сиб. предпр. РАН, 1999. Т. 17. - 712 с.

38. Жидович А.И., Кравченко С.К., Ясько О.И. Обобщение вольтамперных характеристик электрической дуги, обдуваемой различными газами // Генераторы низкотемпературной плазмы. М.: Энергия, 1969. - С. 218-232.

39. Рутберг Ф.Г., Глебов И.А. Мощные генераторы плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 153 с.

40. Rutberg Ph.G., Safronov A.A., Goryachev V.L. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 26. - №4. - 1998. - P. 1297-1306.

41. Рутберг Ф.Г., Киселев A.A. Трехфазный плазмотрон большой мощности // ТВТ. 1974. - Том 12. - №4. - С. 827-834.

42. Рутберг Ф.Г., Сафронов А.А., Попов С.Д. и др. Многофазные электродуговые плазмотроны переменного тока для плазменных технологий // ТВТ. 2006. - Том 44. - №2. - С. 205-211.

43. Rutberg Ph.G., Safronov А.А., Popov S.D., Serba E.O., Nakonechny Gh.V. XXVIII International Conference on Phenomena in ionized Gases. 2007. - P. 1762-1765.

44. Киселев А.А., Рутберг Ф.Г. Трехфазная плазмотронная установка // Генераторы плазменных струй и сильноточные дуги. JI: Наука. Ленингр. отд-ние, 1970.-С. 31-39.

45. Rutberg Ph.G., Safronov А.А., Surov A.V., Pavlov A.V. Popov S.D. Spectral investigations of electric arc alternating current plasma generators with power to 600 kW // Journal of High Temperature Material Processes. Vol. 13. -Issue 2.-2009.-P. 195-203.

46. Башкатов B.A., Исакаев Э.Х., Крешин М.Б.и др. Электродуговой плазмотрон. А.с. №814250 СССР МКИ НО 5В 7/22. 1979.

47. Патент США №3106631, 1963.

48. Патент США № 3106633, 1963.

49. Исакаев Э.Х., Григорьянц P.P., Спектор Н.О., Тюфтяев A.C. Влияние угла раскрытия канала выходного электрода на характеристики плазмотрона // ТВТ. 1994. - Том 32. - №4. - С. 627-635.

50. Исакаев Э.Х., Тюфтяев A.C. Влияние геометрии сопла на характеристики дуги в плазмотроне при резке материалов // Сварочное производство. 1994. № 2. - С. 23.

51. Isakaev E.Kh., Korolev V.K., Sinkevich O.A. et al. Investigations of the Plasmatron with the Expansion Channel as an Electrode // Abs. of 5th European Conf. Thermal Plasma Processes. St. Pt, 1998. P. 39.

52. Белевцев A.A., Исакаев Э.Х., . Маркин A.B и др. Анализ метрологических возможностей сильноточной дуги в плазмотронах с расширяющимся каналом // ТВТ. 2000. - Т. 38. №'5. - С. 693.

53. Исакаев Э.Х. Разработка генератора низкотемпературно^ плазмы с расширяющимся каналом выходного электрода и некоторые его применения. Дисс. докт. техн. наук. М.: ОИВТ РАН, 2002. - 84 с.

54. Иванов П.П., Исакаев Э.Х., Карпухин A.B. и др. Плазматрон с расширяющимся каналом выходного электрода // 1-я конференция по инновационной деятельности НТЦ ЭПУ ОИВТ РАН. М.: ОИВТ РАН. 11-12 апреля2005.-С. 51.

55. Исакаев Э.Х., Синкевич O.A., Тюфтяев A.C., Чиннов В.Ф. Исследование генератора низкотемпературной плазмы с расширяющимсяканалом выходного электрода и некоторые его применения // ТВТ. — 2010. — Т. 48. -№1. С. 105-134.

56. Dooly М.Т., McGregor W.K., Brewer L.E. Characteristics of the Arc in a Gerdien-Type Plasma Generator. Рус. перев.: Ракетная техника и космонавтика. 1962. - Т. 32. - № 9. - С. 99.

57. Harvey J.K., Simpkins P.G., Adcock B.D. Instability of Arc Columns. Рус. перев.: Ракетная техника и космонавтика. 1963. - Т. 33. - № 3. - С. 213.

58. Смоляков В.Я. О некоторых особенностях горения дуги в плазмотроне постоянного тока // ПМТФ. 1963. - № 6. - С. 148.

59. Tateno Н., Saito К. Anodic Phenomena in Nitrogen Plasma Jet // Japan J. Appl. Phys. 1963. - V. 2. - P. 192.

60. Leylavergne M., Duan, Z., Coudert J.F. et al. Influence of Plasma Spray Operating Parameters on arc Fluctuations. Proc. Materials / Eds. Fauchais P. and Amorous J. N.Y. Begell House Inc. Wallingford U.K. - 1999. - P. 443.

61. Исакаев Э.Х., Синкевич O.A. Шунтирование тока и вызванные им изменения напряжения в канале плазмотронов с самоустанавливающейся длиной электрической дуги // ТВТ. 2003. - Т. 41. - № 3. - С. 334.

62. Жуков М.Ф., Аньшаков А.С., Засыпкин И.М. и др. Электродуговые генераторы с межэлектродными вставками. Новосибирск: Наука, 1981. -201 с.

63. Жуков М.Ф. Экспериментальное исследование плазмотронов. -Новосибирск: Наука, 1977. 385 с.

64. Brilhac J.-F., Pateyron В., Fauchais P. et al. Study of the dynamic and static behavior of dc vortex plasma torch: Pt I: Button type cathode // Plasma Chemistry and plasma processing. 1995.-Vol. 15.-№2.-P.231-255.

65. Хадлстоун P. Диагностика плазмы. M.: Мир, 1967. - 515 с.

66. Жуков М.Ф., Коротеев А.С., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1975. - 298 с.

67. Пат. России №1641179 на изобретение «Способ управленияперемещением пятна дуги на внутренней поверхности цилиндрического119электрода электродугового плазмотрона». Михайлов Б.И., Иохимович Я.Б., Балудин A.B.

68. Дюжев Г.А., Митрофанов Н.К., Школьник С.М. Экспериментальное исследование анодной области свободно горящей дуги атмосферного давления в инертных газах // ЖТФ. 1997. - Т. 67. - №1. - С. 35-49.

69. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2009. - 736 с.

70. Урюков Б.А. Теория эрозии электродов в нестационарных пятнах электрической дуги.

71. Бакшт Ф.Г., Юрьев В.Г. Приэлектродные явления в низкотемпературной плазме // ЖТФ. 1979. - Т. 49. - Вып.5. - С.905-944.

72. Lowke J.J., Morrow R., Haidar J. A simplified unified theory of arcs and their electrodes // J. Phys. DApplPhys. 1997. - Vol. 30. - P.2033-2042.

73. Benilov M.S. Nonlinear heat structures and arc-discharge electrode spots. // Physical review E. V. 48. - № 1. - 1993. - P. 506 - 515.

74. Жуков М.Ф., Козлов Н.П., Пустогаров A.B. и др. Приэлектродные процессы в дуговых разрядах. Новосибирск: Наука, 1982. 157 с.

75. Энгелыпт B.C., Асанов Д.С., Гурович В.Ц. Математическое моделирование электрической дуги. Фрунзе: Илим, 1983. — 363 с.

76. Инструкция оператору по работе с программой «Полярная звезда». -Москва, 2008.-48 с

77. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. — М.: Энергия, 1978.-704 с.

78. Зайдель А.Н. Погрешности измерения физических величин. Д.: Наука, 1985.- 112 с.

79. Тэйлор Дж. Введение в теорию ошибок. — М.: Мир, 1985. — 272 с.

80. Синкевич O.A., Глазков В.В., Меркулов В.В. Динамика электрической дуги в плазмотроне с цилиндрическим секционированным каналом выходного электрода // Вестник МЭИ. 2011. - №2. — С. 28-33.

81. Merkulov V.V., Sinkevich О.A., Glazkov V.V. Experimental research of electric arc in plasma torch with sectioned anode // XXVI International Conference onlnteraction of Intense. Elbrus, 2011. Book of Abstracts. P. 190.

82. Синкевич O.A., Меркулов B.B. Экспериментальное исследование электрической дуги в плазмотроне с секционированным анодом // ХХУП МНТК студентов и аспирантов. Москва, 2011. — Т. 3. - С. 67-68.

83. Засыпкин И.М., Попок Н.И. Оптические исследования электрической дуги в турбулентном потоке газа // Изв. Сиб. отд-ния АН СССР. — 1979. — №8. Сер. техн. наук, вып. 2. С. 50-56.

84. Синкевич О.А. Нелинейная теория винтовой неустойчивости электрической дуги во внешнем магнитном поле //ДАН СССР, 1985. Т. 280. - № 1. - С. 99.

85. Недоспасов А.В., Хаит В.Д. Колебания и неустойчивости низкотемпературной плазмы. -М.: Наука, 1979. 167 с.

86. Асиновский А.И., Афанасьев А.А, Пахомов Е.П. Исследование характеристик стабилизированной стенкой дуги высокого давления в продольном магнитном поле // ТВТ. 1976. - Т.14. - № 4. - С. 695.

87. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969. -824 с.

88. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А., Соловьев С.Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках: Учебное пособие для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2003. - 548 с.

89. Сполдинг Д. Б. Конвективный массоперенос. М.: Энергия, 1965. — 384 с

90. Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова E.H. MATLAB 7. Спб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1104 с.

91. Самарский А. А., Тихонов А. Н. Уравнения математической физики. — М.: Наука, 1977.-735 с.

92. Амосов A.A., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров: Учебное пособие. — 2-е изд., доп. — М.: Издательство МЭИ, 2003.-296 с.

93. Зубарев В.Н., Козлов А.Д., Кузнецов В.М. Справочник «Теплофизические свойства технически важных газов». — М.: Энергоатомиздат. 1989. -232 с.

94. Греков Л.И., Москвин Ю.В., Романычев B.C., Фаворский О.Н. Основные свойства некоторых газов при высоких температурах. Справочник. -М.: Машиностроение, 1964. 40 с.

95. Варгафтик Н.Б., Виноградов Ю.К. и Яргин B.C. Handbook of Physical Properties of Liquids and Gases. Begell House Inc

96. Кириллин B.A., Сычев B.B., Шейндлин A.E. Техническая термодинамика. -М.: Энергоатомиздат, 1983. — 416 с.

97. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 6. - М.: Наука, 2006. - 736 с.

98. Грановский В.JI. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971.- 544 с.

99. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. - 536 с.

100. Knopp С. Р., Libermann B.W., Bade W.L., Yos J.M. // Intern. Conf. on phenomena in ionized gases. Belgrad, — 1965.

101. Maecker H. // Ztschr. Phys. 1960. - Bd. 158. - H.4. - S. 392-404.

102. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен. М.: Издательство МЭИ, 2005.-500 с.

103. Горячев С. В., Исакаев Э. X., Мясников М. И., Чиннов В. Ф.Исследование полей температуры на поверхности вольфрамового катода сильноточной дуги с помощью высокоскоростной матрицы // Теплофизика высоких температур. — 2008. Т. 46. - №6. - С. 820.