Cтраница 4
В последние годы закрутку потока стали широко использовать для интенсификации процесса горения. При создании эффективных фронтовых устройств камер сгорания в воздушно-реактивных двигателях, для стабилизации фронта пламени в различных камерах сгорания, при создании эффективных горелочных устройств, плазмотронов с вихревой стабилизацией все большее применение находят потоки с различной интенсивностью закрутки. Это обусловливает актуальность работ, направленных на понимание и описание термогазодинамики закрученных течений как при окислительно-восстановительных экзотермических химических реакциях, так и в их отсутствие. Необходимо вооружить практику методиками экономного расчета и проектирования технических устройств с закруткой потока, а сами устройства сделать более эффективными и экологически чистыми. [46]
Напряжение на дуге зависит от полярности. При обратной полярности ( когда выходным электродом служит катод) дуга длиннее и шунтирование ее происходит ближе к выходу, что объясняет повышение напряжения от 50 % для плазмотронов с вихревой стабилизацией до 10 - 20 % для коаксиальных плазмотронов с радиальным расположением электрода. [47]
По количеству используемых рабочих газов различают однога-зовые и многогазовые системы стабилизации столба дуги. В них могут быть использованы газовые смеси или раздельно подаваемые газы. Вихревая стабилизация используется также в одноразовых плазмотронах, например для воздушно-плазменно-дуговой резки. Применение газов или их смесей с более высоким содержанием кислорода требует применения плазмотронов с раздельной подачей газов. [48]
По способу стабилизации дуги плазмотроны могут быть с вихревой, осевой и комбинированной системами стабилизации. Осевая стабилизация применяется при использовании катодов в виде заостренного стержня диаметром 2 - 6 мм, длиной до 150 мм; их изготовляют из вольфрама, легированного окислами лантана и иттрия. При вихревой стабилизации осуществляются более интенсивное обжатие дуги и более четкая ее фиксация по оси плазмотрона. [49]
Напряженность электрического поля в дуге не всегда остается постоянной по длине дуги вдали от входного электрода. При возникновении турбулентного течения газа или при появлении нестабильностей горения электрической дуги наблюдается немонотонный характер изменения напряженности электрического поля и увеличение ее по мере движения газа к выходному электроду. При вихревой стабилизации дуги в канале могут быть аналогичные зависимости. [50]
Схемы СВЧ плазмотронов с предполагаемыми картинами течений при прямо-точно-вихревой и возвратно-вихревой стабилизации плазмы показаны на рис. 7.30, а на рис. 7.31 показана зависимость мощности плазменного СВЧ излучения Wp, поглощаемого разрядом, и тепловой мощности Wt, выделяющейся в контуре охлаждения плазмотрона. Результаты опытов приведены в виде зависимости доли тепловых потерь WJWV от удельного вклада энергии в разряд J WIG, где G - расход плазмообразующего газа - азота. Результаты численного моделирования показаны на рис. 7.32 а - для традиционной прямоточно вихревой стабилизации и на рис. 7.32 5 - для случая с возвратно-вихревой стабилизацией. В первом случае рабочее тело - плазмообразующий газ - азот в виде закрученного потока подается в разрядную камеру, а во втором случае он подается в дополнительную вихревую камеру со скоростями 100 м / с ( С 1 г / с) и 225 м / с ( G 1 5 г / с), соответственно. По мнению автора работы [64] возвратный вихрь сжимает зону нагрева, предохраняя стенки камеры плазмотрона от перегрева. Основная часть газа проходит через разрядную зону, а размер зоны рециркуляции незначителен. В традиционной схеме ( см. рис. 7.32 а) входящий газ смешивается с циркулирующим потоком плазмы и основная часть газа проходит мимо разряда вдоль стенок кварцевой трубки. Судя по приведенным модельным расчетам, схема с возвратно-вихревой стабилизацией позволяет снизить максимально достижимую температуру нагрева корпусных элементов примерно в 2 5 раза. Наиболее нагретая часть область диафрагмы, непосредственно примыкающая к отверстию имеет температуру 1400 К. Таким образом, использование возвратно-вихревой стабилизации плазмы позволяет изготовить СВЧ плазмотрон неохлаждаемым из кварцевого стекла. [51]
Хотя магнитная стабилизация и весьма перспективна, при выращивании кристаллов она еще редко применяется. Стабилизация плазмы при выращивании кристаллов осуществляется главным образом за счет регулирования скорости и направления газового потока между Электродами. Если потоку придать круговое движение так, чтобы в центре вонзикала область низкого давления, иными словами, образовался вихрь, то плазма должна быть устойчивой в этой области. Вихревая стабилизация особенно удобна в индукционных плазмах. В горелках же постоянного тока чаще всего применяется стабилизация газовым чехлом. В такой горелке электрическую дугу зажигают между вольфрамовым катодом и полым, охлаждаемым водой анодом. Дуговой разряд не выходит за пределы камеры, а газовый чехол, протяженность которого значительно превышает диаметр камеры, препятствует ее контакту со стенками. Плазмы в горелках такой конструкции могут действовать в атмосфере Н2, N2, Аг, Не и О2, но, как показал опыт, в окислительной обстановке довольно трудно поддерживать дугу длительное время. Следует признать, что до сих пор имеется мало сведений относительно получения кристаллов высокого качества с помощью плазменных горелок постоянного тока в тех случаях, когда их нельзя было бы вырастить с большей легкостью другими методами. Тем не менее в принципе горелки постоянного тока, по-видимому, весьма перспективны. [52]