Введение к работе
Актуальность геми. Дальнейшее развитие плазменной обработки .материалов требует ясного понимания лвлеггш), лежзщн: а ее' основе, та:: как лишь такое понимание позволит'находить эффективные методи управления процессом, бистро создавать новые технологии и аппаратуру, обеслечивзвцуп зысокиЯ ресурс и стабильность ее работы. Наличке множества осложнила факторов (высокие температуры и скорости течения, их высокие градиенты, турбуляции потека, присутствие электрического разряда, возможность неравновесных химических реакция, реэк-ля про-странствзнная неоднородность параметров плазмы, а такяе присутствие дксперсиоЯ фазы при обработке, материалов) делает натурное моделнро-.ванне плазменных процессов практически.невозможным.
'3 огом случае методы математического моделирования становится
единственными, которые позволяет выделить основные закономерности ;:
важнейиие параметры; процесса обработки'материалов, что. сокращает
время и создает необходимые условия.для выбора оптимального рем-;:::!', и
параметров у-ста.човки, дает возможность оптимизировать процессы а отих
технологиях.- '.-'
Требование'.к определен!» оптимального.-реяима. процесса обработки материалов, обеспечивающего максимальну».производительность и высокое качество, получаемого продукта при наименьшей затрате электроэнергии выдвигает- необходимость определения локальных параметров как для плазиенней^струи, так и для группа частиц обрабатываемого материала.
Несмотря на многочисленные исследования в этом направлении в на- ' стоящее время в цело/г отсутствует-методика расчета взаимодействия . между плазмой и обрабатываемой группой частиц, особенно при наличии в плазме фазы твердых частиц и испаривпегося пара.
. Цель данной работы эаклвчаегся в создании математической лоде--ли, адскватьо списывгшцей взаимодействие пстокз твердых частиц о 'плазмой, необходимой для определения основных параметров плазмежсЛ струи .ч частиц при плавлении и напилений мелких диспергчцх ^орошеев с последующей оценкой качества лолу.ч&шкх продуктов.
Для достижения поставленной цели необходима было р-.гкть едотуз-
.1
щие научные задач»: -
- - расчет беэградиснтного и градиентного нагревания твердих ча
стиц в плазме; , .
расчет скорости плавления одиночной частицы в плазме;
исследование испарения сднночноіі частицы в потоке плазмы;
разработка методики расчета нагрева частиц з плазменной струе;
разработка методики расчета параметров плазменной, дуги с учетов интенсивного испарения частиц;
определение основних сил, действуюцих на частицу и играющих основну» роль в формировании ее движения в плазме; '_
расчет движения и нагревания одиночной частицу, группы частиц н бояьаого потока твердих частиц в плазменной дуге;
-решение электромагнитной зздйчи для дугових и ВЧИ - плазмо—
тропо?; ч ' .
разработка методики расчетного исследования влияния потока твердих частиц на параметри плазменной дуги;
расчет параметров плазменной тдуги незагруженной и загрукенной больаии количеством твердых часїиц.. , , . *
'" Научная новизна работы, заключается в следующем:
решена задача нагревания больцого количества частиц в плазме совместно с задачей расчета параметров плазменной дуги';'
решена задача испарения отдельной частицы и группы частиц в плазме; . "'.'' ..'''
поставлена задача расчета параметров" плазменной дуги с учетом-интенсивного испарения частиц;- .- ''"'','
разработана методика расчетного исследования влияния группы ! твердих частиц на параметры плазменной дуги;. . , ' . .. і
рассчитаны параметры плазменной дуги,; загруженной .большим ко-' личеством твердых сыпучих материалов:.распределения температур.и . і скоростей дуги по длине и радиусу, ее удельной выделяемой модности, |' плотности тока дута, распределение градиента.статического давления $ дуге и т.д.; .'"_ ' |
рассчитаны параметры одиночной частицы и группы твердых час- | тій, по дліяіе и радиусу дуги, изменения коэМициента лобового сопр- \ гизлснич, коэффициента теплопередачи, теплового потока, идущего к частице от плазмы по коордіпіатам дуги и т.д.
Практкчес.<й^_цемоеть_аботи:
- разработана инженерная, методша расчета алекгрической дуги,
загруженной бол и им количеством твердых частиц;
определенн условия стабильного и эффективного проплавлення частиц на основе полученных расчетов по разработанной математической иодели, которые позволяют улучаить качество обрабатываемых материалов;
осуществлен выбор параметров плазменной установки и режима обработки материалов исходя из анализа полученних расчетних данных, который позволяет повысить производительность процесса при одновременном 'ешкении расхода удельной электроэнергии.
Полученные теоретические расчеты испольэозаны при разработке электрической плазменной дуги большой мощности (Х*= ЧССО А, ~У -170 В) в'Государственном институте цветной металлургии. ''.' На защиту выносятся следующие положения:
I. Методика расчетов нагревания, плавления и испарения одкпо^-ноЯ частица и потока твердых .частиц в низкотемпературной плазме.
'' 2. Математическая модель.потока іілазми без частиц и электрической- плазменной дуги, загруженной больаин количеством твердих частиц, которая позволяет исследовать взаимодействие каяду пизэмоЯ і: части- . цами и получить осноЕкае электротехнические.и газодкнамичеокне параметры, как для" пдазкк, так и для частиц.'
-." 3. Теоретические расчетные .результаты исследования водородной
плазменной дуги в двух режимах: ..--',"
. - без загрузки.частиц;,';.
'-при различной "степени'загрузки частиц.-
Ч..Практические рекомендации для" выбора оптимальних параметров
при'проектировании дуговой плазменной установки для-обработки порош-
ковогэ сырья.... ..,'".. ';..
Апробация работы; Материалы работы докладывались на'научно-тех
нических семинарах кафедра электротехники ^электроэнергетики и от
раслевой лаборатории электротехнологичеоккх установок Сяшст-Петср-
бургского-, го с/дарственного технического упизерсстета - І5Ш - IZOZ г;
Научно^техничеспіх семинарах лаборатория плазменных процессов и тех
нологии Государственного института цветной металлургии - TS90 - -
,1992. гг. ..-, :'..." ...
'Публикации: По. материалам диссертации опубликована одна статья. ^ІШІЕІІВ.ШІ^.'ЕЯ'' Диссертация состоит из. 'зводеппл, чст::ре:; глав,', зшапчения,. епггек'а использование^ литературы и *рех пр-*ліч:сг~ ний. Содержание работы изложено на 22 5" смай,текста, гра'Ги"юки2
натсриап представлен на 2*У рисунках, список литературы содержит 67
напмснові.-чид работ. .