Типи конструкцій високочастотних індукційних (ВЧІ) плазмотронів. Параметри плазми ВЧІ-плазмотронів: температура, швидкість і теплові потоки плазмових струменів. Розрахунок електричних параметрів системи індуктор-плазма, коефіцієнта корисної дії індуктора.
Аннотация к работе
Високочастотний індукційний (ВЧІ) плазмотрон - це пристрій, що дозволяє отримувати за атмосферного тиску плазму з температурою 700-11000 К. Безелектродна кільцева форма струму, відсутність електродів визначають чистоту плазми у такому плазмотроні. Для утворення у плазмотроні провідного середовища за атмосферного тиску необхідно перш за все іонізувати газ від стороннього джерела, тобто "запалити" плазмотрон. Після "запалювання" у розрядній камері ВЧІ-плазмотрона виникає самопідтримний стаціонарний безелектродний індукційний розряд за атмосферного тиску. Завдяки безелектродній кільцевій формі струмів ВЧІ-плазмотрон є одним з небагатьох джерел, що дозволяють генерувати плазму, що не є забрудненою матеріалами електродів.Усі основні типи розрядних камер високочастотних індукційних плазмотронів можна поділити на три основні типи:-з кварцовою неохолоджуваною розрядною камерою; Щодо неохолоджуваних кварцових розрядних камер, то їх можна поділити на три типи:-зі стабілізацією плазми аксіальним газовим потоком; Вихровий рух газу по внутрішній поверхні розрядної камери призводить до різкого розділення холодного важкого газу, що протікає біля стінок, та легкої гарячої плазми, що концентрується біля вісі плазмотрона. При аксіальній стабілізації для захисту труби за по її внутрішній порожнині створюють газовий струмінь, висока швидкість якого запобігає проникненню дифузійних потоків від плазми до стінки, тобто створюється ніби газова завіса між стінкою та плазмою.[1] Пориста розрядна камера відмінна тим, що в ній газ подається до камери крізь пори у стінках розрядної камери.При чому для молекулярних газів ця рівновага близька до ідеальної, щодо атомарних газів, то в такій індукційній плазмі спостерігається перевищення температурою електронів температури іонів, проте це перевищення є малим і існує лише за невеликих рівнів потужності плазмотрона. У кожному поперечному перерізі індукційного розряду (тобто у перерізі, що співпадає з площиною витків індуктора) та вздовж вісі плазмотрона існує певний розподіл температури плазми. На рисунку 2.1 показано радіальний розподіл температури індукційного розряду у перерізі плазми, що має найбільшу температуру. З рисунку можна помітити, що різниця у температурах на вісі та у місці її максимуму є меншою для молекулярних газів. Проаналізувавши рисунок 2.2 можна побачити, що при підвищенні потужності, що її підводять до плазми, область максимальних температур зміщується до стінки розрядного каналу.Як було показано вище, розрахунок характеристик ВЧІ-плазмотронів має ряд особливостей, що обумовлені як властивостями самого індукційного розряду, так і необхідністю визначення електричних параметрів системи індуктор-плазма.Глубина проникнення струму у матеріал індуктора визначається за формулою: IMG_852392d2-b664-49dc-9408-17dfbe74d8ac ,(3.1) де Глубина проникнення струму у плазму визначається за формулою: IMG_ec932702-fd6d-4188-93f6-2157630753ff ,(3.2) де Для подальших розрахунків необхідно ввести наступні постійні: - відносна координата Надалі розрахуємо активні опори індуктора та плазми:-активний опір плазми: IMG_a2b4d4e8-67fa-4bb9-995a-a4c963afc18f ,(3.6) де IMG_15cd06b5-6853-4ba9-b61c-a3d657d41663 - коефіцієнт, що залежить від відносної координати.Вираз для електричного ККД індуктора можна представити у наступному вигляді: IMG_25e1042c-9ed4-4731-868d-4cb6529b59f9 ,(3.14) де IMG_8e2c0078-2535-4798-a09a-8c82ca931ab1 - потужність, що її підводять до індуктора плазмотрона; Якщо індуктор має достатню довжину, то підставивши (3.6) та (3.7) у (3.15) отримаємо: IMG_0a989224-20c1-4343-ab86-5385d9736c2e .(3.16)Вибір частоти струму для живлення індукційного плазмотрона повинен забезпечити високий ККД. Нижня границя частоти знаходиться за формулою (3.16), яка є вірною для довгого індуктора. Якщо задатися умовою, що ККД має бути не меншим, аніж 0,95 його граничного значення, то для аргонової плазми з достатньо великою провідністю Оцінка частоти струму за виразом (3.19) забезпечить високий ККД і для плазми аргону.У даній роботі було надано коротенький огляд основних параметрів ВЧІ-плазмотронів, їх особливості та найважливіші відмінності від дугових плазмотронів. Перш за все було показано важливість проблеми вірного розрахунку робочих параметрів ВЧІ-плазмотронів, для чого цей розрахунок є необхідним. Тому було приведено короткий огляд основних конструкцій ВЧІ-плазмотронів, з їх особливостями, перевагами та недоліками. Потім були зазначені основні особливості розрахунку ВЧІ-плазмотронів та наведені формули для такого розрахунку. Таким чином у даній роботі представлено всі необхідні теоретичні дані, які можуть знадобитися за розрахунку будь-якого ВЧІ-плазмотрона, і керуючись якими можна точно і швидко визначити основні параметри необхідного ВЧІ-плазмотрона.Размещено на .ru
План
Зміст
Вступ
1. Типи конструкцій ВЧІ-плазмотронів
2. Параметри плазми ВЧІ-плазмотронів
2.1 Температура плазми
2.2 Швидкість та теплові потоки плазмових струменів
3. Особливості розрахунку ВЧІ-плазмотронів
3.1 Розрахунок електричних параметрів системи індуктор-плазма
3.2 Розрахунок електричного ККД індуктора
3.3 Вибір частоти
Висновки
Перелік літератури
Додаток А Значення розрахункових коефіцієнтів А і В
Вывод
У даній роботі було надано коротенький огляд основних параметрів ВЧІ-плазмотронів, їх особливості та найважливіші відмінності від дугових плазмотронів.
Перш за все було показано важливість проблеми вірного розрахунку робочих параметрів ВЧІ-плазмотронів, для чого цей розрахунок є необхідним. Основною характеристикою, яка найбільшою мірою визначає інші параметри плазмотрона є його конструкція. Тому було приведено короткий огляд основних конструкцій ВЧІ-плазмотронів, з їх особливостями, перевагами та недоліками. Надалі було наведено характеристику основних властивостей ВЧІ-плазми, засновану на експериментальних фактах. Потім були зазначені основні особливості розрахунку ВЧІ-плазмотронів та наведені формули для такого розрахунку. Біла наведена розрахункова схема ВЧІ-плазмотрона.
Таким чином у даній роботі представлено всі необхідні теоретичні дані, які можуть знадобитися за розрахунку будь-якого ВЧІ-плазмотрона, і керуючись якими можна точно і швидко визначити основні параметри необхідного ВЧІ-плазмотрона.
Перелік літератури
1.Низкотемпературная плазма. ВЧ- и СВЧ-плазмотроны /под ред. Дресвина С.В., Русанова В.Д. - Новосибирск: Наука, 1992 г. - 320 с.
2. Бамберг Е.А., Дресвин Е.В. Определение некоторых параметров индукционного безэлектродного разряда - Новосибирск: Наука, 1963 г. - 68 с.
3.Корохов О.А., Кузьмин Л.А. Мегаваттный ВЧ-плазмотрон с пористой разрядной камерой - Новосибирск: Наука, 1989 г. - 144 с.
4.Дресвин С.В., Донской А.В., Ратников Д.Г. Высокочасттный индукционный разряд в камере с металлическими водоохлаждаемыми стенками - М.: Наука, 1965 г. - 152 с.
5. Дзюба В.Л., Корсунов К.А. Физика, техника и применение низкотемпературной плазмы: Монография. - Луганск: Изд-во ВНУ им. Даля, 2007 г. - 448 с.