Вихревой эффект и газодинамика в полом электроде плазмотрона

Abstract

Работа направлена на изучение основных газодинамических характеристик плазмотрона с полым катодом, что, в конечном итоге, должно привести к созданию высокоресурсного металлургического плазмотрона. Показана взаимосвязь вихревого эффекта и газодинамики полого электрода плазмотрона. Дано описание физической модели плазмотрона с полым электродом для исследования распределения в нем газовых потоков. Показано, что на выходе из завихрителя пристеночный поток представляет собой несколько отдельных спирально закрученных жгутов, направленных как в электрод, так и в сопло. В результате в центральной части полости формируется область пониженного давления. Определено изменение давления пристеночного вихревого потока на стенку полого электрода по мере удаления этого потока от камеры завихрителя в зависимости от глубины полости электрода и давления газа, подаваемого в камеру завихрителя. Исследовано распределение давления выходящего потока газа по сечению сопла модели плазмотрона. На основании анализа литературных данных и собственных предварительных экспериментов предложена гипотетическая схема движения потоков газа в плазмотроне с полым электродом.

The work is aimed at studying the main gasdynamic characteristics of hollow cathode plasmatron that should eventually lead to development of metallurgical plasmatron with longer service life. Interrelation between the eddy effect and gas dynamics of plasmatron hollow electrode is shown. The paper gives a description of physical model of a plasmatron with a hollow cathode for investigation of gas flow distribution in it. It is shown that the near-wall flow at vortex exit consists of several separate spirally twisted braids, directed both into the electrode, and into the nozzle. As a result, a lower pressure area forms in the central part of the cavity. Change of pressure of near-wall eddy flow on the hollow electrode wall at this flow moving away from the vortex chamber is determined, depending on the depth of electrode cavity and pressure of gas fed into the vortex chamber. Distribution of pressure of gas outflow across the section of plasmatron model nozzle is determined. Proceeding from published data analysis and our own preliminary experiments, a hypothetic scheme of gas flow motion in the plasmatron with a hollow electrode is proposed.