Файл: Теплообмен в электродуговом нагревателе газа..pdf

Тогда все катодное падение распространяется на область объемного заряда, который вплотную подходит к катоду и даже частично заполняет впадины между пиками. На рис. 3-14 показан один из пиков и линии равного потенциала прикатодной области дуги. Со­ гласно термической теории Слепяна, которая рассматривает этот случай, ионы могут полностью переносить весь ток в прикатодной

В этом случае уже нельзя принимать потенциал ионизации только по материалу катода, так как предполагается, что ионы пол­ ностью поступают из дуги. В самом деле, если бы мы взяли для рассматриваемого примера £ ,= 7,7 В, то получили бы /= 1,3, чего быть не может. Если же подставить в качестве £,■ потенциал иони­

ІО4 А/см2. Основную роль при этом играют ионы. По мере удаления от вершины снижается напряженность поля, уменьшается энергия ионов. Но она еще достаточно высока, чтобы разогревать катод и тем самым влиять на температуру пика, а следовательно, и на термоавтоэлектронную эмиссию. Процесс оказывается саморегули-

138

руемым — с повышением температуры катода растет доля электрон­ ного тока и снижается ионный ток, что при заданных условиях охлаждения приводит к снижению ДТ'„. Изменяя условия охла­ ждения, можно регулировать и соотношение между электронной и ионной компонентами тока. А так как основная часть энергии ионов отводится в тело катода, то одновременно изменяются и теп­ ловые потери.

Применяя катоды из тугоплавкого материала, в пределе можно свести ІЛІЛ,- к нулю. Тогда мы имеем случай термического катода, на котором энергия падающих ионов полностью расходуется па ра­ боту выхода электронов. Вместо (3-41) получаем:

у+ + 5 —

Вчислитель (3-43) желательно добавить член Qn, учитываю­ щий излучение с катода, так как температура дугового пятна очень велика.

Сейчас становится понятным влияние тока и магнитного поля на теплоотвод в катод. -Поскольку условия охлаждения остаются примерно постоянными, то рост тока вызывает повышение тем­ пературы катода. Это приводит к перераспределению тока меж­ ду электронной и ионной ком­ понентами в пользу первой.

Соответственно уменьшается теплоотвод в тело катода и AU*к -падает.

Павышение нampяжениост.іі магнитного поля увеличивает скорость перемешен«я м-иікіро- пятна по поверхности катода. Если охлаждение электрода хо­ рошее, то его 'поверхность успе­ вает остыть до следующего по­ сещения (пятна в процессе вра­ щения дуги ,в зазоре. В таком случае’увеличение скорости сни­ жает температуру .пятна и вы­ зывает рост f, а следовательно, и тепловых потерь. Однако при дальнейшем возрастании ско­ рости іпятна за счет магнитно­ го поля -наступает момент,

когда дуга приходит на еще горячую поверхность. При таких усло­ виях poor скорости связан с повышением температуры пятна и сни­ жением потерь в электрод. Кривая QK=f { H) проходит через макси­ мум и начинает снижаться.

Очевидно, что с ростом электронного тока через вершины пиков увеличивается и эрозия катода. Поэтому кривая зависимости эро­ зии от магнитного поля должна быть зеркальным отражением кри­ вой потерь, что и показывает эксперимент (рис. 3-8, 3-9).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Крылович В. И., Ясько О. И. Некоторые вопросы инженерно­ го расчета электродуговых установок. — Buletenul Inslitutului Pelitehnic Din Iasi, Seria Noua, 1967, t. XIII (XVII).

2.Эммонс Г. В. Исследование теплообмена в плазме. — В кн.:

Современные проблемы теплообмена в плазме. М., «Энергия», 1966.

3.Steenbeck М. Eine Prüfung des Minimumprinzips für ther­ mische Bogensäule anhand neuer Messergebniss.—«Wiss. VeröfT. aus Siemens-Werken», 194Ö, Bd 19, № 59.

4.Кукеков Г. А. Исследование дуги постоянного тока в маг­ нитном поле. — «ЖТФ», 1941, т. XI, вып. 10.

5.Uber den Zusammenhang des Steenbeckschen Minimumprinzips mit dem thermodynamischen Prinzip der minimalen Entropteerzeugung.— «Z. Phys.», 1936, Bd 444, S. 612—631.

6.Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термиче­

ская плазма. М., Изд-во ниостр. лит., 1961.

7. .Меккер Г. О характеристиках цилиндрической дуги. — В кн.: Движущаяся плазма. М., Изд-во пиостір. лит., 1961.

в. Schmitz G., Uhlenbusch J. Berechnung der Temperaturvertei­ lung und der Charakteristik eines zylindrischen Sticksbögens.— «Z. Phys.», І9Ѳ2, Bd 160, ,S. 460—467.

9. Maecker 'H. Messung und Auswertung von Bogencharakteristi­ ken (Ar, N2), — «Z. Phys.», 1960, Bd 158, S. 392—404.

'10. Schmitz G., Uhlenbusch J. Zur mathematischen Beschreibung zylindersymmetrischer Lichtbögen.—«Z. Phys.», 1960, Bd 159, S. 554— 562.

41.Stine H. A., Watson V. R. The theoretical enthalpy distribu­

16.Patt H. J., Schmitz G. Zur Theorie der Gasaufheisung in axialsymmetrischen, wandstabilisierten Lichtbogen; II. Discussion der Ergebnisse.— «Z. Phys.», 4966, Bd 195, S. 449—434.

46.Заруди M. E. Методы расчета дуги в канале при движении газа (установившееся течение). — В кн.: Явления переноса в низко­ температурной плазме. Минск, «Наука и техника», 1969.

17.Белоусова Л. Е. Каналовая модель дуги с учетом влияния стенок и условий их охлаждения. — В кн.: Явления переноса в низ­

котемпературной плазме. Минск, «Наука и техника», 1969.*

* Принятые сокращения названий журналов: «ИФЖ» — Инже­ нерно-физический журнал»; «ЖПМТФ» — «Журнал прикладной механики и технической физики»; «ТВТ» — «Теплофизика высоких температур».

141

18. Ветлуцкий В. Н., Онуфриев А. Т., Севастьяненко В. Г. Рас­ чет цилиндрической электрической дуги с учетом переноса энергии излучением. — В км.: Низкотемпературная плазма. М., «Мир», 1967.

№3, вып. 1.

22.Даутов Г. Ю. Целиядричоокая дуга в аргоне. — «ЖПМТФ»,

1963, № 2.

и водородной дуг в канале при установившемся ламинарном тече­

27.Лебедев А. Д., Урюков Б. А., Фридберг А. Э. Продольно обдуваемая электрическая дуга в цилиндрическом канале. — В кн.: Генераторы низкотемпературной плазмы. М., «Энергия», 1969.

28.Онуфриев А. Г., Севастьяненко В. Г. Расчет цилиндрической дуги с учетом переноса энергии излучением, дуга в .водороде при давлении 100 атм. — «ЖПМТФ», 1968, № 2.

29.Пустогаров А. В. Расчет параметров столба дуги в атмо­ сфере аргона. — «ТВТ», 1965, т. 3, № 1.

30.Суксов И. И. К расчету характеристик электродугового по­ догрева газа. — «ЖПМТФ», 1967, № 4.

31.Суксов И. И. Приближенная зависимость для теплового по­ тока к стенке при элсктродуговом подогреве в круглой трубке. — «ЖПМТФ», 1966, № 4.

32.Суксов И. И. О .решении уравнения энергии при электродуговом подогреве газа. — «ЖПМТФ», 1967, № 5.

33.Севастьяненко В. Г. Учет переноса энергии излучением при наличии реабсорбции в процессах теплообмена. Автореф. дне. на сонск. учен, степени канд. физ-мат. наук. Новосибирск, 1967.

34.Урюков Б. А. Теория идеальной электрической дуги в коак­ сиальном плазмотроне с осевым магнитным полем при наличии по­

тока газа. — «ЖПМТФ», 1969, № 1.

№3, 1960.

36.Суксов И. И. К задаче о положительном столбе электриче­ ской дуги в потоке газа. — «ТВТ», т. 7, 1969, № 3.

37.Суксов И. И. К развитию интегрального метода решения за­ дачи о столбе электричеокой дуга в потоке газа. — «Изв. СО АН

СССР. Сер. техи. наук 1970, № 13, вып. 3.

142