Файл: Теплообмен в электродуговом нагревателе газа..pdf

Такой характер рассеяния экспериментальных даішьіх показы­ вает, что движение дуги в зазоре подвержено каким-то флуктуа­ циям. Э.ту неравномерность можно было бы объяснить процессами шунтирования приэлектродных областей. Кроме того, в кривых мож­ но проследить выполаживание с ростом I/BL, которое при достиже­ нии некоторой точки снова переходит в подъем. Указанный характер зависимости скорости от тока отчетливо наблюдался в [Л. 102]. Сни­ жение скорости отмечалось примерно при токе 80—100 А, а затем начинался снова подъем.

По мнению авторов [Л. 102], резкое уменьшение скорости дви­ жения дуги при токах выше 80 А происходит из-за снижения тем­ пературы дуги и перехода столба из контрагнрованного состояния в неконтрагированное. Этот процесс протекает лавинообразно, так как при снижении температуры увеличивается сечение дуги, возрас­ тает аэродинамическое сопротивление, что приводит к уменьшению скорости. Но замедление движения вызывает ухудшение конвектив­ ного теплоотвода, что должно повлечь за собой дальнейшее увели­ чение размеров столба и снижение скорости.

Однако одновременно происходит рост мощности, что приводит к новому контрагнрованию дугового столба с увеличением тока. Скорость проходит через минимум и снова возрастает.

Согласно [Л. 103] контрагирование столба свободно горящей дуги происходит при переходе через минимум теплопроводности при росте температуры с увеличением тока. Если и в поперечно обду­ ваемой дуге теплоотвод из столба также осуществляется теплопро­ водностью, то механизм контрагирования должен определяться кри­ терием

4 1) = Х0Г0а0ІѴ/г-

В таком случае должна иметь место корреляция = f (п*І)).

В какой мере это подтверждается опытом, показывает рис. 1-4, где в размерном виде приведено обобщение тех же данных, что и на рис. 1-3. Можно видеть, что некоторая зависимость действительно имеет место (с увеличением IjL обобщенная скорость снижается), но темп снижения постепенно замедляется. Грубо можно положить, что теплопроводность оказывает воздействие на движение дуги толь­ ко при lg//L <4,4.

Указанную зависимость можно объяснить тем, что с ростом междуэлектродного промежутка и снижением тока воздействие при­ электродных процессов постепенно ослабевает, а роль механизма теплообмена путем теплопроводности, характерного для дуговых столбов, возрастает. При малых зазорах и больших токах, наоборот, роль приэлектродных процессов существенна, что и приводит к вы-

что на рис. 1-3 скорость в обобщенную функцию входит в первой степени, а на рис. 1-4-— в квадрате, то фактический разброс по скоростям снизится до ±'20%. Основное количество точек группи­ руется в центре графика; через них можно провести прямую, приме­ няя тем самым удобную степенную аппроксимацию. Оказывается, что от этой прямой существенно отклоняются только немногие точки, относящиеся к малым магнитным полям.

36

Согласно чііслеииым оценкам [Л. 104] непосредственный nafpén газа за счет «продувания» столба, а также непосредственное ускоре­ ние заряженных частиц в магнитное поле не вносит существенного

в сторону усиления роли продувания и ускорения заряженных ча­ стиц. Кроме того, эти процессы могут и не играть существенной

Рис. 1-4. Зависимость обобщенной скорости движения дуги в воз­ духе по медным параллельным электродам во внешнем магнитном

поле от к р и т е р и я *4^ (обозначения те же, что и на рис. .1-3).

роли в энергообмене сами по себе, но являться в некоторой степени регуляторами в установлении того или иного механизма теплообме­

38 мм). Приэлектродные процессы слабо сказываются на характе­ ристиках такой дуги. Однако при уменьшении зазора роль их все больше возрастает. При зазорах порядка 2—3 мм явления, харак­ терные для дуг с «преимуществом процессов в столбе», наблюдают­ ся только при давлениях выше (1-=-2)105 Па (1—2 ат)' и скоростях движения дуги более 50 м/с. При меньших скоростях и давлениях движение дуги определяется преимущественно приэлектроднымн процессами [Л. 99, 102, 106]. Поэтому для небольших зазоров по мере изменения тока должен иметь место скачкообразный переход от «приэлектродного управления» движением дуги к «управлению столбом». Уменьшение зазора должно привести к усилению зависи­ мости скорости движения дуги от процессов конвективного тепло­

37

обмена на поверхности дугового столба, Которые учитываются видоизмененным критерием Пекле

верить, насколько указанные соображения соответствуют действи­ тельности.

Рис. 1-5. Обобщенная скорость движения воздушной дуги по коль­

цевым латунным электродам при малом зазоре между ними

(L = 2 мм).

растет. Нисходящие ветви не подчиняются какой-либо определен­ ной закономерности, но восходящие участки для всех режимов ра­ боты сливаются в две кривые, соответствующие двум ветвям воз­ растания скорости. Таким образом оказывается, что скачкообразные переходы между процессами действительно имеют место, причем возрастание скорости как при малых, так и при средних токах определяется процессами конвективного теплообмена на поверхно­ сти дугового столба.

38

іПриэлектродные процессы по упомянутым причинам в данном анализе нс рассматриваются, поэтому трудно сказать, каким явле­ нием управляется уменьшение скорости. Можно, однако, предполо­ жить, что в связи с резкими приэлектродными сужениями дугового столба и взаимодействием магнитных полей 'тока в электродах и в приэлектродных областях дуги имеет значение собственное маг­ нитное поле.

Комплекс безразмерных чисел для случая движения дуги под

разброс точек очень велик, но все они лежат ниже некоторой кри­ вой, которую можно описать уравнением

В пользу последнего говорит ряд соображений. Прежде всего боль­ шой градиент магнитного давления в приэлектродных участках дуги вызывает ускорение газов, образующих электродные струи, которые не могут не оказывать влияния на движение дуги. При малых расстояниях между электродами струи могут определять как геометрию дугового столба, так и процесс теплообмена.

Процессы в приэлектродных областях дуги должны периоди­ чески изменяться с изменением тока. Имеются некоторые косвен­ ные экспериментальные подтверждения этого предположения. На­ пример. согласно [Л. 107] при возрастании тока дуга прочерчивает на холодном катоде сначала непрерывный след, затем он становит­ ся скачкообразным, а потом опять переходит в непрерывный [Л. 102], отмечается скачкообразное увеличение «диаметра» дуги и такое же внезапное его уменьшение.

Движение дугового разряда в кольцевом зазоре между концен­ трическими электродами, как указывается выше, имеет ряд своих особенностей, которые должны получить отражение в обобщенных формулах. Поскольку концентрические электроды используются, главным образом, в нагревателях газа, то появляются дополнитель­ ные критерии, отражающие влияние условий, в которых происходит разряд: геометрическую конфигурацию разрядной камеры, условия подвода газа в разряд, конфигурацию магнитного поля.

Пока имеется очень мало работ по обобщению характеристик дугового разряда между концентрическими электродами, и почти все они относятся к обобщению ВАХ [Л. 108—141]. Частота вра­ щения дуги обобщалась в [Л. 112]. Естественно, дело еще не дошло до таких деталей, как конфигурация магнитного поля или условия подвода газа. Поэтому важно сосредоточить внимание на крите­

39