Численный анализ потока плазмы с учетом движения, нагрева и испарения частиц Аманбекова, Эльмира Муратовна

Введение к работе

Актуальность работы определяется тем, что в настоящее врем л широко разрабатываются разнообразные технологические устройства применяющие низкотемпературную плазму для термообработки веществ. Использование плазменной технологии, особенно многострунной, способствует создашпо оптимального управления химическими процессами, а также реализации многообразных технологических процессов с максимально возможной эффективностью.

Теории термической дуговой плазмы посвящены работы (Г.Меккер, Б.Л.Ургокоп, С.В.Дреспин, В.С.Энгсльшт, А.Ж.Жайнаков, В.М.Лелепкнн и др.). Исследованию процессов переноса импульса, теплоты и массы п высокотемпературных многокомпонентных струях, несущих частицы инерционной примеси относятся работы М.Ф.Жукова, Р.И.Нигматулина, О.П.Солонеико. Теоретическое описание диффузии частиц в турбулентном потоке проводится в работах М.П.Стронгина. В исследованиях Е.Пфепдфг>, М.А.Самсонова, З.С.Шамбетова и многих других показано влияние парой на параметры плазмы в электрических дугах.

В Институте физики НАН Кыргызской Республики ЖЖеснблевьш, М.К.Асапалневым и пр. разработан плазмохнмнческий реактор на основе двухструйного плазматрона для термического разложения пещестп ь высокотемпературной струе. Теоретические исследования, предшествующие эксперпмспм\Ы1мм исследованиям, позволяют оптимизировать гмрамстрм

плазмохнмического реактора и установить связь внешних параметров

реактора с требуемыми характеристиками потока плазмы. Практическая важность указанной задачи характеризует актуальность темы диссертационной работы.

Цель работы: Исследование характеристик потока плазмы в реакторе двухструнного плазматрона при взаимодействии его с дисперсными веществами.

Задачи работы:

1. Разработать простую инженерную математическую модель для расчета характеристик потока плазмы в плазмохимическом реакторе;

2. Провести численный анализ - оптимизацию характеристик потока плазмы в зависимости от размеров установки, расхода плазменного потока и газа, подводимой мощности, от рода газа (воздух, аргон) в ламинарном и турбулентном режимах течения;

3. Выполнить исследование движения и нагрева частиц с учетом собственной теплопроводности в потоке плазмы в зависимости от диаметра, начальной скорости и материала частиц;

4. Исследовать изменение характеристик потока плазмы, движения и нагрева частиц при учете влияния материала паров испаряющихся частиц.

Научная новизна:

1. разработана инженерная модель для оптимизации параметров плазмохнмического реактора па основе уравнений пограничного слоя с учетом движения, нагрева и испарения частиц;

2. определены характеристики потока в зависимости от расходов плазмы и газа, начальной энтальпии, размеров канала и сопла при ламинарном и турбулентном режимах течения;

3. проведен численный анализ движения и нагрева частиц с учетом собственной теплопроводности в потоке плазмы в зависимости от диаметра, начальной скорости и материала частиц;

Практическая ценность результатов:

1. Разработанная инженерная модель дает возможность оптимизировать параметры плазмохнмического реактора и определить на каком расстоянии

сіанаилипаются требуемые, для проведения технологического процесса пкалки, характеристики потока.

2. Численные исследования позволяют установить осноппме закони-іерн'чтн физических процессов, протекающих п плазмохимическом реактор<-ірн п іанмодсйсігош плазмы с обрабатываемыми веществами.

()< ионные положении, выносимые на защиту:

1. Математическая модель и результаты расчета зависимости
;apniu< рипик потока плазмы от внешних регулируемых параметров
іл.і jMoxitMH'iecKoto реактора: расхода плазмы и газа, диаметров канала и
оила, рода газа в ламинарном и гурбулеіптіом режимах течения;

2. Математическая модель и результаты численного анализа движения,
іагрспа и испарения частиц в потоке плазмы в зависимости or диаметра,
мчальїюїі скорости и материала частиц с учетом гобстпенн >ii
ічілонронодінктн;

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсунуїались м семинарах отдела №7 ИВТ РАН, лаборатории плазменной технолоши ЛФ 1 1ЛН КР, Мегкдуиародиом симпозиуме по теоретической и прикладной пазчохпмии (Рига, 1991 г.), Международном Европейском конгрессе но ермичгстсим плазменным процессам (Париж, Франция, 1992), кафедре соре шческой физики КГНУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатные тботм.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, включения и списка литературы из 109 наименовании. Обьем работы оставляет 115 страниц, 40 рисунков, 3 таблиц н программы расчета.