Научный архив: статьи

В статье теоретически изучены режимы работы технологического коаксиального импульсного сильноточного плазменного ускорителя, предназначенного для напыления покрытий на конструкционные материалы. Показано, что в выбранной схеме ускорителя при запасённой в конденсаторе энергии W0 = 1,0—14,0 кДж возможно получение ударных волн со скоростями Dmax  1—8 км/с. В таких потоках частицы тугоплавких металлов с дисперсностью dp  50— 150 мкм ускоряются, переносятся к подложке, тормозятся на ней и формируют износостойкое и высокопрочное покрытие. Производительность установки может составлять около 10 мг/с.

Выполнено численное моделирование течения плазмы для одного из конкретных конструктивных вариантов технологического ВЧИ-плазмотрона с трехвитковым индуктором и частотой тока 3 МГц. В качестве плазмообразующего газа рассмотрена смесь аргона с водородом при объемной концентрации водорода  от 0 до 10 %. Рассчитаны распределения электромагнитных полей и всех теплогазодинамических параметров потока плазмы. Показано, что при величине амплитуды тока разряда выше определенного критического значения JКР, зависящего от , происходит изменение режима течения плазмы из потенциального в вихревое, при котором в зоне энерговыделения образуется тороидальный вихрь. Установлена зависимость величины критического тока JКР от объемной концентрации водорода . Определено влияние  и тока разряда JК на интенсивность и координаты положения центра возникающей вихревой трубки.

Проведены численные расчеты течения плазмы аргона в канале высокочастотного индукционного (ВЧИ) плазмотрона. Численное моделирование выполнено в пакете прикладных программ ANSYS CFX (14.5) для одного из конкретных конструктивных вариантов технологического ВЧИ-плазмотрона с трехвитковым индуктором при амплитуде тока разряда из диапазона JK = 80–250 A (с частотой 3 МГц). Показано, что, в зависимости от величин амплитуды тока разряда JK и расхода транспортирующего газа Q1 через осевой канал, могут иметь место три режима течения плазмы в канале ВЧИ-плазмотрона, а именно: потенциальный (безвихревой) режим и два вихревых режима с двумя различными формами вихревого образования, возникающего перед зоной энерговыделения с центром приблизительно в сечении первого витка индуктора. В координатах JK-Q1 построена диаграмма, определяющая области различных режимов течения плазмы. Рассчитаны основные параметры вихревых образований.