ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ КАНАЛА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ФАКЕЛЬНОГО РАЗРЯДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Луценко Ю.Ю.¹, Власов В.А.²

¹Кандидат физико-математических наук, доцент, Томский политехнический университет; ²Доктор физико-математических наук, профессор, Томский государственный архитектурно-строительный университет

ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ КАНАЛА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ФАКЕЛЬНОГО РАЗРЯДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Аннотация

Приведены результаты измерений осевого распределения газовой температуры высокочастотного факельного разряда, горящего в воздухе при атмосферном давлении. На основе полученных результатов проведён расчёт осевого распределения радиальной компоненты электрического поля. Проведено сопоставление расчётных и экспериментальных результатов.

Ключевые слова: плазма, температура, факельный разряд.

Lutsenko Yu.Yu.¹, Vlasov V.A.²

¹Candidate of physical and mathematical Sciences, docent, Tomsk Polytechnic University; ² Doctor of physical and mathematical Sciences, professor, Tomsk State University of Architecture and Buildings

INFLUENCE OF THE HIGH FREQUENCY TORCH DISCHARGE CHANNEL INHOMOGENEITY ON ELECTROMAGNETIC FIELD CHARACTERISTICS

Abstract

The measurement results of the gas temperature axial distribution of the high frequency torch discharge burning in air at atmospheric pressure was given. Calculation of the axial distribution of the electric field radial component was carried out on the basis of the received results. Comparison of calculated and experimental results was carried out.

Keywords: plasma, temperature, torch discharge.

В настоящее время при описании физических особенностей факельного разряда используется модель его канала [1] в виде однородного проводящего цилиндра. В реальности же канал разряда неоднороден как в осевом, так и в радиальном направлениях.

В настоящей работе рассмотрено влияние осевой неоднородности канала факельного разряда на его электродинамические характеристики.

Для определения осевого распределения удельной электропроводности плазмы факельного разряда нами были проведены измерения осевого распределения его газовой температуры. Измерения проводились для случая факельного разряда, горящего в воздухе при атмосферном давлении, и имеющего мощность 1 кВт. Разряд возбуждался в кварцевой цилиндрической камере диаметром 28 мм. Частота электромагнитного поля составляла 23 МГц. Газовая температура факельного разряда измерялась нами спектральным методом по относительной интенсивности вращательных переходов [2] молекулярной полосы гидроксила 3064 Å. Результаты измерений представлены на рис. 1.

Рис.1. Осевое распределение газовой температуры высокочастотного факельного разряда мощностью 1 кВт; 1 – по ветви R₂; 2 – по ветви Q₁.

На этом рисунке осевая координата представлена в единицах длины

канала l. Как видно из рис. 1, максимум температуры находиться на расстоянии от электрода, составляющем 0,3 длины канала разряда. При длине канала разряда 26 см максимум температуры будет расположен приблизительно в 8 см от электрода.

На основе полученного распределения газовой температуры можно определить осевое распределение удельной электропроводности плазмы разряда. Расчёт удельной электропроводности плазмы разряда проводился нами по температурному распределению, полученному по ветви R_2, на основе предположения о существовании локального термодинамического равновесия в плазме разряда.

Расчёт осевого распределения первых четырёх гармоник радиальной компоненты электрического поля факельного разряда проводился на основе модели канала разряда в виде неоднородной электрической линии конечной длины. При расчёте учитывалась конусообразная форма канала разряда и полученное осевое распределение удельной электропроводности плазмы разряда. Результаты расчёта представлены на рис.2.

Рис. 2. Рассчитанное осевое распределение гармоник радиальной компоненты электрического поля факельного разряда. 1 – 23 МГц; 2 – 46 МГц; 3 – 69 МГц; 4 – 92 МГц.

Из рис. 2 видно, что при расчётах на основе значений равновесной электропроводности затухание электромагнитного поля слишком велико, чтобы обеспечить процесс горения разряда по всей его длине. Соответствующие экспериментальным данным расчётные значения величин затухания гармоник электрического поля могут быть получены посредством сдвига температурного профиля вверх на 2170 K. Результаты расчётов в соответствии со смещённым температурным профилем приведены на рис. 3. Как видно из рис. 3, рассчитанные кривые изменяются вдоль оси разряда по закону близкому к линейному.

Таким образом, совпадение расчётных результатов с экспериментальными результатами, наблюдается лишь при существенном отклонении величины удельной электропроводности от равновесных значений. Можно предположить, что подобное отклонение обусловлено наличием нелинейных электродинамических эффектов в плазме разряда.