电弧加热等离子体流动特性研究

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1、声明尸I刃本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：i生选：矽～年；月哆日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：隆主堡

2、：如f”年j月以日硕士论文电弧加热等离子体流动特性研究摘要本文采用基于磁矢量势的磁流体动力学模型，通过编写UDF程序，对自由燃烧电弧中的传热与流动过程进行了数值模拟，实现了流场和电磁场的耦合计算。并将计算结果与实验结果进行对比，证实了计算模型的可靠性与准确性。此外，本文模型考虑了电弧燃烧过程中，阴极尖端熔化以及阳极铜板蒸发产生铜蒸气的情况，对电弧和蒸发气体的相互作用进行分析，得到了电极熔化对等离子体电弧流动和传热状态的影响，使得计算模型更符合实际情况。随后，文中针对某拉瓦尔喷嘴，在二维轴对称模型的基础上，对超音速等离子体炬中的流动及其外部射流进行了数值模

3、拟。在阳极喷嘴内部采用了基于磁矢量势的磁流体动力学模型，避免了对磁感应强度复杂的积分计算，得到了喷嘴内部多场耦合的结果及外部射流的流动状态。分析了喷嘴内部电磁场对等离子体的加速作用及射流的发展过程，为超音速等离子体炬的工业应用提供了理论基础。在此研究基础上，针对现有超音速等离子体喷枪中水冷循环系统较为复杂，拉瓦尔阳极喷嘴难于更换且费用较高等技术不足，设计了一种结构简单、低成本、易拆装检漏、电极水冷一体化、阳极易于更换的超音速等离子体喷枪。为了进一步研究不同弧根位置下，电弧加热等离子体的流动特性，文中针对某拉瓦尔喷嘴，在二维轴对称模型的基础上，对双阳极模式

4、下超音速等离子体炬中的流动及其外部射流进行了数值模拟。在阳极喷嘴内部采用了基于磁矢量势的磁流体动力学模型，运用虚拟阳极的方法，得到了双阳极模式下喷嘴内部多场耦合的结果及外部射流的流动状态。分析了弧根位置变化对等离子体流动特性的影响，为双阳极超音速等离子体炬的工业应用提供了理论基础。并设计了一种结构简单、可靠、低成本、小型化的双阳极超音速等离子体喷枪。关键字：磁流体，超音速等离子体炬，弧根位置，双阳极等离体炬ABSTRACT硕士论文Inthispaper，numericalsimulationoftheheattransferandflowinafree．

5、burningairarcisbasedonthemagneticvectorpotentialdescription．Throughthewriteofsourceterms，realizingtheflowfieldandtheelectromagneticfieldcouplingcalculation．Inaddition，theauthorconsiderstheinfluenceofcathodemeltingandanodeevaporation，makingthecalculationresultsmoretallywiththeactu

6、alsituation．Thispaperexpoundsthebasicarcformingmechanism，foranindustrialapplicationofelectricarcisofgreatsignificance．Then,herein订oducesakindofalavalnozzle，onthebasisof2drotationalsymmetrymodel，numericalsimulationhasbeentakenfortheplasmaflowintheplasmatorchandoutside．Inthispaper，

7、theinternalnozzlebasedonthemagneticvectorpotentialMHDmodel，avoidingthecomplexintegralcalculationofselfinductionmagneticfieldintensity，achievingthenozzleintemalfieldcouplingandexternaljetflowstate．Analysisofthenozzleinternalelectromagneticfieldonplasmaaccelerationandjetdevelopment

8、process，forsupersonicplasmatorchindustri