Электродинамика и поля температур струйного высокочастотного индукционного разряда атмосферного давления (15.06.2009)

Автор: Гайнуллин Рустем Нусратуллович

На основе расчётов электромагнитных и тепловых параметров, выполненных по разработанной экспериментально-теоретической модели струйного высокочастотного индукционного разряда атмосферного давления, разработано оборудование и проведены исследования по получению высокодисперсных порошков оксида кремния.

Основные результаты и выводы:

Разработана экспериментально-теоретическая модель, позволяющая определять закономерности структуры квазистационарного электромагнитного поля ВЧИ разряда, горящего в индукторе конечных размеров при атмосферном давлении. Применение модели даёт возможность устанавливать зависимости тепловых и электромагнитных характеристик ВЧИ разряда от величины прокачиваемого через разряд плазмообразующего газа.

2. Разработан и создан экспериментально-измерительный комплекс для исследования плазмы высокочастотного индукционного разряда. Комплекс позволяет проводить контактные измерения электромагнитных характеристик плазмы, а также осуществлять измерения температуры в разряде оптическим методом. Измерения проводились при расходах плазмообразующего газа от 9 до 13 м3/час.

3. Разработан новый комплексный метод контактной диагностики электромагнитных и тепловых параметров плазмы высокочастотного индукционного разряда атмосферного давления, позволяющий восстанавливать все основные электромагнитные и тепловые характеристики разряда по конечному числу экспериментально измеренных значений амплитуды продольной компоненты магнитного поля в разряде.

4. Построена двухмерная модель постоянной проводимости высокочастотного индукционного разряда конечной длины и проведено аналитическое исследование структуры электромагнитного поля ВЧИ разряда в приосевой области плазмоида. В рамках разработанной модели получены соотношения, связывающие между собой основные электромагнитные характеристики ВЧИ разряда.

5. Сочетание расчётного и экспериментального методов исследования структуры струйного высокочастотного индукционного разряда даёт возможность получать информацию о тонкой структуре разряда, недостижимую для любых известных к настоящему времени методов диагностики низкотемпературной высокочастотной плазмы. В диссертации впервые установлено явление коаксиальности высокочастотного индукционного разряда, заключающееся в том, что внутри плазмоида в каждом его поперечном сечении максимум проводимости, как функция радиуса, находится ближе к оси разряда, чем максимум плотности вихревого тока, а максимум плотности вихревого тока, в свою очередь, располагается ближе к оси, чем максимум удельной мощности тепловыделения.

и незначительно возрастает) и увеличивается максимум удельной электропроводности (а значит – в условиях ЛТР – и температуры) в центре плазмоида.

7. Установлено, что при увеличении расхода плазмообразующего газа амплитуда напряженности продольной составляющей магнитного поля в разряде возрастает в приосевой его области и падает на периферии, при этом её профиль в целом сглаживается по сравнению с той картиной, которая имеет место при меньшем расходе плазмообразующего газа. Порог устойчивости плазмоида по расходу ограничен – при большем обдуве разряд гаснет, поскольку в этом случае дополнительная мощность не может быть отобрана нагрузкой у генератора ВЧ поля.

8. Разработанная экспериментально-теоретическая модель была использована при создании и оптимизации работы плазмохимического реактора для получения высокодисперсных порошков оксидов металлов.

Основное содержание результатов работы отражено в следующих

публикациях

1. В монографиях

Гайнуллин Р.Н. Контактная диагностика струйного высокочастотного индукционного разряда атмосферного давления / Р.Н. Гайнуллин. – Казань: Изд-во Казанск. гос. технол. ун-та., 2009. – 220 с.

2. Публикации в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК

Гайнуллин Р.Н. Определение параметров ВЧ индукционной плазмы с учётом конечной длины / Гайнуллин Р.Н., Герке А.Р., Кирпичников А.П. // Известия Вузов. Физика. – 1992. – №6. – С. 121–122.

Гайнуллин Р.Н. Тепловые и электромагнитные параметры высокочастотного разряда при индукционном нагреве газа / Гайнуллин Р.Н., Герке А.Р., Кирпичников А.П. // ИФЖ. – 1995. – Т.6. – №2. – С. 248–251.

Гайнуллин Р.Н. Обобщенная модель Томсона высокочастотного индукционного разряда / Гайнуллин Р.Н., Кирпичников А.П. // Прикладная физика. – 2007. – №3. – С. 54–61.

Гайнуллин Р.Н. О взаимном расположении максимумов некоторых характеристик высокочастотного индукционного разряда / Гайнуллин Р.Н., Герасимов А.В., Зеленко О.В., Кирпичников А.П. // Прикладная физика. – 2007. – №3. – С. 61–65

Гайнуллин Р.Н. Новый метод исследования высокочастотной индукционной плазмы / Гайнуллин Р.Н., Кирпичников А.П. // Известия Вузов. Проблемы энергетики. – 2008. – №1. – С. 54–63.

Гайнуллин Р.Н., Кирпичников А.П. Применение метода предельных соотношений к модели Томсона высокочастотного индукционного разряда конечной длины / Гайнуллин Р.Н., Кирпичников А.П. // Инженерная физика. – 2008. – №2. – С. 61–66.

Гайнуллин Р.Н. Метод диагностики плазмы высокочастотного индукционного разряда / Гайнуллин Р.Н., Кирпичников А.П. // Прикладная физика. – 2008. – №5. – С. 44–50.

Публикации в других изданиях

Гайнуллин Р.Н. О переходе индукционного ВЧИ – разряда в Н – разряд при атмосферном давлении / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников, Б.В. Курцев // Тез. докл. V Всесоюзного совещания «Процессы в металлургии и технологии неорганических материалов». – Москва, ИМЕТ им. Байкова, 1988. – С. 51.

Гайнуллин Р.Н. Определение температурных профилей ВЧ плазмы по ее электрофизическим характеристикам / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Материалы III Всесоюзной школы-семинара «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики». – Киев, ИТТ АН, УССР, 1989. – С. 67.

Гайнуллин Р.Н. Оптимизация процессов обработки порошков сплавов в ВЧ плазменных реакторах / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Материалы VII Всесоюзной конференции по современным проблемам электрометаллургии стали. – Челябинск , 1990. – С. 126.

Герке А.Р. Метод определения тепловых и электромагнитных параметров короткого нагруженного индуктора ВЧ плазмотрона / А.Р. Герке, Р.Н. Гайнуллин, А.П. Кирпичников // Рукопись представлена Казан. хим.-технол. институтом. Деп. в ВИНИТИ 29.01.91., №459 – В91. – Казань, 1990. – 16 с.

Гайнуллин Р.Н. Определение тепловых полей внутри реального нагруженного индуктора ВЧ – плазмотрона / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Материалы IV Всесоюзной конференции молодых исследователей «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики». – Новосибирск, 1991. – С. 265.

Гайнуллин Р.Н. Расчёт полей температуры ВЧИ разряда в индукторе конечных размеров. / Р.Н. Гайнуллин, А.В. Герасимов, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // В кн.: «Тепло- и массообмен в химической технологии» (под ред. А.Г. Усманова). – Казань: КГТУ, 1995. – С. 103.

Гайнуллин Р.Н., Герасимов А.В., Герке А.Р., Кирпичников А.П. Методика расчёта тепловых и газодинамических полей воздушной плазмы в камере ВЧ-плазмотрона. / Р.Н. Гайнуллин, А.В. Герасимов, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // В кн.: «Тепло- и массообмен в химической технологии» (под ред. А.Г. Усманова). – Казань: КГТУ, 1995. – С. 106.

Гайнуллин Р.Н. Расчет тепловых и газодинамических параметров воздушной плазмы в разрядной камере ВЧИ плазмотрона / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Тез. докл. Международной научно-технической конференции “Динамика систем, механизмов и машин”. – Омск, 1995. – кн. 1, С. 114.

Гайнуллин Р.Н. Методика расчета теплофизических параметров ВЧИ плазмы / Р.Н. Гайнуллин, А.В. Герасимов, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Тез. докл. Второй Международной теплофизической школы. – Тамбов, 1995. – С. 150.

Гайнуллин Р.Н. Методика расчета полей температуры и скорости ВЧИ плазмы. / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Тез. докл. IV международной конф. по интенсификации нефтехимических процессов «Нефтехимия – 96». – Нижнекамск, 1996. – С. 153.

Гайнуллин Р.Н. Расчет температуры вблизи оси разрядной камеры высокочастотного индукционного плазмотрона / Р.Н. Гайнуллин, А.В. Герасимов, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Материалы 11 международной научной конференции “Математические методы в химии и технологиях (ММХТ-11)”. – Владимир, 1998. – С. 54.

Гайнуллин Р.Н. Определение тепловых и электромагнитных параметров высокочастотного разряда при индукционном нагреве газа / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников, А.В. Лира // В кн. «Плазмотехнология – 99» (сборник научных трудов) под. ред. С.А. Юхимчука. – Запорожье: ЗГТУ, 1999. – С.167 – 170.

Гайнуллин Р.Н. Определение электрофизических параметров высокочастотного разряда при индукционном нагреве газа / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Сборник докладов Всемирного электротехнического конгресса “На рубеже веков: итоги и перспективы” (ВЭЛК-99). – Москва, 1999. – С. 206.

Gainullin R.N. EM field structure of HFI discharge of the finite length near the axis of plasma torch / R.N. Gainullin, A.R. Gerke, A.P. Kirpichnikov // 2 nd International Symposium on “Heat and Mass Transfer uhder Plasma Conditionns”. – Tekirova, Antalya, Turkey, 1999. – p. 117.

Gainullin R.N. The methods of carculation of thermal and electromagetic parameters of high frequency discharge in gas induction heating / R.N. Gainullin, A.R. Gerke // 2 nd International Symposium on “Heat and Mass Transfer uhder Plasma Conditionns”. – Tekirova, Antalya, Turkey, 1999. – p.185.

Гайнуллин Р.Н. Модель Томсона высокочастотного индукционного разряда конечной длины / Р.Н. Гайнуллин, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // Тезисы докл. X Всероссийской конференции по физике газового разряда (ФГР-2000). – Рязань, 2000. – С. 214-216.

Гайнуллин Р.Н. Обратная задача электродинамики для высокочастотного индукционного разряда / Р.Н. Гайнуллин, А.В. Герасимов, А.Р. Герке, А.П. Кирпичников // В кн.: Современные средства диагностики плазмы и их применение для контроля веществ и окружающей среды / Под ред. В.А. Курнаева. – М.: МИФИ, 2001. – С.78-79.


загрузка...