Приведены результаты исследований и разработок электродуговых плазмотронов постоянного и переменного тока и методы их расчёта. Описаны схемы, конструкции и характеристики ряда оригинальных плазмотронов, обладающих широким диапазоном параметров нагреваемого газа и высокой эффективностью. Большое внимание уделено описанию физических процессов в плазмотронах, а также методам расчёта характеристик электрической дуги. Предназначена для инженеров, специализирующихся в области авиационной и ракетно-космической техники, плазмохимии, плазмометаллургии, материаловедения, электротермии, технологии нанесения покрытий, электроаппаратостроения и др.

Предисловие

Глава 1. Схемы плазмотронов

1.1. Принципы нагрева газа в плазмотроне
1.2. Плазмотроны с вихревой стабилизацией дугового разряда
1.3. Плазмотроны с магнитной стабилизацией дугового разряда
1.3.1. Принципиальная схема
1.3.2. Движение электрической дуги в плазмотроне с магнитной стабилизацией разряда
1.3.3. Пути улучшения схемы
1.4. Плазмотроны комбинированной схемы
1.5. Высокотемпературные плазмотроны
1.5.1. Плазмотрон типа "Тандем"
1.5.2. Плазмотрон с дугой в сверхзвуковом канале
1.5.3. Плазмотрон с криогенным рабочим телом
1.6. Плазмотроны переменного тока
1.6.1. Обзор схем
1.6.2. Трехфазный плазмотрон "Звезда"

Глава 2. Конструкции плазмотронов и их основных узлов
2.1. Общие требования к конструкции плазмотрона
2.2. Плазмотроны с вихревой стабилизацией дугового разряда
2.3.1. Конструктивные особенности
2.4. Плазмотроны комбинированной схемы
2.5. Высокотемпературные плазмотроны
2.6. Плазмотрон "Звезда"
2.7. Конструкции смесительных камер

Глава 3. Характеристики дугового разряда в плазмотронах постоянного тока
3.1. Исследование электрической дуги, движущейся под действием магнитного поля
3.1.1. Описание дугового разряда
3.1.2. Экспериментальное исследование дуги в рельсотроне
3.1.3. Обобщение экспериментальных данных
3.1.4. Излучение электрической дуги, движущейся под действием магнитного поля
3.2. Характеристики дугового разряда в плазмотроне с магнитной стабилизацией
3.2.1. Критерии подобия
3.2.2. Выбор значений параметров. характеризующих свойства газа
3.2.3. Экспериментальное исследование дугового разряда в плазмотроне с магнитной стабилизацией
3.2.4. Обобщение экспериментальных данных
3.3. Характеристики дугового разряда в плазмотроне с вихревой стабилизацией
3.4. Характеристики высокотемпературных плазмотронов
3.4.1. Оценка влияния излучения
3.4.2. Характеристики плазмотрона типа "Тандем"
3.4.3. Характеристики плазмотрона с электрической дугой в сверхзвуковом канале
3.4.4. Характеристики плазмотрона с криогенным рабочим телом
3.5. Гашение закрутки струи в смесительной (демпферной) камере

Глава 4. Теплообмен в плазмотронах
4.1. Общая характеристика особенностей теплообмена в плазмотронах
4.2. Определение коэффициентов трения и теплообмена на основе теории исчезающей вязкости
4.3. Экспериментальное исследование теплообмена в коаксиальных плазмотронах 122
4.4. Экспериментальное исследование теплообмена в плазмотронах с вихревой газовой стабилизацией
4.5. Тепловые характеристики плазмотронов
4.6. Экспериментальные данные о структуре высокотемпературного потока в выходном сечении плазмотрона

Глава 5. Характеристики и метод расчета трехфазного плазмотрона "Звезда"
5.1. Оптимизация конфузорных каналов
5.2. Параметры плазмотрона "Звезда"
5.3. Максимальное напряжение на дуге
5.4. Выбор системы критериев подобия и обобщенная вольт-амперная характеристика
5.5. Обобщение экспериментальных данных по термическому КПД
5.6. Метод расчета плазмотрона "Звезда"

Глава 6. Магнитное вращение приэлектродных участков дуг в плазмотроне" Звезда"
6.1. Особенности магнитного вращения дуги переменного тока
6.2. Расчет фазового сдвига и его экспериментальная проверка
6.2.1. Оценка допустимого фазового сдвига
6.2.2. Прохождение электромагнитной волны через стенку электрода
6.2.3. Экспериментальная проверка расчета
6.3. Методы устранения фазового сдвига
6.3.1. Первый метод
6.3.2. Второй метод
6.4. Результаты экспериментов на плазмотроне "Звезда"

Глава 7. Расчет электрической дуги переменного тока
7.1. Особенности расчета дуги переменного тока и обзор литературы
7.2. Линейная теория дуги переменного тока
7.2.1. Постановка задачи и исходные уравнения
7.2.2. Электрические цепи с дуговыми разрядами
7.3. Переходные процессы в цепях с электрическими дугами
7.4. Расчет трехфазных цепей с дуговыми разрядами
7.5. Изменение длины дуги во времени
7.6. Влияние течения газа на характеристики дуги
7.7. Нелинейная теория
7.7.1. Постановка задачи
7.7.2. Результаты расчетов
7.8. Сравнение с экспериментом
7.9. Особенности электрических измерений в трехфазных цепях с электрическими дугами
7. 10. Колебания мощности в трехфазных цепях с электрическими дугами

Глава 8. Исследование нагрева электродов движущейся электрической дугой
8.1. Определение количества тепла, поступающего к медным электродам от дуги, движущейся под действием магнитного поля
8.2. Исследование следов, оставляемых движущейся дугой на медном электроде
8.3. Расчет нагрева охлаждаемого электрода движущейся дугой
8.3.1. Общие замечания
8.3.2. Расчет нагрева стенки электрода движущимся круговым источником
8.3.3. Определение температуры нагрева стенки охлаждаемого электрода от предварительных пробеганий дуги по поверхности электрода
8.3.4. Оценка степени уноса материала электрода
8.4. Исследование движения дугового разряда в плазмотроне и обобщение результатов
8.4.1. Экспериментальное исследование скорости движения дуги в плазмотроне
8.4.2. Обобщение экспериментальных данных исследования скорости движения разряда в плазмотронах в критериальной форме
8.4.3. Анализ формулы (8.23) при нулевом расходе рабочего тела

Глава 9. Система измерений
9.1. Измерения гидравлических параметров
9.2. Измерения температуры плазменной струи

Список литературы