電弧等離子體炬中傳熱與流動(dòng)的數(shù)值模擬-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 ，電弧對(duì)陽(yáng)極內(nèi)壁面的傳熱量在弧根處最大，與之相應(yīng)的是，陽(yáng)極內(nèi)壁面上的溫度分布在此處出現(xiàn)最大值，如圖5所示。發(fā)生器內(nèi)部最高溫度約為20060K，最大氣流速度約為226m/s。文獻(xiàn)[12，13]在進(jìn)行自由燃燒電弧的數(shù)值模擬時(shí)，對(duì)電極表面的傳熱機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析。為得到合理的數(shù)值解，本文采用如表1所示的邊界條件。計(jì)算結(jié)果表明，在本文中將陽(yáng)極邊界簡(jiǎn)化成等溫條件是合理的。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者通過(guò)輸入變物性參數(shù)和電勢(shì)方程，將FLUENT應(yīng)用于電弧等離子體領(lǐng)域的數(shù)值模擬工作，取得了理想的結(jié)果[79]。在文獻(xiàn)[5,6]中，為簡(jiǎn)化計(jì)算，其計(jì)算未包括電極區(qū)域，而是將陽(yáng)極邊界直接簡(jiǎn)化成了等溫條件。關(guān)鍵詞： FLUENT，數(shù)值模擬，電弧等離子體發(fā)生器中圖分類號(hào)： 熱等離子體射流作為一種具有強(qiáng)化學(xué)活性及高能量密度的能束流，在材料加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[14]。電弧等離子體發(fā)生器中傳熱與流動(dòng)的數(shù)值模擬*黎林村，夏維東**（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)與能源工程系，安徽 合肥 230027）摘 要： 本文利用CFD軟件FLUENT，將等離子體發(fā)生器陽(yáng)極歸入計(jì)算域，對(duì)其內(nèi)部的傳熱與流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。等離子體發(fā)生器出口處溫度和速度符合拋物線型分布。模擬計(jì)算等離子體發(fā)生器內(nèi)部的傳熱與流動(dòng)，從而將其出口邊界作為射流入口，無(wú)疑可以彌補(bǔ)這一缺陷[5,6]。FLUENT是基于有限容積方法的通用CFD軟件。在求解能量方程時(shí)，考慮了電極與等離子體交界面處特殊的傳熱機(jī)理。 控制方程和邊界條件建立在以上假設(shè)的基礎(chǔ)之上，發(fā)生器內(nèi)部電弧的行為可以用磁流體力學(xué)（MHD）方程組來(lái)描述，其詳細(xì)控制方程參見文獻(xiàn)[7]。陽(yáng)極邊界層內(nèi)，等離子體偏離LTE狀態(tài)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，電導(dǎo)率采用Scott公式計(jì)算[11]。從圖中可以看出，將陽(yáng)極歸入計(jì)算域，對(duì)整個(gè)發(fā)生器內(nèi)部的傳熱與流動(dòng)影響很小，因此在本文中可以將陽(yáng)極邊界簡(jiǎn)化成等溫條件。圖4給出了電弧傳給陽(yáng)極壁面的各種熱量分布，在弧根處，電子熱效應(yīng)引起的熱量傳遞起重要作用，但在遠(yuǎn)離弧根處，熱傳導(dǎo)是主要的傳熱方式。電弧電壓和進(jìn)氣速度的大小也近似成正比關(guān)系。3 結(jié)論 本文利用CFD軟件FLUENT，對(duì)所建立的等離子體發(fā)生器內(nèi)部的傳熱與流動(dòng)進(jìn)行了二維計(jì)算，為將來(lái)等離子體發(fā)生器三維問(wèn)題求解奠定了基礎(chǔ)。（3） 提高進(jìn)氣速度或減小電弧電流，都會(huì)使得電弧陽(yáng)極弧根向下游移動(dòng)。 Plasma Process., 1990, 10(4): 501513[4] 徐東艷，陳熙，上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003, 25(專輯): 1316 Xu Dongyan, Chen Xi, J. University of shanghai for Sci. amp
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