等離子體電弧爐內流動與傳熱數(shù)值模擬(編輯修改稿)
2025-09-05 13:25 本頁面
【文章內容簡介】 FLUENT進行耦合求解。FLUENT的求解器中已經(jīng)集成了方程（1）到（5），作者采用UDS方法將方程（6）和（7）編程導入到FLUENT中[3]。方程（2）、（3）、（4）、（7）中的特殊源項采用UDF方法處理[3]。 邊界條件直流等離子體電弧的計算域如圖1所示。陰極柱狀電極使用石墨材料，錐角為60度。陽極為銅制平板電極。工作氣體為氬氣。圖1 電弧裝置的幾何結構本算例的邊界條件匯總在表1中，采用了到的符號意義是[5]： 邊界條件主要在邊界處流動的匹克里克數(shù)Pe不高的情況下使用。選擇這種特殊的邊界條件是因為計算域前沿的流動還未充分發(fā)展，也因為這樣可以使得求解器比較容易處理回流的現(xiàn)象[3]。算例中假設陰極和陽極被冷卻到2000K。電勢方程的邊界條件由電壓給出。表1 電弧模型的邊界條件ABBCCDEFAFP1 atm1 atmT2000 K2000 K40 V00000 計算結果通過方程組（1）到（9）的耦合迭代計算，獲得了數(shù)值結果。從圖2中可以看出，計算所得的流場等溫線是鐘形的，這是電弧流場等溫線的典型形式。與真實的電弧一樣，溫度最高點出現(xiàn)在陰極的頭部[1]。. Hsu等人的計算結果（圖3）是基本相似的[1]。圖4顯示了速度矢量圖，由于電弧溫度高，速度難以測量，這方面缺乏精確的實驗數(shù)據(jù)進行對比。從圖4中可以看出，等離子體射流沖擊在平板陽極上并形成了漩渦。圖2 作者數(shù)值計算所得氬氣電弧等溫線圖3 . Hsu等人實驗和計算所得氬氣電弧等溫線[1]圖4 氬氣電弧的速度矢量圖氬氣在電場中電離，并在焦耳熱作用下升溫。它的溫度可以超過10000K以上，從而進入到熱等離子體的溫度范圍。實際上，陰極射流是由等離子體中的電子在洛倫茲力作用下形成的。而在MHD計算模型中，等離子體并不是被視為電
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