К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук




Скачать 55.46 Kb.
НазваниеК. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук
Дата публикации19.06.2014
Размер55.46 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > Математика > Документы
УДК 621.387.143

К.А. Корсунов, доцент, канд. техн. наук,

А.В. Чаленко, доцент, канд. техн. наук,

Р.Н. Брожко, ассистент


Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля

кв. Молодежный, 20-а, г. Луганск, Украина, 91034

tm@snu.edu.ua

МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРЕВА ЧАСТИЦ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА В ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕ



Представлены результаты численного моделирования процесса нагрева частиц порошкового материала в плазменной струе.

Ключевые слова: моделирование, плазменная струя, напыление, конвективно-радиационный теплообмен, обработка материала.
С целью снижения затрат времени и средств при разработке и внедрении в производство различных плазменных процессов в настоящее время все большее внимание уделяется развитию систем компьютерного моделирования, позволяющих выполнить анализ влияния различных факторов на условия и эффективность обработки материала в плазменной струе, а также обратного влияния обрабатываемого материала на параметры плазменной струи, приводящего, например, к снижению температуры и скорости плазменного потока. Используя полученные ранее результаты по численному моделированию параметров плазменной струи, генерируемой электродуговым плазмотроном [1], нами выполнено моделирование нагрева частиц порошкового материала в плазменной струе.

В основе расчетных программ лежит математическая модель движения и нагрева частицы обрабатываемого материала. Частица с начальным диаметром вводится в плазменную струю так, как показано на рисунке 1, при этом необходимо задать – координату точки ввода, – угол ввода частицы,  – диаметр транспортирующего канала и – расход транспортирующего газа.


Рисунок 1 – Схема ввода нагреваемых частиц в плазменную струю
Расчет нагрева частиц в плазменной струе основывается на решении нестационарного уравнения теплопроводности

, (1)

где – пространственно-временное распределение температуры частицы; , ,  – плотность, теплоемкость и теплопроводность материала частицы.

Уравнение (1) дополняется начальными и граничными условиями

, (2)

, . (3)

Здесь – вводимый через поверхность частицы тепловой поток; – текущий радиус частицы, который изменяется в результате испарения частицы, когда ее температура достигает значения . Будем считать, что скорость испарения не ограничивается скоростью разлета пара, а наличие пара вокруг частицы не ограничивает поступающий в нее тепловой поток. Обмен энергией между частицей и плазменной струей описывается на основе комбинированной модели конвективно-радиационного теплообмена [2,3]:

, (4)

где – температура плазмы в точке нахождения частицы, определяемая с учетом локального снижения температуры исходной струи за счет ее загрузки порошковым материалом. Коэффициент теплообмена оценивается на основе критериальной зависимости [3]:

. (5)

Здесь – число Нуссельта; – число Рейнольдса; – число Прандтля, вычисляемые с использованием в качестве характерного линейного размера диаметра разрядного канала плазмотрона d (индекс Т обозначает соответствующие свойства плазмы при температуре поверхности тела), причем числа Нуссельта и Рейнольдса находятся с использованием текущего значения скорости и радиуса частицы

, , (6)

– скорость плазменного потока в точке нахождения частицы, определяемая с учетом локального снижения скорости плазмы за счет загрузки порошковым материалом.

При описании движения частиц порошкового материала будем считать, что на частицу действует только сила аэродинамического сопротивления

, (7)

где – миделево сечение частицы, а коэффициент лобового сопротивления в диапазоне 1 < < 500 вычисляется по формуле Л.С. Клячко [3]:

. (8)

Расчет скорости частицы в плазменной струе сводится к решению уравнения движения

, (9)

причем будем считать, что частица движется в приосевой области плазменной струи.

Для приближенного определения величины снижения энтальпии (и, соответственно, температуры) и скорости плазменной струи за счет ее загрузки порошковым материалом используются следующие соотношения

, (10)

, (11)

где – коэффициент загрузки струи порошком, ; – массовый расход обрабатываемого материала; G – массовый расход плазмообразующего газа (воздуха); – приращение энтальпии частицы; – дельта-функция.

На рисунках 2, 3, 4 в качестве примера приведены результаты расчета нагрева частиц порошка Al2O3 в воздушной плазменной струе при следующих параметрах работы плазмотрона: 5∙10-3 м, 10-3 кг/с, 250 А. Теплофизические данные материала взяты из [4]. Параметры ввода порошка следующие: диаметр частиц порошка = 40∙10-6 м, угол ввода , = 5∙10-3 м, расход транспортирующего газа  кг/с. В расчетах принималось, что частица является термически тонкой (критерий Био Bi<1), и она движется на оси плазменной струи. Как видно из рисунков 2 и 3, частицы порошка нагреваются вплоть до температуры кипения (Ткип= 3253 К) и некоторое время происходит их интенсивное испарение, что приводит к уменьшению диаметра частицы на 1,8% и потере массы на 5,4% (рисунок 4).

а) б)

Рисунок 2 – Рассчитанные значения скорости (а) и температуры (б) частицы

при массовом расходе порошка = 2 кг/ч


а) б)

Рисунок 3 – Рассчитанные значения скорости (а) и температуры (б) частицы

при массовом расходе порошка = 4 кг/ч


Рисунок 4 – Изменение диаметра частицы порошка Al2O3 при нагреве

в плазменной струе (массовый расход = 2 кг/ч)
Таким образом, разработанная математическая модель физических процессов, протекающих в плазменной струе, а также при ее взаимодействии с частицами порошкового материала, позволяет с помощью пакета прикладных программ реализовать компьютерное моделирование нагрева частиц в плазменной струе и оценить технологические параметры процесса нанесения покрытий. Дальнейшее развитие систем компьютерного моделирования процесса обработки порошкового материала в воздушной плазменной струе связано с учетом таких факторов, как изменение состава кнудсеновского слоя плазмы вблизи поверхности частицы за счет испарения материала частицы и наличие электронного и ионного токов из плазмы в частицу.
Библиографический список использованной литературы

1. Дзюба В.Л. Численный расчет параметров воздушной плазменной струи / В.Л. Дзюба, К.А. Корсунов, Г.С. Калюжный, С.Н. Сергиенко // Сборник трудов ДонГТУ. — Алчевск, ДонГТУ. — 2009. — Вып. 29. — С. 305–312.

2. Компьютерное моделирование процесса плазменного напыления / Ю.С. Борисов [и др.] // Автоматическая сварка. — 2000. — № 12. –— С.42–51.

3. Донской А.В. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении / А.В. Донской, В.С. Клубникин. — Л.: Машиностроение, 1979. — 221 с.

4. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Поступила в редакцию 19.04.2011 г.

Корсунов К.А., Чаленко А.В., Брожко Р.М. Моделювання нагрівання частинок порошкового матеріалу в плазмовому струмені

Наведені результати чисельного моделювання процесу нагрівання частинок порошкового матеріалу в плазмовому струмені.

Ключові слова: моделювання, плазмовий струмінь, напилення, конвективно-радіаційний теплообмін, обробка матеріалу.
Korsunov K.A., Chalenko A.V., Brogeko R.N. Modeling heating of particles of powder material in a plasma jet

The numerical results of modeling of the heating process for particles of powder material in a plasma jet are presented.

Keywords: modeling, plasma jet, coating, convection-radiation heat exchange, material processing.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconКонструкции и изделия железобетонные радиационный метод определения толщины
Л. Г. Родэ, канд техн наук; В. А. Клевцов, д-р техн наук; Ю. К. Матвеев; И. С. Лифанов; В. А. Воробьев, д-р техн наук; Н. В. Михайлова,...

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconЗвенья железобетонные безнапорных труб прямоугольного сечения для...
С. Н. Путилова (руководитель темы); Е. Ф. Кульженко; Г. М. Реминец, канд техн наук; А. С. Герус; В. И. Мелихов, канд техн наук; К....

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср    
И. В. Богданова, канд хим наук; И. Е. Ковалева, канд техн наук; З. Б. Энтин, канд техн наук (руководители темы); С. Г. Незнамова;...

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconМетодические указания к выполнению курсового проекта по курсу
Составители: доцент, канд техн наук М. Ф. Бронжаев, доцент, канд техн наук Т. В. Мишурова

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconФотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1
Быканова В. В., аспирант, 1Козу П. А., канд техн наук, доцент, 1Булавин В. И., канд хим наук, профессор, 2Козуб С. Н., канд техн...

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconГосударственный стандарт союза сср установки парогазовые
Е. Н. Прутковский, д-р техн наук (руководитель темы); Г. Г. Ольховский, д-р техн наук; В. П. Дробот, канд техн наук; Н. С. Чернецкий,...

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconДержавні будівельні норми україни система стандартів безпеки праці...
Клименко; В. Кокшарьов, канд техн наук; Павлюк, канд техн наук; C. Полонська, канд техн наук(відповідальний виконавець); Р. Цесіс...

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconМетодические рекомендации по формированию на предприятиях и объединениях...
Е. С. Миронова; Н. А. Михайлов, канд геол минер наук; Л. К. Плетников; Е. Б. Соснина; В. А. Улицкий, канд физ мат наук; С. В. Чернова;...

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук iconСправочник Под ред. И. А. Ушакова. Справочник надежность технических систем
Рецензенты: докт техн наук проф. А. И. Перроте, докт техн наук проф. Ф. И. Кузьмин, канд техн наук А. Н. Явриян, канд техн наук Э....

К. А. Корсунов, доцент, канд техн наук, А. В. Чаленко, доцент, канд техн наук icon...
Ниис минтрансстроя СССР (д-р техн наук А. И. Кузнецов), Проектным институтом Минсудпрома (П. Ф. Кучерявенко; канд техн наук Ю. М....

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<