Numerical modeling of electric arcs with water wartex and hybrid stabilizations

0309007 - ÚFP 2009 RIV US eng C - Conference Paper (international conference)
Jeništa, Jiří - Bartlová, M. - Aubrecht, V.
Numerical modeling of electric arcs with water wartex and hybrid stabilizations.
[Numerické modelování elektrických oblouků s vodní vírovou a hybridní stabilizací.]
Complex Systems, 5th International Workshop on Complex Systems. Melville, New York, 2008: American Institute of Physics, 2008 - (Tokuyama, M.; Oppenheim, J.; Nishiyama, H.), s. 554-560. AIP Conference Proceedings, 982. ISBN 978-0-7354-0501-1. ISSN 0094-243X.
[International Workshop on Complex Systems/5th./. Sendai (JP), 25.09.2008-28.09.2008]
Institutional research plan: CEZ:AV0Z20430508
Keywords : arc discharge * divergence of radiation flux * partial characteristics * radiation model * reabsorption
Subject RIV: BL - Plasma and Gas Discharge Physics

Numerical investigation of radiation properties in the worldwide unique type of thermal plasma generator with water vortex stabilization (Gerdien arc) and combined stabilization of arc by argon (Ar) flow and water vortex (the so called hybrid arc) has been carried out. A two-dimensional axisymmetric numerical model describes the region between the inlet and outlet nozzles in the arc discharge chamber. It is assumed that plasma flow is steady, laminar, compressible and in the state of local thermodynamic equilibrium. The governing equations are solved numerically by the Finite Volume Method. Results carried out for the water arc for 150-600 A proved that typical outlet velocities are 0.7-8 km s-1, temperatures 14 000 K-26 000 K, the voltage drop 110-200 V, the pressure drop 0.02-0.4 atm, and the Mach numbers range from 0.1 to 0.8. The hybrid arc exhibits higher outlet velocities under the practically unchanged plasma enthalpy compared to Gerdien arc.

Tato práce se zabývá studiem radiačních vlastností ve světově unikátním typu generátoru termického plazmatu se stabilizací vodním vírem (Gerdienův oblouk) a v oblouku s kombinovanou stabilizací proudem argonu a vodním vírem (tzv. hybridní oblouk). Dvojrozměrný osově symetrický numerický model popisuje oblast mezi vstupní a výstupní tryskou ve výbojové komoře. Předpokládá se, že proudění plazmatu je stacionární, laminární, stlačitelné a ve stavu lokální termodynamické rovnováhy. Řídící rovnice jsou řešeny numericky metodou kontrolních objemů. Výsledky provedené pro vodní oblouk pro proudy 150-600 A prokázaly, že typické výstupní rychlosti jsou 0.7-8 km s-1, teploty 14 000 K-26 000 K, spády potenciálu 110-200 V, tlakové spády 0.02-0.4 atm. a Machovo číslo je v rozmezí 0.1 až 0.8. Hybridní výboj vykazuje vzhledem ke Gerdienově oblouku vyšší výstupní rychlosti při téměř nezměněné entalpii plazmatu. Množství reabsorbovaného záření pro proudy 150-600 A.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0161272