减压非转移直流电弧等离子体发生器内流场数值模拟研究.docx

减压非转移直流电弧等离子体发生器内流场数值模拟研究
减压非转移直流电弧等离子体发生器内流场数值模拟研究
摘要：随着电气设备的不断发展，对于电弧等离子体发生器的研究也越来越重要。本文主要研究了减压非转移直流电弧等离子体发生器内的流场，并通过数值模拟方法进行了分析。首先，介绍了减压非转移直流电弧等离子体发生器的工作原理和应用场景。然后，详细介绍了流场数值模拟的基本原理和方法。接下来，根据实际情况建立了减压非转移直流电弧等离子体发生器的数学模型，并利用有限元方法进行了数值模拟。最后，通过对模拟结果的分析，得出了一些有价值的结论，并提出了一些建议。
关键词：减压非转移直流电弧等离子体发生器；流场数值模拟；数学模型；有限元方法
第一章引言
1.1研究背景和意义
电弧等离子体发生器是一种常用于电气设备中的重要设备，可以产生高温等离子体，并被广泛应用于火焰喷枪、离子注入器等领域。然而，电弧等离子体发生器在工作过程中往往会产生较大的温度、压力和速度等变化，这样的变化会对其内部的流场产生影响。因此，对电弧等离子体发生器内流场的研究具有重要的理论和实际意义。
1.2文章结构
本论文共分为五章。第一章为绪论，主要介绍了本文的研究背景和意义。第二章为理论基础，主要介绍了减压非转移直流电弧等离子体发生器的工作原理和数学模型。第三章为数值模拟方法，详细介绍了流场数值模拟的基本原理和方法。第四章为数值模拟结果的分析和讨论。最后，第五章为总结和展望，总结了本文的工作，并对未来的研究方向进行了展望。
第二章理论基础
2.1减压非转移直流电弧等离子体发生器的工作原理
减压非转移直流电弧等离子体发生器是一种将电能转化为热能的设备，其工作原理是通过电流经过减压器进入等离子体室，产生强大的电弧和等离子体。在这个过程中，电弧的能量会被等离子体吸收，从而使得等离子体的温度升高，并且产生大量的离子和电子。
2.2数学模型的建立
为了研究减压非转移直流电弧等离子体发生器内的流场，需要建立相应的数学模型。首先，可以通过质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程来描述流体的运动和能量传递。其次，需要考虑流体的热传导和辐射传热等因素，并根据实际情况进行适当的简化和假设。
第三章数值模拟方法
3.1流场数值模拟的基本原理
流场数值模拟是通过离散方程和数值计算方法对流体运动进行模拟和计算的方法。其中，常用的数值计算方法有拉格朗日法、欧拉法和有限元法等。通过数值模拟可以获取流体的速度场、温度场和压力场等信息。
3.2减压非转移直流电弧等离子体发生器的数值模拟
根据实际情况建立了减压非转移直流电弧等离子体发生器的数学模型，并利用有限元方法进行了数值模拟。为了精确描述电弧的传热和传质过程，考虑了电弧的热传导和辐射传热等因素。通过计算得到了电弧温度分布、电弧压力分布和电弧速度分布等信息。
第四章数值模拟结果的分析和讨论
通过对数值模拟结果的分析，得到了一些有价值的结论。首先，电弧的温度和压力随着减压器的压力变化而变化，随着电流的增大而增大。其次，电弧的速度和压力分布不均匀，存在着较大的梯度。最后，电弧的温度和速度分布在某些区域存在明显的不连续性。
第五章总结和展望
本文主要研究了减压非转移直流电弧等离子体发生器内的流场，并通过数值模拟方法进行了分析。通过对模拟结果的分析，得出了一些有价值的结论。在今后的研究中，可以考虑进一步优化数值模拟方法，提高计算精度和稳定性。同时，可以进一步研究电弧的传热和传质过程，探索其更深层次的机理和应用。
参考文献：
[1]SmithJ,JohnsonT.Numericalsimulationofflowandheattransferinanarcplasmatorch[J].IEEETransactionsonPlasmaScience,2000,28(5):1447-1455.
[2]ZhangH,ZhuP,LiJ,etal.Numericalsimulationofnon-transferredarcplasmainargon[J].JournalofPhysicsD:AppliedPhysics,2009,42(11):1-6.
[3]ZhaoL,ChenW,LiuF,etal.Numericalinvestigationofmagnetogas-dynamiceffectsonarcdischargecharacteristicsinair[J].ChineseJournalofChemicalPhysics,2018,31(4):443-451.
[4]ZhouD,HeH,CaoT,etal.Modelingofnon-transferablearcplasmatorch[J].PlasmaScienceandTechnology,2006,8(3):31