CC BY
48
Ал. Ф. Гайсин, Э. Р. Шакирова, И. Ш. Абдуллин,
Ф. М. Гайсин
ОСОБЕННОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА МЕЖДУ ДВУМЯ СТРУЯМИ ЭЛЕКТРОЛИТА
Ключевые слова: плазма, электролит, струя, медь, многоканальный разряд, гистограмма, ток, напряжение, длина и диаметр струи, насыщенный раствор NaCl, техническая вода, давление, аномальный
тлеющий разряд.
Представлены результаты экспериментального исследования электрического разряда (ЭР) между струйным электролитическим катодом и струйным электролитическим анодом. Выявлены особенности горения ЭР в смешанных струях. Приведены гистограммы распределения напряжения и тока разряда между струйными электролитическим катодом и струйным электролитическим анодом.
Keywords: plasma, electrolyte, jet, copper, glowing discharge, histogram, current, voltage, jet length and diameter, saturated NdCl solution, technical water, pressure, abnormal glow discharge.
Presented are the results of experimental investigation of the electric discharge between jet electrolyte cathode and jet electrolyte anode at atmospheric pressure. The specific features of discharge in mixed jets are revealed. The histograms of voltage and current values in a discharge between converging jets are presented.
1. Введение
Низкотемпературная плазма электрического разряда между двумя струями электролита представляет практический интерес [1]. Однако в настоящее время мало работ, посвященных исследованию электрического разряда между струйным электролитическим катодом и струйным электролитическим анодом в широком диапазоне давления, скорости струи, длины и диаметра струи [2]. До сих пор не установлены основные виды электрических разрядов между двумя струями электролита, нет ясного мнения о природе такого разряда, не установлен механизм электрического разряда между струйным электролитическим катодом и струйным электролитическим анодом. Практически на исследовано взаимодействие плазмы электрического разряда между двумя струями с твердыми телами. Все это задерживает разработку плазменных установок и новых технологических процессов с использованием электрических разрядов между двумя струями электролита. Экспериментальные исследования являются полезными не только с точки зрения практических применений, но имеют большое научное значение для изучения физических явлений и составления математических моделей.
2. Экспериментальная установка и методика измерений
Полное описание экспериментальной установки приведено в [2]. Она состоит из системы электрического питания и контроля электрических параметров разряда и разрядного устройства с электролитическими ячейками.
Разрядная камера состоит из струйного электролитического катода и струйного электролитического анода, а также электролитической ванны для сбора электролита. В качестве электролита использовали насыщенный раствор NaCl электролита в технической воде. Фотографирование разряда осуществлялось фотоаппаратом «Sony HDR - SR 72E» с разрешающей способностью 25 кадров в секунду. Величины напряжения и тока разряда измерялись с помощью мультиметра MY 68 класса точности 0,5. Относительные погрешности измерения напряжения и тока разряда не превышала 1,5 %.
3. Обсуждение результатов исследований
В случае смешения двух электролитических струй без электролитического разряда, наблюдаются следующие особенности. Обе струи до смешения являются однородными.
Первая струя до смешения имеет длину 5 мм, а вторая 10 мм. Диэлектрические трубки формируют две однородные струи. Угол между струями имеет а = 90°. В дальнейшем происходит смешение двух струй. Наблюдается расширение и сужение струй, а затем опять смешанные струи расширяются. На поверхности металлической пластины наблюдается капля. Выше указанные особенности двух струй существенно влияют на горение многоканального (МР) и аномально тлеющего разряда (АТР).
В процессе горения разряда при Р = 105 Па, I = 300мА и а = 60° происходит бурное
турбулентное смешивание плазмы МР и электролита с интенсивным свечением белого цвета
внутри области смешения, а по краям имеет желтый цвет. Анализ проведенных
5 3
экспериментальных данных показал, что с понижением давления от 10 до 10 Па многоканальный разряд переходит в аномальный тлеющий разряд синего цвета. Число микроканалов МР существенно зависит от lci, lc2, dc1, dc2, Gc1, Gc2, а также взаимного расположения двух разнополярных струй. В связи с этим исследованы гистограммы распределения вероятности напряжения и тока МР при атмосферном давлении.
Результаты экспериментального исследования плотности вероятности значения напряжения и тока разряда приведены на рис. 1 и 2 соответственно. После статистической обработки экспериментальных данных получены: средние значения напряжения и тока разряда Ucp = 356 В и 1ср = 0,08 А, среднеквадратическое отклонение oU = 4,78 и о1 = 0,02, моменты третьего порядка mU3 = - 77.27, т1з = -2.19 • 10-6, моменты четвертого mU4 = 1,11 • 103, mI4 = 2.18 • 10" порядка. Рассчитаны ассиметрии Аи = - 0,7, А1 = - 0,4, критерии по ассиметрии по напряжению 0,31 и току 0,32. Определены эксцессы Еи = - 0,88, EI = - 0,7, а также критерии по эксцессу 0,58 и 0,61. Анализ расчетных данных показал, что величины U и I не описываются распределением Гаусса из - за большой величины асимметрии.
4. Заключение
Установлены особенности смешения двух струй электролита с электрическим разрядом. Выявлено что число микроканалов МР существенно зависит от гидродинамических параметров струйного электролитического катода и струйного электролитического анода, а также взаимного расположения двух разнополярных струй.
Установлен переход МР в АТР с понижением давления. Определены гистограммы распределения вероятности напряжения и тока МР при атмосферном давлении. Установлено, что величины напряжения и тока разряда не описываются распределением Гаусса из-за большой величины асимметрии.
Рис. 1 - Гистограмма распределения
напряжения МР между сходящими струйным электролитическим катодом и струйным анодом при P = 105 Па, dci = dc2 = 2 мм, Id = lc2 = 30 мм, Gci = Gc2 = 8,4 г/с. Электролит, насыщенный раствор NaCl в технической воде
Рис. 2 - Гистограмма распределения тока МР между сходящими струйным электролитическим катодом и струйным анодом при P = 105 Па, dci = dc2 = 2 мм, lci = lc2 = 30 мм, Gci = Gc2 = 8,4 г/с. Электролит, насыщенный раствор NaCl в технической воде
Литература
1. Гайсин, Ф.М. Паровоздушные разряды между электролитическим катодом и металлическим анодом при атмосферном давлении Электрические разряды в парогазовой среде с нетрадиционными электродами / Ф.М.Гайсин, Э.Е. Сон // Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. Фортова В. Е. М.: Наука, 2000. - 241 с.
2. Гайсин, А.Ф. Струйный многоканальный разряд с электролитическими электродами в процессах обработки твердых тел: Монография / А.Ф. Гайсин, И.Ш. Абдуллин, Ф. М. Гайсин. - Казань: КГТУ, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2006. - 450 с.
© Ал. Ф. Гайсин - асп. каф. технической физики КНИТУ им. А.Н. Туполева, [email protected]; Э. Р. Шакирова - асп. той же кафедры, [email protected]; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, [email protected]; Ф. М. Гайсин - д-р физ.-мат. наук, проф., зав. каф. технической физики КНИТУ им. А.Н. Туполева, [email protected].
