Пульсации напряжения и тока высокочастотного емкостного разряда между медным электродом и струей электролита с понижением давления Текст научной статьи по специальности «Физика»

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ

УДК 537.525 Ал. Ф. Гайсин

ПУЛЬСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ЕМКОСТНОГО РАЗРЯДА МЕЖДУ МЕДНЫМ ЭЛЕКТРОДОМ И СТРУЕЙ ЭЛЕКТРОЛИТА С ПОНИЖЕНИЕМ ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: электролит, струя, частота, плазма, разряд.

Обнаружено, что максимумы и минимумы основной гармоники U и I промодулированы высокой частотой.

Key words: electrolyte, jet, frequency, plasma, discharge.

It was established that the main harmonics maximum and minimum of U and I are modulated by high frequency.

Введение

Большое число работ посвящено выяснению физических характеристик плазмы и механизмов, протекающих в ней процессов, включая особенности развития разрядов, влияние переноса компонентов контактирующих с плазмой растворов на формирование ее свойств. Имеются данные о спектральном составе излучения разрядов, концентрации электронов, заселенностях внутренних степеней свободы атомов и молекул в плазме [1-16].

В [11,12,15] представлены некоторые экспериментальные данные о горении высокочастотного емкостного разряда (ВЧЕР) в аргоновых пузырьках. В работах [13-16] проведены экспериментальные исследования ВЧЕР с непроточным и капельно-струйным

электролитическими электродами. Установлено, что между штыревым электродом и поверхностью электролита из насыщенного раствора №С1 в технической воде горит многоканальный разряд, который с ростом напряжения переходит в факельную форму ВЧЕР. Изучены разряды различной формы вдоль поверхности медной трубки и струйного электролитического электрода. Данная работа является продолжением экспериментальных исследований [13].

Целью данной работы является изучение пульсаций напряжения и тока высокочастотного емкостного разряда между струей электролита и медной пластиной.

Экспериментальная установка и методики исследования

Экспериментальная установка позволяет исследовать ВЧЕР в широком диапазоне Р=103 - 105 Па и ?7=1000 - 6000 В при частоте высокочастотного генератора ^ = 13,56 МГц. В качестве электролита в экспериментах использовался йодированный насыщенный раствор №С1 в технической воде.

Установка для изучения ВЧЕР между струей электролита и медной пластиной состоит из источника питания и вакуумной камеры. Медная трубка формирует струю электролита. Струя

электролита стекает в электролитическую ячейку. Расход струи электролита и скорость определяются по методике, описанной в статье [13]. Видеосъемка разряда осуществлялась через оптическое стекло на видеокамеру Sony HDR-SP72E (25 кадров в секунду).

Обсуждение экспериментальных данных

Эксперименты с высокочастотным емкостным разрядом между струей электролита и медным электродом в паровоздушной среде проводились в диапазоне Р=103-105Па, U=1000-6000В при /=13,56 МГц, длине струи электролита 4=40мм, диаметре струи электролита dc=4 мм, расходе струи электролита G=6.2 г/с, скорости струи электролитау=0.9 м/с.

Интересные особенности наблюдаются когда ВЧЕР горит между струей электролита 1 и медным пластинчатым электродом 2 (рис. 1 а и б). Обнаружены распределенные микроразряды ВЧЕР в форме гирлянд 3 вблизи объемного многоканального ВЧЕР - позиция 5 рис. 1 а, также гирлянды наблюдаются вблизи медной трубки 4 (рис.1 б). Их количество остается постоянным и равно семи.

На осциллограммах U и I рис. 2, 3 и 4 представлены колебания напряжения и тока разряда для различных давлений. Анализ осциллограмм рис. 2 показывает, что положительная полярность U совпадает с формой напряжения на холостом ходу. Амплитуда напряжения разряда возрастает до 1500 В, а размах I равен 32 А. Минимумы U и максимумы !амплитуды основной гармоники промодулированы с частотой 40 МГц. С понижением давления от 105 до 2-104 Па формы колебаний U и I меняется. Значительные изменения в форме наблюдаются в колебаниях напряжения разряда. Размах I уменьшается от 48 до 32 А(рис. 3). С дальнейшим уменьшением давления от 2-104до Р=103 Па размах/основной гармоники уменьшается еще больше до 16 А. Форма колебаний U имеет почти аналогичную форму, что при Р=2-104Па. Величина амплитуды U уменьшается от 500 до 180 В (рис. 4).

б

Рис. 1а-б - Фотография ВЧЕР между струей электролита и медной пластинкой при Р = 105Па, О = 6 г/с, V = 0.9 м/с, 1с = 40мм и йс = 4мм

У Щ м У Ш :

/ <а) 1«

ШшШШ

Рис. 2 - Осциллограммы напряжения и тока ВЧЕР между струей электролита и медным электродом при Р = 105Па, 1С = 40мм, йс = 4мм, О = 6 г/с, Л и = 1000 В/см, Л1 = 16 А/см, V = 0.9 м/с и развертка = 50ш/см

Рис. 3 - Осциллограммы напряжения и тока ВЧЕР между струйным электролитом и медным электродом при Р = 2-104Па, 1с = 40мм, йс =4 мм, О = 6 г/с, V = 0,9 м/с, Л и = 500 В/см, Л1=16 А/см, и развертка Л1= 50ш/см

Рис. 4 - Осциллограммы напряжения и тока ВЧЕР при Р = 103Па, 1С = 40мм, йс = 4мм, О = 6 г/с, V = 0,9 м/с, Л и = 200 В/см, Л1 = 8 А/см, и развертка Л1 = 50ш/см

Сравнение осциллограмм рис. 3 и рис. 4 показывает, что формы колебаний I практически не отличаются. Как минимумы, так и максимумы I амплитуды основной гармоники промодулированы с частотой 40 МГц. Анализ осциллограммы тока рис. 4 показал, что наблюдаются колебания I с частотой более 40 МГц. Эти колебания обусловлены также микроразрядами ВЧЕР между струей электролита и медной пластиной.

Заключение

В работе исследованы особенности колебания напряжения и тока высокочастотного емкостного разряда между струей электролита и медной пластинкой в широком диапазоне давления и напряжения.

Установлена существенная зависимость амплитуды тока разряда от формы и структуры многоканального ВЧЕР в исследованном диапазоне параметров.

Обнаружены распределенные

многоканальные ВЧЕР вдоль струи электролита в форме гирлянды.

Литература

1. Гайсин Ф.М., Сон Э.Е. Электрофизические процессы в разрядах с твердыми и жидкими электродами. Изд-во Уральского университета. 1989, 431 с.

2. Гайсин Ф.М., Сон Э.Е. Возникновение и развитие объемного разряда между твердыми и жидкими электродами // Химия плазмы. М.: 1990. Т. 16. С. 120

3. Хлюстова А.В., Сироткин Н.А., Максимов А.М.//Химия высоких энергий, 2010. Т. 44. №1. С. 77

4. Акишев Ю.С., Грушин М.Е., Каральник В.Б., Монич А.Е., Панькин М.В., Трушкин Н.И., Холоденко В.П., Чугунов В.А., Жиркова Н.А., Ирхина И.А., Кобзев Е.Н.//Физика плазмы, 2006, Т.32, №12, С. 1142

5. Анпилов А.М., Бархударов Э.М., Копьёв В.А., Коссый И.А., Силаков В.П. Вхождение атмосферного электрического разряда в воду// Физика плазмы, 2006, Т.32, №11, С.1048

6. Анпилов А.М., Бархударов Э.М., Копьёв В.А., Коссый И.А., Силаков В.П., Тактакишвили М.И., Темчин С.М.//Физика плазмы, 2004, Т.30, №7, С.683

7. Bruggeman P., Christophe L.//J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V.42. 053001

8. Гайсин Ал.Ф., Насибуллин Р.Т.//Физика плазмы. 2011. Т. 37. С. 959.

9. Гайсин Ал.Ф., Саримов Л.Р.//Физика плазмы. 2011. Т. 37. С. 574.

10. Гайсин Ал.Ф.//Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. С. 945.

11. Homma H, Katayama H and Yasuoka K 2008//IEEE Trans. Plasma Sci. 36 1344-5

12. Aoki Y, Kitano K and Hamaguchi S 2008// Plasma Sources Sci. Technol. 17 025006

13. Гайсин Ал.Ф.Дбдуллин И.Ш., Басыров Р.Ш., ХазиевР.М., СамитоваГ.Т., Шакирова Э.Ф. // Физика плазмы. 2014. Т. 40. С. 1095

14. Сон Э.Е., Садриев Р.Ш., ГайсинАл.Ф., БагаутдиноваЛ.Н., ГайсинФ.М., ШакироваЭ.Ф., АхатовМ.Ф., ГайсинАз.Ф., КаюмовР.Р.// Теплофизика высоких температур, 2014. Т.52, № 6. С. 961.

15. Гайсин Ал.Ф.//Теплофизика высоких температур, 2015. Т.53, №2. С. 18.

16. GaisinAl.F., SadrievR.Sh., Abdullin I. Sh., Zheltuhin V.S. COSTTD 1208/ 20 th Symposium on Application of Plasma Processes. Workshop on Application of Gaseons Plasma with Liguids. 2015. S. 160

© Ал. Ф. Гайсин, доцент, доцент кафедры «Технической физики» Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева, almaz87@mail.ru.

© Al. F. Gaisin, associate professor, associate professor the Department of Applied Physics Tupolev Kazan National Research Technical University, almaz87@mail.ru.