Математические модели плазменных электротехнологических процессов

Владимир Яковлевич Фролов, Владимир Николаевич Иванов, Дмитрий Владимирович Иванов, Vladimir Y. FROLOV, Vladimir N. IVANOV, Dmitriy V. IVANOV

Аннотация


На кафедре «Электротехника и электроэнергетика» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого выполняются разработки различных плазменных электротехноло­гических процессов с применением методов математического моделирования. Представлена базо­вая математическая модель для расчета плазменных электротехнологических процессов и приве­дены результаты расчета по разработанным моделям воздушно-дугового плазмотрона для нанесе­ния покрытий; высокочастотного индукционного плазмотрона для очистки кремния; комбиниро­ванного плазмотрона для получения наноматериалов; плазменной струи, загруженной мелкодис­персным порошком; аргоно-дуговой сварки и плазменной сварки. Полученные при математическом моделировании результаты подтверждаются экспериментальными исследованиями, что позволя­ет говорить об адекватности разработанных моделей.

Ключевые слова


электротехнологии; плазменные процессы; плазмотроны; математическое моделирование; распределение температуры

Полный текст:

PDF

Литература


Фролов В.Я. Электротехнологические промышленные ус­тановки. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009, 571 с.

Иванов В.Н., Никитин Б.М., Брыков С.И., Эйленкриг Г.С., Русанов В.Д., Животов В.К., Дресвин С.В., Иванов Д.В. Высокоэффективные плазменные технологии для нефтяной и газовой промышленности. — Экспозиция Нефть Газ, 2010, № 1, с. 13—17.

Freton P., Gonzalez J.J., Ranarijaona Z., Mougenot J. Energy equation formulations for two-temperature modelling of ‘thermal’ plasmas. — J. Phys. D: Appl. Phys, 2012, vol. 45, p. 465206 (22 pp).

Baeva M. Non-equilibrium Modeling of Tungsten-Inert Gas Arcs. - Plasma Chem. Plasma Process., 2017, vol. 37, pp. 341—370.

El-Hage M., Mostaghimi J., Boulos M. A Turbulent Flow Model for the RF Inductively Coupled Plasma. — J. Appl. Phys, 1989, vol. 65, No. 11, pp. 4178—4185.

Chen K., Boulos M. Turbulence in Induction Plasma Modeling. — J. Phys. D: Appl. Phys., 1994, vol. 27, pp. 946—952.

Frolov V., Murashov I., Ivanov D. Special Aspects of DC Air Plasma Torch’s Operating Modes under Turbulent Flow Conditions. — Plasma Physics and Technology, 2015, vol. 2, No. 2, pp. 129—133.

Фролов В.Я., Иванов Д.В., Шибаев М.А. Моделирование плазменного процесса получения нанопорошковых материалов с помощью комбинированного плазмотрона. — Письма в Жур­нал технической физики, 2014, т. 40, № 16, с. 1—7.

Энгельшт В.С., Гурович В.Ц., Десятков Г.А. и др. Теория столба электрической дуги. Т. 1. Низкотемпературная плазма.— Новосибирск: Наука. 1990, 376 с.

Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications, vol. 1. — New York: Plenum Press, 1994, 452 p.

Фролов В.Я., Иванов Д.В., Мурашов Ю.В., Сиваев А.Д. Расчет состава плазмы дугового импульсного разряда в мультикамерном разряднике. — Письма в Журнал технической физи­ки, 2015, т. 41, №. 7, с. 8—15.

Суперкомпьютерный центр «Политехнический» [Элек­тронный ресурс] — Режим доступа: http://scc.spbstu.ru/ index.php/resources/software, свободный.

Фролов В.Я., Петров Г.К., Юшии Б.А., Иванов Д.В. Дос­тижения в области воздушно-плазменной технологии нанесе­ния покрытий. — Индукционный нагрев, 2013, №. 1 (23), с. 29—35.

Фролов В.Я., Юшин Б.А., Чуркин И.С. Плазменная тех­нология нанесения декоративных покрытий. — Металлообра­ботка, 2009, № 1, с. 20-23.

Фролов В.Я., Дубов М.В., Юшин Б.А. Анализ теплового состояния струйных плазмотронов. — Научно-технические ве­домости Санкт-Петербургского государственного политехниче­ского университета, 2009, № 78, с. 125—129.

Baeva M., Zalach J., Uhrlandt D., Petrov G., Ushin B., Ivanov D., Frolov V. Study of plasma torches used for air plasma spraying of protective and decorative coatings. — 19th Symposium on Physics of Switching Arc 2011, FSO 2011, 2011, pp. 105—108.

Murashov I., Frolov V., Ivanov D. Numerical simulation of DC air plasma torch modes and plasma jet instability for spraying technology. — Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers In Electrical And Electronic Engineering Conference, ELCONRUSNW 2016, 2016, pp. 625—628.

Benmansour M. Dnveloppement, conta^le et modfflisation d’un procйdй de projection de poudres de silicium par plasma RF — application aux couches minces photovolta^^s. — Universite Pierre et Marie Curie, 2003, 263 p.

Фролов В.Я., Лопота А.В., Петров Г.К., Иванов Д.В. Раз­работка дугового плазмотрона постоянного тока для иницииро­вания индуктивно связанной плазмы. — Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехни­ческого университета, 2010, № 110, с. 319—324.

Фролов В.Я., Лопота А.В., Иванов Д.В. Высокочастот­ный индукционный плазмотрон для получения наноматериа­лов. — Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, 2011, № 117, с. 146—151.

Frolov V., Ivanov D., Zverev S., Ushin B., Petrov G., Matveev I. Experimental investigations of the hybrid plasma torch with reverse vortex stabilization. — Romanian Journal in Physics, 2011, vol. 56, No. SUPPL, pp. 36—40.

Frolov V., Ivanov D., Shibaev M. Plasma installation for TiO2 fine powder production: mathematical simulation. — Plasma Physics and Technology, 2016, vol. 3, No. 2, pp. 57—61.

Фролов В.Я., Кархин В.А., Зверев С.Г., Иванов Д.В. Мо­делирование процесса испарения мелко дисперсного порошка в плазменной струе для получения наноматериалов. — Науч­но-технические ведомости Санкт-Петербургского государст­венного политехнического университета, 2010, № 110, с. 308—319.

Toropchin A., Frolov V., Uhrlandt D. Calculation of the weld pool profile coupled with the arc simulation in a TIG process using software ANSYS CFX. — 20th Symposium on Physics of Switching Arc 2013, FSO 2013, 2013, pp. 301—304.

Фролов В.Я., Торопчин А.И. Влияние параметров плаз­мы дуги на форму сварочной ванны. — Письма в Журнал техни­ческой физики, 2015, т. 41, № 13, с. 41—47.

Toropchin A., Frolov V., Pipa A.V., Kazakov R., Uhrlandt D. Influence of the arc plasma parameters on the weld pool profile in TIG welding. — Journal of Physics: Conference Series, 2014, т. 550, p. 012004.

Торопчин А.И. Разработка модели и исследование про­цесса взаимодействия сжатой электрической дуги с технологи­ческим объектом: Дис. ... канд. техн. наук. — Санкт-Петербург­ский политехнический университет Петра Великого, 2015, 118 с.

Tanaka M., Lowke J.J. Predictions of weld pool profiles using plasma physics. — J. Phys. D: Appl. Phys., 2007, vol. 40, pp. R1—R23.

Frolov V.Ya. Elektrotehnologicheskiye promyshlennye ustanovki (Electrotechnological industrial installations). St.Petersburg, Poytechnical University, 2009, 571 p.

Ivanov V.N., Nikitin B.M., Brykov S.I., Eilenkrig G.S., Rusanov V.D., Zhivotov V.K., Dresvin S.V., Ivanov D.V. Ekspozitsiya Neft’ Gaz — in Russ. (Exposition Oil Gas), 2010, No. 1, pp. 13—17.

Freton P., Gonzalez J.J., Ranarijaona Z., Mougenot J. J. Phys. D: Appl. Phys., 2012, vol. 45, p. 465206 (22 pp).

Baeva M. Plasma Chem. Plasma Process., 2017, vol. 37, pp. 341—370.

El-Hage M., Mostaghimi J., Boulos M. A J. Appl. Phys., 1989, vol. 65, № 11, pp. 4178—4185.

Chen K., Boulos M. J. Phys. D: Appl. Phys., 1994, vol. 27, pp. 946—952.

Frolov V., Murashov I., Ivanov D. Plasma Physics and Technology, 2015, vol. 2, No. 2, pp. 129—133.

Frolov V.Ya., Ivanov D.V., Shibayev M.A. Pis’ma v Zhurnal tehnicheskoi fiziki — in Russ. (Letters to the Technical Physics), 2014, t. 40, No. 16, pp. 1—7.

Engel’sht V.S., Gurovich V.Ts., Desyatkov G.A. et al. Teoriya stolba elektricheskoi dugi. T. 1. Nizkotemperaturnaya plazma (Theory of electric arc column. Vol 1. Low-temperature plasma). Novosibirsk, Publ. «Nauka», 1990, 376 p.

Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Thermal Plasmas: Fundamentals and Applications, vol. 1. — New York: Plenum Press, 1994, 452 p.

Frolov V.Ya., Ivanov D.V., Murashov Yu.V., Sivayev A.D. Pis’ma v Zhurnal tekhnicheskoi fiziki — in Russ. (Letters to the Technical Physics Journal), 2015, vol. 41, No. 7, pp. 8—15.

Superkomputernyi tsentr «Politekhnicheskii» [Electronic resource]: http://scc.spbstu.ru/index.php/resources/software

Frolov V.Ya., Petrov G.K., Yushin B.A., Ivanov D.V. Induktsionnyi nagrev — in Russ. (Induction heating), 2013, No. 1 (23), pp. 29—35.

Frolov V.Ya., Ushin B.A., Churkin I.S. Metalloobrabotka — in Russ. (Metal treatment), 2009, No. 1, pp. 20—23.

Frolov V.Ya., Dubov M.V., Ushin B.A. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbPU — in Russ. (Science-technical Statements of St. Petersburg State Polytechnical University), 2009, No. 78, pp. 125—129.

Baeva M., Zalach J., Uhrlandt D., Petrov G., Ushin B., Ivanov D., Frolov V. Proc. of the 19th Symposium on Physics of Switching Arc 2011, FSO 2011, 2011, pp. 105—108.

Murashov I., Frolov V., Ivanov D. Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Section Young Researchers In Electrical And Electronic Engineering Conference, ELCONRUSNW 2016, 2016, pp. 625—628.

Benmansour M. Diveloppement, contrive et modilisation d’un procidi de projection de poudres de silicium par plasma RF — application aux couches minces photovoltanques. — Universiti Pierre et Marie Curie, 2003, 263 p.

Frolov V.Ya., Lopota A.V., Petrov G.K., Ivanov D.V. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbPU — in Russ. (Science-technical Statements of St. Petersburg State Polytechnical University), 2010, No. 110, pp. 319—324.

Frolov V.Ya., Lopota A.V., Ivanov D.V. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbPU — in Russ. (Science-technical Statements of St. Petersburg State Polytechnical University), 2011, No. 117, pp. 146—151.

Frolov V., Ivanov D., Zverev S., Ushin B., Petrov G., Matveev I. Romanian Journal in Physics, 2011, vol. 56, № SUPPL, pp. 36—40.

Frolov V., Ivanov D., Shibaev M. Plasma Physics and Technology, 2016, t. 3, No. 2, pp. 57—61.

Frolov V.Ya., Karkhin V.A., Zverev S.G., Ivanov D.V. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbPU — in Russ. (Science-technical Statements of St. Petersburg of St. Petersburg State Polytechnical University), 2010, No. 110, pp. 308—319.

Toropchin A., Frolov V., Uhrlandt D. Proc. of the 20th Symposium on Physics of Switching Arc 2013, FSO 2013, 2013, pp. 301—304.

Frolov V.Ya., Toropchin A.I. Pis’ma v Zhurnal tekhnicheskoi fiziki — in Russ. (Letters to the Technical Physics Journal), 2015, t. 41, No. 13, pp. 41—47.

Toropchin A., Frolov V., Pipa A.V., Kazakov R., Uhrlandt D. Journal of Physics: Conference Series, 2014, vol. 550, p. 012004.

Toropchin A.I. Razrabotka modeli i issledovaniye protsessa vzaimodeistviya szhatoi elektricheskoi dugi s tekhnologicheskim ob’yektom: Diss...kand. tekhn. nauk (Development of a model and study of the process of a compressed electric arc with a technological object: Autors abstract of Cand. Sci. (Eng.)). Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, 2015, 118 p.

Tanaka M., Lowke J.J. J. Phys. D: Appl. Phys., 2007, vol. 40, pp. R1—R23.




DOI: http://dx.doi.org/10.24160/0013-5380-2018-7-54-60

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share