A non-stationary model of the radial temperature distribution of the air arc

Abstract

Разработана оригинальная численная модель свободно горящего дугового разряда в воздухе при атмосферном давлении, позволяющая рассчитывать динамику температурного профиля, погонной проводимости и напряженности электрического поля разряда. В численной схеме использована техника адаптивного временного шага. Проведена оценка границ применимости данной модели для разрядов промышленной частоты. Проведен анализ корректности используемых приближений. Рассчитана зависимость времени химической релаксации воздушной плазмы от температуры. Исследованы зависимости основных характеристик дугового разряда от амплитуды тока, скорости радиальных конвективных потоков и мощности объемного излучения. Проведено 2D-моделирование разряда в условиях естественной конвекции с учетом магнитных сил. Результаты моделирования находятся в хорошем количественном соответствии с экспериментальными данными.

An original numerical model describing dynamics of the radial temperature distribution, linear conductivity and electric field strength of a nonstationary open air arc discharge was developed. In the proposed model, the technique of adaptive time-stepping was used. For the case of commercial frequency currents, the scope of model application and correctness of used approximations were analyzed. The temperature dependence of the chemical relaxation time of air plasma was calculated. Dependences of basic discharge characteristics on the electric current amplitude, radial convective flux velocity and net radiation power were investigated. 2D-modelling of the arc discharge was held under conditions of free convection and regarding magnetic forces. The obtained numerical results are in a good quantitative agreement with available experimental data.