Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation
Introduction. Work on the creation and throwing of plasma formations is carried out in the world's leading scientific centers in various ways. The creation of a plasma formation with duration of several milliseconds and its acceleration in an open atmospheric environment to a distance of 0.5-0....
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine”
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/286004 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Репозитарії
Electrical Engineering & Electromechanics| id |
eiekhpieduua-article-286004 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Electrical Engineering & Electromechanics |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| topic |
імпульсний індукційний прискорювач плазмового утворення математична модель електромеханічні та теплові процеси експериментальні дослідження pulse induction accelerator of plasma formation mathematical model electromechanical and thermal processes experimental studies |
| spellingShingle |
імпульсний індукційний прискорювач плазмового утворення математична модель електромеханічні та теплові процеси експериментальні дослідження pulse induction accelerator of plasma formation mathematical model electromechanical and thermal processes experimental studies Korytchenko, K. V. Bolyukh, V. F. Buriakovskyi, S. G. Kashansky, Y. V. Kocherga, O. I. Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation |
| topic_facet |
імпульсний індукційний прискорювач плазмового утворення математична модель електромеханічні та теплові процеси експериментальні дослідження pulse induction accelerator of plasma formation mathematical model electromechanical and thermal processes experimental studies |
| format |
Article |
| author |
Korytchenko, K. V. Bolyukh, V. F. Buriakovskyi, S. G. Kashansky, Y. V. Kocherga, O. I. |
| author_facet |
Korytchenko, K. V. Bolyukh, V. F. Buriakovskyi, S. G. Kashansky, Y. V. Kocherga, O. I. |
| author_sort |
Korytchenko, K. V. |
| title |
Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation |
| title_short |
Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation |
| title_full |
Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation |
| title_fullStr |
Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation |
| title_full_unstemmed |
Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation |
| title_sort |
electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation |
| title_alt |
Електромеханічні та теплофізичні процеси в імпульсному індукційному прискорювачі плазмового утворення |
| description |
Introduction. Work on the creation and throwing of plasma formations is carried out in the world's leading scientific centers in various ways. The creation of a plasma formation with duration of several milliseconds and its acceleration in an open atmospheric environment to a distance of 0.5-0.6 m was achieved. To create plasma, the energy of the primary discharge circuit is used, followed by the acceleration of the gas-plasma formation with the help of the energy of the secondary circuit. Plasma formation is also obtained due to the electric explosion of a conductor in a rapidly decreasing strong magnetic field, etc. The purpose of the article is a theoretical and experimental study of electromechanical and thermophysical processes in a pulsed induction accelerator, which ensures the creation of plasma formation due to thermal ionization as a result of the electric explosion of the conductor and its throwing in the atmospheric environment relative to the inductor. Method. For the analysis of electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation (IIPP), a mathematical model of the accelerator was developed and implemented in the Сomsol Multiphysics software package, in which the anchor does not change its shape and aggregate state during operation and takes into account the parameters of the accelerator distributed in space. Results. Calculated electromechanical and thermal characteristics of the accelerator. It is shown that the temperature rise in the aluminum foil anchor is significantly uneven. The maximum temperature value occurs in the middle part of the foil closer to the outer edge, and this temperature is significantly higher than the boiling point of aluminum. Scientific novelty. Experimental studies of the IIPP were carried out, in which the armature is made of aluminum and copper foil, and the inductor connected to the high-voltage capacitive energy storage device is made in the form of a flat disk spiral. It was established that during the operation of the IIPP, the armature goes into a plasma state and moves vertically upwards, turning into a three-dimensional lump or a pile of small particles that rose to a considerable height relative to the inductor. Experimentally, the characteristic circular circuit of thermal heating of the copper foil of the anchor, which is fixed on a glass-textolite sheet, is shown, which indicates a similar nature of plasma formation. Practical value. The results of experimental studies with an accuracy of up to 15 % coincide with the calculated ones and show the validity of the IIPP concept, in which, due to the high density of the induced current in the armature, thermal ionization occurs as a result of an electric explosion of the conductor with its transition to the plasma state. And the interaction of the plasma formation with the magnetic field of the inductor leads to the appearance of an electrodynamic force that ensures its movement in the open atmospheric environment. |
| publisher |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://eie.khpi.edu.ua/article/view/286004 |
| work_keys_str_mv |
AT korytchenkokv electromechanicalandthermophysicalprocessesinthepulseinductionacceleratorofplasmaformation AT bolyukhvf electromechanicalandthermophysicalprocessesinthepulseinductionacceleratorofplasmaformation AT buriakovskyisg electromechanicalandthermophysicalprocessesinthepulseinductionacceleratorofplasmaformation AT kashanskyyv electromechanicalandthermophysicalprocessesinthepulseinductionacceleratorofplasmaformation AT kochergaoi electromechanicalandthermophysicalprocessesinthepulseinductionacceleratorofplasmaformation AT korytchenkokv elektromehaníčnítateplofízičníprocesivímpulʹsnomuíndukcíjnomupriskorûvačíplazmovogoutvorennâ AT bolyukhvf elektromehaníčnítateplofízičníprocesivímpulʹsnomuíndukcíjnomupriskorûvačíplazmovogoutvorennâ AT buriakovskyisg elektromehaníčnítateplofízičníprocesivímpulʹsnomuíndukcíjnomupriskorûvačíplazmovogoutvorennâ AT kashanskyyv elektromehaníčnítateplofízičníprocesivímpulʹsnomuíndukcíjnomupriskorûvačíplazmovogoutvorennâ AT kochergaoi elektromehaníčnítateplofízičníprocesivímpulʹsnomuíndukcíjnomupriskorûvačíplazmovogoutvorennâ |
| first_indexed |
2024-06-01T14:40:39Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:40:39Z |
| _version_ |
1800670113222885376 |
| spelling |
eiekhpieduua-article-2860042023-08-21T18:26:45Z Electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation Електромеханічні та теплофізичні процеси в імпульсному індукційному прискорювачі плазмового утворення Korytchenko, K. V. Bolyukh, V. F. Buriakovskyi, S. G. Kashansky, Y. V. Kocherga, O. I. імпульсний індукційний прискорювач плазмового утворення математична модель електромеханічні та теплові процеси експериментальні дослідження pulse induction accelerator of plasma formation mathematical model electromechanical and thermal processes experimental studies Introduction. Work on the creation and throwing of plasma formations is carried out in the world's leading scientific centers in various ways. The creation of a plasma formation with duration of several milliseconds and its acceleration in an open atmospheric environment to a distance of 0.5-0.6 m was achieved. To create plasma, the energy of the primary discharge circuit is used, followed by the acceleration of the gas-plasma formation with the help of the energy of the secondary circuit. Plasma formation is also obtained due to the electric explosion of a conductor in a rapidly decreasing strong magnetic field, etc. The purpose of the article is a theoretical and experimental study of electromechanical and thermophysical processes in a pulsed induction accelerator, which ensures the creation of plasma formation due to thermal ionization as a result of the electric explosion of the conductor and its throwing in the atmospheric environment relative to the inductor. Method. For the analysis of electromechanical and thermophysical processes in the pulse induction accelerator of plasma formation (IIPP), a mathematical model of the accelerator was developed and implemented in the Сomsol Multiphysics software package, in which the anchor does not change its shape and aggregate state during operation and takes into account the parameters of the accelerator distributed in space. Results. Calculated electromechanical and thermal characteristics of the accelerator. It is shown that the temperature rise in the aluminum foil anchor is significantly uneven. The maximum temperature value occurs in the middle part of the foil closer to the outer edge, and this temperature is significantly higher than the boiling point of aluminum. Scientific novelty. Experimental studies of the IIPP were carried out, in which the armature is made of aluminum and copper foil, and the inductor connected to the high-voltage capacitive energy storage device is made in the form of a flat disk spiral. It was established that during the operation of the IIPP, the armature goes into a plasma state and moves vertically upwards, turning into a three-dimensional lump or a pile of small particles that rose to a considerable height relative to the inductor. Experimentally, the characteristic circular circuit of thermal heating of the copper foil of the anchor, which is fixed on a glass-textolite sheet, is shown, which indicates a similar nature of plasma formation. Practical value. The results of experimental studies with an accuracy of up to 15 % coincide with the calculated ones and show the validity of the IIPP concept, in which, due to the high density of the induced current in the armature, thermal ionization occurs as a result of an electric explosion of the conductor with its transition to the plasma state. And the interaction of the plasma formation with the magnetic field of the inductor leads to the appearance of an electrodynamic force that ensures its movement in the open atmospheric environment. Вступ. Роботи по створенню та метанню плазмових утворень різними способами ведуться в провідних наукових центрах світу. Досягнуто формування плазмового утворення тривалістю декілька мілісекунд та його метання у відкритому атмосферному середовищі на відстань 0,5-0,6 м. Для створення плазми використовують енергію первинного розрядного кола з подальшим прискоренням газоплазмового утворення за допомогою енергії вторинного кола. Плазмове утворення отримують і за рахунок електричного вибуху провідника. Метою статті є теоретичне та експериментальне дослідження електромеханічних та теплофізичних процесів в імпульсному індукційному прискорювачі, який забезпечує формування плазмового утворення за рахунок термічної іонізації в результаті електричного вибуху провідника та метання його у атмосферному середовищі відносно індуктора. Методика. Для аналізу електромеханічних та теплофізичних процесів в імпульсному індукційному прискорювачі плазмового утворення (ІІПП) розроблена і реалізована в програмному пакеті Сomsol Multiphysics математична модель прискорювача, в якій якір не змінює своєї форми і агрегатного стану в процесі роботи та враховує розподілені у просторі параметри. Результати. Розраховані електромеханічні і теплові характеристики прискорювача. Показано, що перевищення температури в якорі, що виконаний у вигляді алюмінієвої фольги, суттєво нерівномірно. Максимальне значення температури має місце в середній частині фольги ближче до зовнішнього краю, причому ця температура значно перевищує температуру кипіння алюмінію. Наукова новизна. Проведені експериментальні дослідження ІІПП, у якого якір виконаний з алюмінієвої та мідної фольги, а індуктор, що підключається до високовольтного ємнісного накопичувача енергії, виконаний у вигляді плоскої дискової спіралі. В процесі роботи ІІПП якір переходить в плазмовий стан і переміщується вертикально вверх, перетворюючись в об’ємний комок, або на скупчення маленьких частинок, які здіймались на декілька метрів відносно індуктора. Експериментально показано характерний круговий контур термічного нагрівання мідної фольги якоря, яка закріплена на листі склотекстоліту. Практична цінність. Результати експериментальних досліджень з точністю до 15 % співпадають з розрахунковими і показують справедливість концепції ІІПП, в якому за рахунок високої густини індукованого струму в якорі відбувається термічна іонізація в результаті електричного вибуху провідника з переходом його в плазмовий стан. Взаємодія плазмового утворення з магнітним полем індуктора призводить до появи електродинамічної сили, яка забезпечує його переміщення у відкритому атмосферному середовищі на декілька метрів. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” 2023-08-21 Article Article application/pdf application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/286004 10.20998/2074-272X.2023.5.10 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 5 (2023); 69-76 Электротехника и Электромеханика; № 5 (2023); 69-76 Електротехніка і Електромеханіка; № 5 (2023); 69-76 2309-3404 2074-272X en uk http://eie.khpi.edu.ua/article/view/286004/280121 http://eie.khpi.edu.ua/article/view/286004/280122 Copyright (c) 2023 K. V. Korytchenko, V. F. Bolyukh, S. G. Buriakovskyi, Y. V. Kashansky, O. I. Kocherga http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |