Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом

На основе самосогласованной математической модели процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги проведен численный анализ тепловых, электромагнитных и газодинамических характеристик плазмы свободногорящей дуги в аргоне при атмосферном давлении с вольфрамовым ка...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Автоматическая сварка
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Крикент, И.В., Кривцун, И.В., Демченко, В.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101111
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом / И.В. Крикент, И.В. Кривцун, В.Ф. Демченко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 3 (707). — С. 7-11. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101111
record_format	dspace
spelling	Крикент, И.В. Кривцун, И.В. Демченко, В.Ф. 2016-05-31T08:39:04Z 2016-05-31T08:39:04Z 2012 Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом / И.В. Крикент, И.В. Кривцун, В.Ф. Демченко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 3 (707). — С. 7-11. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101111 621.791.75.037 На основе самосогласованной математической модели процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги проведен численный анализ тепловых, электромагнитных и газодинамических характеристик плазмы свободногорящей дуги в аргоне при атмосферном давлении с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом. Результаты расчетов плотности тока на аноде и теплового потока в анод сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными. Показано, что учет в модели анодного падения потенциала позволяет прогнозировать с более высокой точностью характеристики теплового и электрического взаимодействия дуговой плазмы с поверхностью анода. Numerical analysis of thermal, electromagnetic and gas-dynamic characteristics of plasma in a free-burning arc in argon at atmospheric pressure with tungsten cathode and cooper water-cooled anode was performed in the anode region and column of welding arc. Results of calculation of current density on the anode and heat flow into the anode are compared with the available experimental data. It is shown that allowing for the anode potential drop in the model provides more accurate predictions of the characteristics of heat and electric interaction of arc plasma with anode surface. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом Modelling of processes of heat, mass and power transfer in arc column and anode zone with refractory cathode Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом
spellingShingle	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом Крикент, И.В. Кривцун, И.В. Демченко, В.Ф. Научно-технический раздел
title_short	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом
title_full	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом
title_fullStr	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом
title_full_unstemmed	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом
title_sort	моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом
author	Крикент, И.В. Кривцун, И.В. Демченко, В.Ф.
author_facet	Крикент, И.В. Кривцун, И.В. Демченко, В.Ф.
topic	Научно-технический раздел
topic_facet	Научно-технический раздел
publishDate	2012
language	Russian
container_title	Автоматическая сварка
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format	Article
title_alt	Modelling of processes of heat, mass and power transfer in arc column and anode zone with refractory cathode
description	На основе самосогласованной математической модели процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги проведен численный анализ тепловых, электромагнитных и газодинамических характеристик плазмы свободногорящей дуги в аргоне при атмосферном давлении с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом. Результаты расчетов плотности тока на аноде и теплового потока в анод сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными. Показано, что учет в модели анодного падения потенциала позволяет прогнозировать с более высокой точностью характеристики теплового и электрического взаимодействия дуговой плазмы с поверхностью анода. Numerical analysis of thermal, electromagnetic and gas-dynamic characteristics of plasma in a free-burning arc in argon at atmospheric pressure with tungsten cathode and cooper water-cooled anode was performed in the anode region and column of welding arc. Results of calculation of current density on the anode and heat flow into the anode are compared with the available experimental data. It is shown that allowing for the anode potential drop in the model provides more accurate predictions of the characteristics of heat and electric interaction of arc plasma with anode surface.
issn	0005-111X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101111
citation_txt	Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом / И.В. Крикент, И.В. Кривцун, В.Ф. Демченко // Автоматическая сварка. — 2012. — № 3 (707). — С. 7-11. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT krikentiv modelirovanieprocessovteplomassoiélektroperenosavstolbeianodnoioblastidugistugoplavkimkatodom AT krivcuniv modelirovanieprocessovteplomassoiélektroperenosavstolbeianodnoioblastidugistugoplavkimkatodom AT demčenkovf modelirovanieprocessovteplomassoiélektroperenosavstolbeianodnoioblastidugistugoplavkimkatodom AT krikentiv modellingofprocessesofheatmassandpowertransferinarccolumnandanodezonewithrefractorycathode AT krivcuniv modellingofprocessesofheatmassandpowertransferinarccolumnandanodezonewithrefractorycathode AT demčenkovf modellingofprocessesofheatmassandpowertransferinarccolumnandanodezonewithrefractorycathode
first_indexed	2025-11-25T15:29:41Z
last_indexed	2025-11-25T15:29:41Z
_version_	1850516840327938048
fulltext	УДК 621.791.75.037 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО-, МАССО- И ЭЛЕКТРОПЕРЕНОСА В СТОЛБЕ И АНОДНОЙ ОБЛАСТИ ДУГИ С ТУГОПЛАВКИМ КАТОДОМ И. В. КРИКЕНТ, канд. техн. наук (Днепродзерж. гос. техн. ун-т), чл.-кор. НАН Украины И. В. КРИВЦУН, В. Ф. ДЕМЧЕНКО, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) На основе самосогласованной математической модели процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги проведен численный анализ тепловых, электромагнитных и газодинамических характеристик плазмы свободногорящей дуги в аргоне при атмосферном давлении с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом. Результаты расчетов плотности тока на аноде и теплового потока в анод сопоставляются с имеющимися экспериментальными данными. Показано, что учет в модели анодного падения потенциала позволяет прогнозировать с более высокой точностью характеристики теплового и электрического взаимодействия дуговой плазмы с поверхностью анода. К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка плавлением, электрическая дуга, тугоплавкий катод, характеристики дуги, моделиро- вание тепло-, массо- и электропереноса Для эффективного использования электрической дуги в качестве источника тепла при сварке плав- лением необходимо располагать информацией о тепловом, электрическом и динамическом воз- действиях дуги на свариваемый металл. Посколь- ку экспериментальное определение таких важных с технологической точки зрения характеристик сварочной дуги, как плотность электрического тока и теплового потока на поверхности сваривае- мого изделия, затруднено вследствие высоких зна- чений температуры дуговой плазмы и темпера- туры поверхности металла, малости геометри- ческих размеров области привязки дуги и ряда других факторов, актуальным представляется ис- следование сварочных дуг методами математичес- кого моделирования [1–8]. Рассмотрим электрическую дугу с тугоп- лавким катодом, горящую в инертном газе при атмосферном давлении. Поскольку теория и ма- тематические модели катодных явлений, включая процессы в прикатодной плазме, для такой дуги разработаны достаточно подробно [9–12], основ- ное внимание уделим процессам, протекающим в столбе и анодной области дуги. Самосогласо- ванная математическая модель указанных процес- сов для условий сварки неплавящимся электродом и плазменной сварки была предложена в работе [13]. Целью настоящей работы является верифи- кация данной модели путем численного иссле- дования распределенных характеристик плазмы столба и анодной области свободногорящей ар- гоновой дуги с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом и сравнения получен- ных результатов с имеющимися эксперименталь- ными данными. В соответствии с подходом, использованным в работе [13], самосогласованная математическая модель процессов энерго-, массо- и электропере- носа в столбе и анодной области сварочной дуги с тугоплавким катодом включает две взаимосвя- занные модели: модель столба дуги, описывающую взаимо- действие тепловых, электромагнитных, газодина- мических и диффузионных процессов в много- компонентной плазме столба дуги; модель анодной области, которая позволяет определить характеристики теплового и электри- ческого взаимодействия дуги с поверхностью анода (изделия), необходимые для анализа теп- ловых, электромагнитных и гидродинамических процессов, в свариваемом металле. Предложенная в работе [13] модель анодной области дуги с испаряющимся анодом позволяет вычислять распределение анодного падения потенциала Ua = –Δϕ вдоль поверхности анода и плотности теплового потока qa, вводимого дугой в анод, в зависимости от плотности тока на аноде ja, температуры электронов плазмы вблизи анода Teа, а также температуры его поверхности Ts. При моделировании дуги с тугоплавким катодом рас- пределение ja и Teа вдоль анодной поверхности может быть с достаточной точностью определено исходя из модели столба дуги с самосогласован- ными граничными условиями на аноде. Для проверки адекватности выбранной модели анодных процессов было проведено сравнение рас- четного значения Δϕ с экспериментально измерен- ным в случае применения дуги с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом, горя-© И. В. Крикент, И. В. Кривцун, В. Ф. Демченко, 2012 3/2012 7 щей в аргоне при атмосферном давлении (ток дуги 200 А, длина 10 мм). При расчетах использовали следующие экспериментальные данные [14, 15]: ja = = 3,5⋅106 A/м2, Teа = 9840 K, Ts = 720 K, что дает Δϕ = 4,04 В. Полученное расчетное значение с высокой точностью соответствует эксперимен- тально измеренному Δϕ = 4,01 В [15]. Использу- емые в дальнейшем расчетные зависимости Δϕ и qa от температуры электронов в прианодной плаз- ме и плотности электрического тока на аноде для свободногорящей аргоновой дуги с тугоп- лавким катодом и медным водоохлаждаемым ано- дом приведены на рис. 1, 2. При описании процессов тепло-, массо- и элек- тропереноса в плазме столба рассматриваемой дуги используем модель изотермической плазмы (температура электронов равна температуре тяже- лых частиц), а распределение всех ее характерис- тик считаем осесимметричным. Соответствующая система дифференциальных уравнений, записан- ная в цилиндрической системе координат {r, ϑ, z}, имеет следующий вид [13]: уравнение непрерывности ∂ρ ∂t + 1r ∂ ∂r (rρv) + ∂ ∂z (ρu) = 0, (1) где ρ — массовая плотность плазмы; v, u — ра- диальная и аксиальная компоненты ее скорости; уравнения движения ρ ⎛⎜ ⎝ ∂v ∂t + v ∂v ∂r + u ∂v ∂z ⎞ ⎟ ⎠ = – ∂p ∂r – jzBϕ + 2r ∂ ∂r × × ⎛⎜ ⎝ rη ∂v ∂r ⎞ ⎟ ⎠ + ∂ ∂z ⎡⎢ ⎣ η ⎛⎜ ⎝ ∂u ∂r + ∂v ∂z ⎞ ⎟ ⎠ ⎤ ⎥ ⎦ – – 2η v r2 – 23 ∂ ∂r ⎧⎨ ⎩ η ⎡⎢ ⎣ 1 r ∂(rv) ∂r + ∂u ∂z ⎤ ⎥ ⎦ ⎫ ⎬ ⎭ , (2) ρ ⎛⎜ ⎝ ∂u ∂t + v ∂u ∂r + u ∂u ∂z ⎞ ⎟ ⎠ = – ∂p ∂z + jrBϕ + 2 ∂ ∂z × × ⎛⎜ ⎝ η ∂u ∂z ⎞ ⎟ ⎠ + 1r ∂ ∂r ⎡⎢ ⎣ rη ⎛⎜ ⎝ ∂u ∂r + ∂v ∂z ⎞ ⎟ ⎠ ⎤ ⎥ ⎦ – – 23 ∂ ∂z ⎧⎨ ⎩ η ⎡⎢ ⎣ 1 r ∂(rv) ∂r + ∂u ∂z ⎤ ⎥ ⎦ ⎫ ⎬ ⎭ , (3) где p — давление; jz, jr — аксиальная и радиальная компоненты плотности тока в дуге; Bϕ — азиму- тальная компонента вектора магнитной индукции; η — коэффициент динамической вязкости; уравнение энергии ρCp ⎛⎜ ⎝ ∂Tp ∂t + v ∂Tp ∂r + u ∂Tp ∂z ⎞ ⎟ ⎠ = 1r ∂ ∂r × × ⎛⎜ ⎝ rχ ∂Tp ∂r ⎞ ⎟ ⎠ + ∂ ∂z ⎛⎜ ⎝ χ ∂Tp ∂z ⎞ ⎟ ⎠ + ke × × ⎧⎨ ⎩ jr δ[(5/2 – δ)Tp] ∂r + jz ∂[(5/2 – δ)Tp] ∂z ⎫ ⎬ ⎭ + + jr 2 + jz2 σ – ψ, (4) где Cp — удельная теплоемкость плазмы с учетом энергии ионизации; Тр — температура плазмы; χ — коэффициент теплопроводности; k — пос- Рис. 1. Зависимость разности потенциалов между границей столба дуги и поверхностью анода от температуры элект- ронов в анодной области (а) и плотности электрического тока на аноде (б) для аргоновой дуги с медным водоохлаждаемым анодом Рис. 2. Зависимость теплового потока в анод от температуры электронов в анодной области (а) и плотности элект- рического тока на аноде (б) для аргоновой дуги с медным водоохлаждаемым анодом 8 3/2012 тоянная Больцмана; e — заряд электрона; δ — постоянная термодиффузии; ψ — потери энергии на излучение в приближении оптически тонкой плазмы; уравнения электромагнитного поля 1 r ∂ ∂r ⎛⎜ ⎝ rσ ∂ϕ ∂r ⎞ ⎟ ⎠ + ∂ ∂z ⎛⎜ ⎝ σ ∂ϕ ∂z ⎞ ⎟ ⎠ = 0, (5) Bϕ(r, z) = μ 0 r ∫ 0 r jz(ξ, z)ξdξ, (6) где ϕ — электрический потенциал; σ — удельная электропроводность плазмы; μ0 — универсальная магнитная постоянная; jr = – σ ∂ϕ ∂r , jz = – σ ∂ϕ ∂z . (7) Для замыкания системы уравнений (1)...(7) требуется задать термодинамические характерис- тики ρ, Cp, коэффициенты переноса η, χ, δ, σ и потери энергии на излучение ψ дуговой плазмы в зависимости от ее температуры, давления и сос- тава. Для изотермической аргоновой плазмы ат- мосферного давления указанные зависимости приведены, например, в работе [16]. Для решения системы дифференциальных урав- нений (1)...(5), описывающей процессы тепло-, мас- со- и электропереноса в столбе дуги, необходимо задать соответствующие начальные и граничные ус- ловия. Поскольку физические поля в дуговом раз- ряде устанавливаются достаточно быстро, началь- ные распределения скорости и температуры плазмы принципиального значения не имеют. Для скорости можно, например, задавать нулевые значения, а тем- пературу в области токового канала выбирать такой, чтобы обеспечить характерную для аргоновой дуги проводимость плазмы. Для рассматриваемого здесь случая дуги с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждае- мым анодом граничные условия для искомых функций (V→ = {v, 0, u}, Tp, ϕ) сформулируем сле- дующим образом. На поверхности анода (плоскость z = L) для скорости плазмы V→ выполняются условия «при- липания» V→ ⎪z = L = 0. (8) На границе плазмы столба дуги с анодной об- ластью имеет место следующее условие энергети- ческого баланса [13]: –χ ∂Tp ∂z ⎪z = L + ja k e ⎛⎜ ⎝ 5 2 – δ⎞⎟ ⎠ Tp ⎪z = L = Δϕja + qa, (9) где ja = –jz \|z = L — плотность тока на аноде. С хорошим приближением электрический по- тенциал поверхности анода можно считать по- стоянным и равным нулю. Тогда граничное усло- вие для потенциала на границе столба дуги с анод- ной областью можно записать в виде ϕ ⎪z = L = Δϕ. (10) Скачок потенциала Δϕ в выражениях (9), (10) вычисляется согласно модели анодной области [13] при Tea = Tp \|z = L (см. рис. 1). Вблизи катода (плоскость z = 0) условия для вектора скорости задаются следующим образом: v \|z = 0 = 0, u \|z = 0 = u0, (11) где u0 определяется расходом защитного газа и диаметром сопла для его подачи. Для температуры и электрического потенциала в прикатодной зоне дуги примем условия Tp ⎪z = 0 = Tk(r), σ ∂ϕ ∂z ⎪z = 0 = jk(r), (12) где распределения температуры плазмы Tk(r) и плотности тока под катодом jk(r) выбираются со- гласно рекомендациям работы [12]. В зоне подачи защитного газа можем записать Tp ⎪z = 0 = Tc, ∂ϕ ∂z ⎪z = 0 = 0, (13) где Tc — температура окружающей среды. Граничные условия для скорости, температуры плазмы и электрического потенциала на оси сим- метрии системы задаются стандартным образом (см., например, [1, 3]). На внешней границе расчетной области (r = = R) для скорости плазмы и электрического потенциала можем записать [3] ∂(ρvr) ∂r ⎪r = R = 0, u ⎪r = R = 0, ∂ϕ ∂r ⎪r = R = 0. (14) Граничное условие для температуры плазмы при r = R определим в зависимости от направ- ления движения потока плазмы: Tp \|r = R = Tc при v \|r = R ≤ 0, ∂Tp ∂r ⎪r = R = 0 при v \|r = R > 0. (15) Систему дифференциальных уравнений (1)...(5) с граничными условиями (8)...(15) решали чис- ленно с помощью метода конечных разностей. Для определения входящих в уравнения (1)...(5) термодинамических и транспортных характерис- тик плазмы использовали расчетные данные для 3/2012 9 аргоновой плазмы [16]. При численном решении газодинамической и тепловой задач использовали совместный лагранжево-эйлеровый метод [17, 18], адаптированный к условиям сжимаемой среды. Как видно из результатов расчета электричес- кого потенциала (рис. 3, а), над поверхностью анода возникает зона положительных значений ϕ, что обусловлено наличием обратного скачка по- тенциала на анодном слое. Максимальные значе- ния градиента потенциала и плотности тока в столбе дуги наблюдаются вблизи катода (рис. 3). Здесь же достигается максимальная температура дуговой плазмы (рис. 4, а), что обусловлено высокой ин- тенсивностью джоулевых источников тепла. По мере удаления от катода плотность электрическо- го тока быстро снижается (см. рис. 3, б). Силовое поле, формирующееся при таком распределении тока, обусловливает характерную для дуги с туго- плавким катодом картину движения плазмы в стол- бе дуги (см. рис. 4, б). Максимальные значения скорости плазмы на оси симметрии (до 350 м/с) обеспечивают эффективный перенос тепловой энергии из наиболее горячей зоны вблизи катода к поверхности анода. Как видно из рис. 4, а, тем- пературное поле в дуговой плазме в значительной мере определяется конвективным теплоперено- сом. Этим фактом объясняется и существенная вытянутость изотерм вдоль поверхности анода. Как видно из рис. 5, максимальное значение Δϕ в приосевой зоне анодной области обуслов- лено более высокими значениями Teа вблизи оси симметрии. Некоторое увеличение скачка потен- циала на периферии области анодной привязки дуги объясняется крайне малым значением плот- ности тока на этом участке поверхности анода. Рис. 3. Поля электрического потенциала (а) и плотности тока (б) в столбе свободногорящей дуги в аргоне с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом (max\| j→ \| = 8⋅107 А/м2) Рис. 4. Поля температуры (а) и скорости (б) плазмы в столбе свободногорящей дуги в аргоне с вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом (max \| V→ \| = 350 м/с) Рис. 5. Радиальное распределение скачка потенциала в ано- дной области для свободногорящей дуги в аргоне с вольф- рамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом (I = = 200 A, L = 6,3 мм, Ts = 720 K) 10 3/2012 Сравнение расчетных данных радиального рас- пределения плотности электрического тока на аноде и теплового потока в анод с эксперимен- тальными [14] показано на рис. 6. Для дуги с силой тока 200 А наблюдается достаточно хорошее совпадение расчетных распределений ja(r) и qa(r) с экспериментальными. Некоторые отличия расчетных и экспериментальных данных вблизи оси симметрии могут быть связаны как с погрешностями математического моделирова- ния, так и с проблемами восстановления распре- деленных характеристик по интегральным пара- метрам, измеренным в [14]. Для дуги с силой тока 100 А соответствие результатов математического моделирования и экспериментальных данных можно охарактеризовать как вполне удовлет- ворительное. В целом проведенный в настоящей работе чис- ленный анализ распределенных характеристик столба и анодной области электрической дуги с вольфрамовым катодом и медным водоохлаж- даемым анодом и сравнение полученных ре- зультатов с имеющимися экспериментальными данными свидетельствуют об адекватности пред- ложенной в работе [13] самосогласованной мо- дели процессов энерго-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги при сварке неплавящимся электродом и плазменной сварке в инертном газе. 1. Hsu K. C., Etemadi K., Pfender E. Study of the free-burning high-intensity argon arc // J. Appl. Phys. — 1983. — 54, № 3. — P. 1293–1301. 2. Hsu K. C., Pfender E. Two-temperature modeling of the free-burning high-intensity arc // Ibid. — 1983. — 54, № 8. — P. 4359–4366. 3. Zhu P., Lowke J.J., Morrow R. et al. Prediction of anode temperatures of free burning arcs // J. Phys. D: Appl. Phys. — 1995. — 28. — P. 1369–1376. 4. Lowke J. J., Morrow R., Haidar J. A simplified unified theo- ry of arcs and their electrodes // Ibid. — 1997. — 30. — P. 2033–2042. 5. Haidar J. Non-equilibrium modeling of transferred arcs // Ibid. — 1999. — 32. — P. 263–272. 6. Fan H.G., Kovacevic R. A unified model of transport pheno- mena in gas metal arc welding including electrode, arc plas- ma and molten pool // Ibid. — 2004. — 37. — P. 2531– 2544. 7. Hu J., Tsai H. L. Heat and mass transfer in gas metal arc welding. Pt I: The arc // Intern. J. Heat and Mass Trans- fer. — 2007. — 50. — P. 833–846. 8. Tanaka M., Yamamoto K., Tashiro S. et al. Metal vapour be- haviour in gas tungsten arc thermal plasma during welding // Welding in the World. — 2008. — 52, № 11/12. — P. 82– 88. 9. Мойжес Б.Я., Немчинский В.А. К теории дуги высокого давления на тугоплавком катоде // Журн. техн. физики. — 1972. — 42, № 5. — С. 1001–1009. 10. Мойжес Б.Я., Немчинский В.А. К теории дуги высокого давления на тугоплавком катоде. Ч. II // Там же. — 1973. — 43, № 11. — С. 2309–2317. 11. Жуков М. Ф., Козлов Н. П., Пустогаров А. В. и др. При- электродные процессы в дуговых разрядах. — Новоси- бирск: Наука, 1982. — 157 с. 12. Wendelstorf J., Simon G., Decker I. et al. Investigation of cathode spot behaviour of atmospheric argon arcs by mathe- matical modeling // Proc. оf 12th Intern. conf. on gas disc- harges and their applications (Germany, Greifswald, 1997). — 1997. — Vol. 1. — P. 62–65. 13. Кривцун И. В., Демченко В. Ф., Крикент И. В. Модель процессов тепло-, массо- и электропереноса в анодной области и столбе сварочной дуги с тугоплавким катодом // Автомат. сварка. — 2010. — № 6. — С. 3–11. 14. Nestor O. H. Heat intensity and current density distributions at the anode of high current, inert gas arcs // J. Appl. Phys. — 1962. — 33, № 5. — P. 1638–1648. 15. Sanders N. A., Pfender E. Measurement of anode falls and anode heat transfer in atmospheric pressure high intensity arcs // Ibid. — 1984. — 55, № 3. — P. 714–722. 16. Boulos M. I., Fauchais P., Pfender E. Thermal plasmas: Fundamentals and applications. — N.-Y.; London: Plenum press, 1997. — Vol. 1. — 454 p. 17. Ляшко И. И., Демченко В. Ф., Вакуленко С. А. Вариант метода расщепления уравнений динамики вязкой несжимаемой жидкости на лагранжево-эйлеровых сет- ках // Докл. АН УССР. Сер. А. — 1981. — С. 43–47. 18. Демченко В. Ф., Лесной А. Б. Лагранжево-эйлеровый ме- тод численного решения многомерных задач кон- вективной диффузии // Доп. НАН України. — 2000. — № 11. — С. 71–75. Numerical analysis of thermal, electromagnetic and gas-dynamic characteristics of plasma in a free-burning arc in argon at atmospheric pressure with tungsten cathode and cooper water-cooled anode was performed in the anode region and column of welding arc. Results of calculation of current density on the anode and heat flow into the anode are compared with the available experimental data. It is shown that allowing for the anode potential drop in the model provides more accurate predictions of the characteristics of heat and electric interaction of arc plasma with anode surface. Поступила в редакцию 20.12.2011 Рис. 6. Радиальные распределения плотности тока на аноде (а) и теплового потока в анод (б) для свободногорящей дуги в аргоне с вольфрамовым катодом и медным водоох- лаждаемым анодом (L = 6,3 мм) [14]: штриховые кривые — расчет; сплошные — экспериментальные данные 3/2012 11

Моделирование процессов тепло-, массо- и электропереноса в столбе и анодной области дуги с тугоплавким катодом

Institution

Ähnliche Einträge