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Comparison of Reynolds average Navier-Stokes turbulence models in numerical simulations of the DC arc plasma torch 被引量:2
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作者 Zihan PAN Lei YE +4 位作者 Shulou QIAN Qiang SUN Cheng WANG Taohong YE Weidong XIA 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第2期60-72,共13页
Five turbulence models of Reynolds average Navier-Stokes(RANS),including the standard k-ω model,the RNG k-e model taking into account the low Reynolds number effect,the realizable k-ω model,the SST k-ω model,and th... Five turbulence models of Reynolds average Navier-Stokes(RANS),including the standard k-ω model,the RNG k-e model taking into account the low Reynolds number effect,the realizable k-ω model,the SST k-ω model,and the Reynolds stress model(RSM),are employed in the numerical simulations of direct current(DC)arc plasma torches in the range of arc current from 80 A to 240 A and air gas flow rate from 10 m^3 h^-1 to 50 m^3 h^-1.The calculated voltage,electric field intensity,and the heat loss in the arc chamber are compared with the experiments.The results indicate that the arc voltage,the electric field,and the heat loss in the arc chamber calculated by using the standard k-ω model,the RNG k-ωmodel taking into account the low Reynolds number effect,and the realizable k-ω model are much larger than those in the experiments.The RSM predicts relatively close results to the experiments,but fails in the trend of heat loss varying with the gas flow rate.The calculated results of the SST k-ω model are in the best agreement with the experiments,which may be attributed to the reasonable predictions of the turbulence as well as its distribution. 展开更多
关键词 DC arc plasma torch numerical simulation turbulence model
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Modelling Study on the Plasma Flow and Heat Transfer in a Laminar Arc Plasma Torch Operating at Atmospheric and Reduced Pressure 被引量:1
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作者 王海兴 陈熙 潘文霞 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第2期163-170,共8页
A modelling study is performed to investigate the characteristics of both plasma flow and heat transfer of a laminar non-transferred arc argon plasma torch operated at atmospheric and reduced pressure. It is found tha... A modelling study is performed to investigate the characteristics of both plasma flow and heat transfer of a laminar non-transferred arc argon plasma torch operated at atmospheric and reduced pressure. It is found that the calculated flow fields and temperature distributions are quite similar for both cases at a chamber pressure of 1.0 atm and 0.1 atm. A fully developed flow regime could be achieved in the arc constrictor-tube between the cathode and the anode of the plasma torch at 1.0 atm for all the flow rates covered in this study. However the flow field could not reach the fully developed regime at 0.1 atm with a higher flow rate. The arc-root is always attached to the torch anode surface near the upstream end of the anode, i.e. the abruptly expanded part of the torch channel, which is in consistence with experimental observation. The surrounding gas would be entrained from the torch exit into the torch interior due to a comparatively large inner diameter of the anode channel compared to that of the arc constrictor-tube. 展开更多
关键词 non-transferred arc torch plasma flow and heat transfer numerical modelling
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直流电弧等离子体炬数值模拟与诊断
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作者 师浩阳 王平阳 王淑 《上海航天(中英文)》 CSCD 2024年第1期122-129,共8页
直流电弧等离子体炬内部物理过程复杂且具动态性,较难对其进行准确描述与深入研究,且其工作温度较高,其状态参数难以使用常规方式测量。针对直流电弧等离子体炬,建立流动、传热和电磁相互耦合的数值模型,基于Fluent软件对直流电弧等离... 直流电弧等离子体炬内部物理过程复杂且具动态性,较难对其进行准确描述与深入研究,且其工作温度较高,其状态参数难以使用常规方式测量。针对直流电弧等离子体炬,建立流动、传热和电磁相互耦合的数值模型,基于Fluent软件对直流电弧等离子体炬进行三维数值模拟和特性分析,设计并搭建了一套热焓探针实验系统,完成对直流电弧等离子体炬射流参数的测量分析。结果表明:建立的数值模型模拟结果与实验测量结果吻合较好,误差在10%以内;炬内温度与速度最大值与工作气流量呈正相关,均出现在靠近阴极区域,且沿轴线逐渐降低;等离子体炬内高温区与高电流密度区重合。 展开更多
关键词 直流等离子体炬 热焓探针 多物理场耦合 数值模拟 参数诊断
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直流电弧等离子体炬物理场的数值模拟研究
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作者 王镇 曹卫 李要建 《工业加热》 CAS 2023年第11期17-21,共5页
直流电弧等离子体炬内部温度较高,物理场情况复杂,较难进行实验研究,因此对等离子体炬内部物理场的研究一般采用基于磁流体动力学模型的数值模拟研究。以一种直流电弧等离子体炬为研究对象,在给定的电流大小以及工作气体流量条件下对其... 直流电弧等离子体炬内部温度较高,物理场情况复杂,较难进行实验研究,因此对等离子体炬内部物理场的研究一般采用基于磁流体动力学模型的数值模拟研究。以一种直流电弧等离子体炬为研究对象,在给定的电流大小以及工作气体流量条件下对其温度场、速度场等物理场进行了数值模拟研究,研究结果表明:在电流大小200 A、工作气体流量0.0014 kg/s的工作模式下,直流电弧等离子体炬射流在出口处中心温度可达到13000 K,出口最大流速可达到2400 m/s。高温等离子体的温度分布主要与电流密度的分布有关,其能量来源主要是电弧产生的焦耳热。台阶形的阳极结构主要对等离子体射流的流速产生影响。 展开更多
关键词 直流电弧 等离子体炬 磁流体动力学 物理场 数值模拟
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双阳极电弧等离子体炬的磁流体动力学分析 被引量:7
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作者 陈伦江 唐德礼 +1 位作者 程昌明 童洪辉 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1724-1728,共5页
为了更好地研究直流电弧等离子体炬内的流动与传热,根据磁流体动力学(MHD)理论建立了等离子体电弧区的数学物理模型,采用磁矢量势A的方法来计算磁感应强度B的大小,利用通用软件FLUENT并进行二次开发,采用用户自定义函数(user defined fu... 为了更好地研究直流电弧等离子体炬内的流动与传热,根据磁流体动力学(MHD)理论建立了等离子体电弧区的数学物理模型,采用磁矢量势A的方法来计算磁感应强度B的大小,利用通用软件FLUENT并进行二次开发,采用用户自定义函数(user defined function,UDF)加入磁流体动力学方程组中的源项和物性参数,并利用用户自定义标量方程(user defined scalar,UDS)的方法加入Maxwell方程组,采用SIMPLE算法对电弧区域进行了数值模拟。计算结果表明:等离子体炬内的弧电压随着气体质量流量的增加而增加;等离子体炬内的温度随着气体质量流量的增加而减小,而速度随着气体质量流量的增加而增加;出口处的温度和速度随径向距离的增加而减小,但温度减小的速率增加。这一结果可为实验提供理论指导和参考。 展开更多
关键词 非转移弧 温度 速度 等离子体炬 磁流体动力学 数值模拟
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直流双阳极电弧等离子体炬的数值模拟 被引量:4
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作者 陈伦江 唐德礼 朱海龙 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期218-223,共6页
为了提高等离子体废物处理效率,根据磁流体动力学理论,利用计算流体力学软件FLUENT,采用磁矢量势的方法对直流双阳极非转移型电弧等离子体炬进行了二维轴对称数值模拟。计算中采用了SIMPLE算法。数值模拟得到了等离子体的温度、速度等... 为了提高等离子体废物处理效率,根据磁流体动力学理论,利用计算流体力学软件FLUENT,采用磁矢量势的方法对直流双阳极非转移型电弧等离子体炬进行了二维轴对称数值模拟。计算中采用了SIMPLE算法。数值模拟得到了等离子体的温度、速度等分布。结果表明,等离子体的温度随着轴向距离的增加而减小,随弧电流增加而增加;其速度随着轴向距离的增加而先增大后减小,随弧电流增加而增加;等离子体炬出口处的温度和速度随着径向距离的增加而减小。这些结果与实验结果基本相符。 展开更多
关键词 非转移弧 等离子体炬 磁流体动力学 数值模拟
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非转移弧等离子体炬及其射流的数值模拟 被引量:3
7
作者 韩海玲 李德元 董晓强 《焊接技术》 北大核心 2010年第6期21-24,共4页
通过求解等离子体弧柱区的质量方程、动量方程、能量方程、电动势方程、磁场方程和组分方程,对非转移弧等离子体炬及其产生的等离子体射流的传热与流动特性进行了数值模拟研究,获得了等离子体炬及其射流区域的温度和速度分布。结果表明... 通过求解等离子体弧柱区的质量方程、动量方程、能量方程、电动势方程、磁场方程和组分方程,对非转移弧等离子体炬及其产生的等离子体射流的传热与流动特性进行了数值模拟研究,获得了等离子体炬及其射流区域的温度和速度分布。结果表明:呈现上升的伏安特性曲线;等离子体炬出口处温度和速度呈现抛物线分布;等离子体进气速度增加,等离子体速度增加,温度变化不明显;电流增加,等离子体速度和温度都明显增加。 展开更多
关键词 非转移弧 等离子体炬 等离子体射流 数值模拟
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非转移弧等离子体炬传热与流动的数值模拟 被引量:1
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作者 韩海玲 李德元 董晓强 《焊接技术》 北大核心 2010年第7期12-15,共4页
以非转移弧等离子体炬为研究对象,对等离子体电弧和阳极的传热与流动进行了数值模拟,并求解了质量方程、动量方程、能量方程、电势方程和磁场方程,获得了等离子体弧的温度、速度和电流密度分布。计算结果表明,阳极内壁面温度变化不大;... 以非转移弧等离子体炬为研究对象,对等离子体电弧和阳极的传热与流动进行了数值模拟,并求解了质量方程、动量方程、能量方程、电势方程和磁场方程,获得了等离子体弧的温度、速度和电流密度分布。计算结果表明,阳极内壁面温度变化不大;等离子体炬出口处径向温度和速度分布类似抛物线形分布;提高进气速度或减小电弧电流,均使得电弧阳极斑点向下游移动。 展开更多
关键词 等离子体炬 非转移弧 阳极 数值模拟
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直流电弧等离子炬温度场-电场分布特性数值模拟 被引量:6
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作者 黄卫星 武劭恂 +2 位作者 司徒达志 张子炜 李晴 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期236-241,共6页
由于热等离子体技术能源利用率高、工艺清洁且效果良好,在固体废弃物焚烧处理中已成为热点开发技术,其中,直流电弧等离子体是近年来放射性固废处理领域的重点研究技术。工业用等离子炬作为实现这一技术的核心装置,其内部温度极高、温度... 由于热等离子体技术能源利用率高、工艺清洁且效果良好,在固体废弃物焚烧处理中已成为热点开发技术,其中,直流电弧等离子体是近年来放射性固废处理领域的重点研究技术。工业用等离子炬作为实现这一技术的核心装置,其内部温度极高、温度场与电磁场耦合,且实验测试困难,因此发生装置的开发和优化设计必须借助数值模拟手段。以直流非转移弧等离子炬为对象,基于Fluent软件用户自定义函数(user-defined function,UDF)与用户自定义标量(user-defined scalar,UDS)的二次开发功能,通过分析热等离子体的热力学特性,将数值模拟过程与工质气的物性参数(热力学系数、输运系数)、控制方程组源项变化及电极电流分布进行动态链接,建立了2维轴对称的磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)计算模型;并采用合理的边界条件,通过求解流体力学控制方程组与麦克斯韦方程组,得到了等离子炬内特征物理参数的分布规律。结果显示:阴极附近电位降显著,电流密度分布集中;层流条件下弧柱区温度分布均匀,中心温度为全流域最高,区域边缘温度梯度较大;阳极附近存在电流密集分布区域,可作为弧根位置预测依据。针对电弧在电极表面的附着现象,后续可继续进行电极-等离子体的耦合模型计算,以得到设备内壁面更加准确的温度分布。 展开更多
关键词 等离子炬 直流非转移弧 固废处理 数值模拟 Fluent二次开发
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电弧射流激励器工作特性仿真研究
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作者 袁野 张岩 +2 位作者 赵青 黄小平 郭成 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期134-142,共9页
为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果,设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程,对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布,综合分析... 为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果,设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程,对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布,综合分析了进气口气体速度、放电电流、激励器管道半径对电势、压力、温度和速度分布的影响。获得了全面的影响规律,通过仿真结果还得到:电弧射流等离子体激励器可产生最高温度为8638 K、最高速度为655 m/s的等离子体射流。当电流20 A,进气速度0.5 m/s,管道半径2.5 mm时,所需功率最小;当电流20 A,入口气体流速5 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均温度最高;当电流20 A,进口气体速度10 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均速度最大。并对仿真得到的放电电压进行了实验验证,在等离子体参数相似的情况下,实验结果与仿真结果吻合较好。 展开更多
关键词 减阻激励器 等离子体 电弧放电 数值模拟 等离子体炬
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