Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Топ:
Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении...
Интересное:
Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Дисциплины:
2017-11-27 | 238 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Для количественной оценки энергетических параметров электрофизических процессов дугового разряда в ДВП рассмотрим балансы мощности отдельных его элементов (см. гл. II, § 1).
Баланс мощности катода
Приходная часть баланса включает следующие энергетические процессы:
1. Изменение кинетической энергии К р положительных ионов, ускоряемых катодным падением напряжения U к и попадающих на катод в единицу времени:
, (189)
где ар – коэффициент аккомодации ионов;
bр – доля ионного тока в прикатодной области.
2. Изменение потенциальной энергии (энергия нейтрализации) П р положительных ионов, нейтрализующихся на катоде (экзотермический процесс), с учетом эффективной (U ¢вых из-за эффекта Шоттки) работы выхода из катода (эндотермический процесс эмиссии) соответствующего числа электронов:
, (190)
где ag – коэффициент аккомодации нейтральных атомов.
3. Теплогенерация по закону Джоуля – Ленца вследствие высокой плотности тока в области расходуемого электрода, прилегающей к катодному пятну,
, (191)
где UR – напряжение, составляющее, по данным Л.А. Волохонского, 1...3 В.
4. Теплопередача от столба дуги (в ДВП из-за низкой излучательной способности диффузного разряда и малой протяженности разрядного промежутка l д мощность Р стб,выделяемая в столбе, усваивается в основном катодом и анодом поровну):
. (192)
5. Теплопередача по закону Стефана – Больцмана от анода, имеющего более высокую температуру (Т а> Т к), т.е. Фа®к (рис. 99).
Рис. 99. Схема теплообмена в рабочем пространстве ДВП:
1 – расходуемый электрод – катод;
2 – жидкий металл – анод; 3 – кокиль кристаллизатора; 4 – слиток
Расходная часть баланса включает следующие энергетические процессы:
|
1. Компенсация работы выхода электронов («эмиссионное охлаждение» катода), которая при термоавтоэлектронной эмиссии равна
. (193)
2. Полезный расход на нагрев, плавление и некоторый перегрев металла на катоде до температуры Т к, при которой капли жидкого металла стекают с заданной массовой скоростью Qm,
, (194)
где ∆ F к – изменение свободной энергии металла на катоде;
W y.т.к – удельный теоретический расход энергии, определяемый аналогично (129).
3. Тепловые потери расходуемого электрода излучением с поверхности на стенку водоохлаждаемого кристаллизатора и теплопроводностью в систему охлаждения электрододержателя, характеризуемых потоком Фк.
Теплота возможного фазового перехода при испарении материала электрода, т.е. Q фаз.к.
При ВДП стали принимают Q фаз.к ≈ 0, ар ≈ ag ≈ 1 (из-за сравнительно малых скоростей движения ионов и при равных массах атомов катода – расходуемого электрода и ударяющих ионов). Поэтому уравнение баланса мощности катода имеет вид
(195)
из которого можно рассмотреть преобразование электрической энергии (в результате электрофизических процессов на катоде)
(196)
в тепловую энергию процесса ВДП расходуемого электрода с массовой скоростью Qm:
. (197)
Доля катодной мощности Р кот всей электрической мощности дугового разряда Р д = I д U д с учетом выражений (196) и (197) зависит от ряда электро- и теплофизических характеристик процесса, технологического параметра l д и доли ионного тока bр, которую можно определить из баланса мощности столба дуги.
Баланс мощности столба дуги
Приходная часть баланса включает энергетические процессы:
1. Скорость изменения кинетической энергии К е электронов, ускоряемых катодным падением напряжения U ки сталкивающихся («электронный удар» при ударной ионизации) с нейтральными атомами металлического пара (или молекулами газов) в единицу времени:
. (198)
2. Мощность преобразования электрической энергии в столбе
(199)
Расходная часть балансавключает энергетические процессы:
|
1. Мощность эндотермического процесса ионизации паров металла для создания ионного тока в прикатодной области
. (200)
2. Скорость изменения энергии W ттеплового движения электронов, характеризуемого «электронной» температурой порядка (10...50)·103 K в диапазоне токов 1...30 кА и напряжением U т:
(201)
при условии, что вследствие разных подвижностей электронов и ионов доля электронного тока bе → 1, а доля ионного тока bр → 0.
3. Тепловые потери Фстб через граничные поверхности, характеризуемые продольным градиентом потенциала grad U и определяемые практически (в условиях ДВП) только теплопередачей на катод – расходуемый электрод и анод – ванну жидкого металла:
. (202)
Из баланса мощности столба дуги получаем выражение
, (203)
что для условий ВДП сплавов на основе железа составляет (по данным Л.А. Волохонского) 0,6...0,67; на основе никеля 0,54...0,6, позволяя считать, что в прикатодной области ионный ток bрI дв 1,5 раза превосходит электронный ток bеI д = (1 − bр) I д.
С учетом (203) доля катодной мощности
(204)
при ВДП данного металла практически является постоянной величиной, равной, по данным ВНИИЭТО, для стали 0,5...0,6; для никелевых сплавов 0,4...0,5, т.е. в среднем 0,5. При таком условии мощность дуги, равную P к/βк, можно определить с учетом (197) в виде
. (205)
Баланс мощности анода
Приходная часть баланса включает следующие энергетические процессы:
1. Скорость изменения кинетической энергии К e электронов, ускоряемых анодным падением напряжения U a и бомбардирующих анод в единицу времени,
(206)
при условии, что в прианодной области электрический ток осуществляется исключительно электронами (bе =1; bр =0).
2. Скорость изменения потенциальной энергии П е электронов, эмитированных из катода (под действием U ¢вых и несущих энергию теплового движения (характеризуемую W т) в единицу времени:
. (207)
3. Теплопередача от столба дуги
. (208)
Расходная часть баланса включает следующие энергетические процессы:
1. Перегрев жидкого металла до температуры анода Т а (при условии, что капля электродного металла, пролетающая через дуговой промежуток за время 0,05...0,15 с, практически не изменяет своей температуры Т к):
, (209)
где Δ F a – изменение свободной энергии металла на аноде;
W y.т.а – удельный теоретический расход энергии, определяемый аналогично (129).
|
2. Теплопередача по закону Стефана – Больцмана на катод, характеризуемая потоком Фа®к.
3. Тепловые потери ванны жидкого металла излучением с незаэкранированной (торцом расходуемого электрода) поверхности зеркала ванны в радиальный кольцевой зазор на кристаллизатор (см. рис. 99) и в рабочую (вакуумную) камеру ДВП (см. рис. 98), а также теплопроводностью и конвекцией (при ЭМП) в систему охлаждения поддона и кристаллизатора, характеризуемых потоком Фа.
4. Фазовый переход при испарении металла с поверхности ванны, характеризуемый Q фаз.a.
Анализ баланса мощности анода также позволяет рассмотреть преобразование электрической энергии (в результате электрофизических процессов на аноде)
(210)
в тепловую энергию процесса ВДП слитка с массовой скоростью Qm:
. (211)
Доля анодной мощности Р аот всей электрической мощности дуги Р дзависит от ряда электро- и теплофизических характеристик ВДП данного металла и технологического параметра l д,, т.е.
. (212)
Таким образом, количественная оценка энергетики преобразования электрической энергии электрофизических процессов на катоде, в столбе дуги и на аноде в тепловую энергию ВДП стального расходуемого электрода показывает (по данным МЭИ и ВНИИЭТО):
1) катодная доля мощности ДВП (βк = Р к/ Р д)в первом приближении является величиной постоянной и равной примерно 0,5;
2) в ДВП мощность дуги (Р д), катодная (Р к)и анодная (Р а) мощности прямо пропорциональны величине тока I д в первой степени;
3) массовая скорость ВДП Qm, зависящая от катодной мощности Р к,определяется током дуги I д в первой степени (рис. 100):
, (213)
где k – теплофизический коэффициент, зависящий от свойств пере- плавляемой стали данного химического состава и размеров ДВП;
I 0 – условная сила тока, при которой выделяемая мощность Р дтолько компенсирует тепловые потери Фк и расходуемый электрод не плавится.
По данным М.Е. Альперовича, I 0 ≈ 0,8...1,3 кА; k ≈ 0,04...0,05 т/(ч·кА).
Рис. 100. Зависимость массовой скорости ВДП от силы тока
|
|
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!