Статья

Наименование	Моделирование электрической дуги на базе уравнений магнитной гидродинамики
Авторы	Кухарев А. Л., д. т. н., доц.
Раздел	Металлургия и материаловедение
Год	2023	Выпуск	73	Страницы	37 - 46
УДК	621.365.2
Аннотация	Для свободногорящей аргоновой дуги атмосферного давления при токах I ~ 102 А проанализирована структура и пределы применимости магнитогидродинамической модели с использованием основных критериев подобия. Результаты численной реализации модели в пакете Star CCM+ сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными. Обобщены закономерности распределения электромагнитных, газодинамических и тепловых параметров столба электрической дуги.
Реферат	Цель. Анализ и обоснование структуры модели свободногорящей сильноточной дуги на базе уравнений магнитной гидродинамики, ее верификация путем численного исследования распределенных характеристик плазмы столба и сопоставления с экспериментальными данными. Методика. Использована модель магнитной гидродинамики для моделирования свободногорящей дуги, реализованная в пакете Star CCM+. Модель включает уравнения непрерывности потока, движения, энергии, а также уравнения электромагнитного поля, выраженные с использованием скалярного электрического и векторного магнитного потенциалов. Модель использовалась совместно с граничными условиями первого и второго рода для осесимметричной постановки. При моделировании учтены существенно нелинейные термодинамические характеристики аргоновой плазмы. Результаты. Получены графики распределения электромагнитных, газодинамических и тепловых параметров столба свободногорящей дуги атмосферного давления длиной 1 см при силе тока 200 А, горящей в аргоне между вольфрамовым катодом и медным водоохлаждаемым анодом. В результате сопоставления графиков распределения температуры и теплового потока отмечено удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных, что свидетельствует об адекватности используемой модели. Научная новизна. С использованием анализа значений основных критериев подобия (гидродинамическое число Рейнольдса, магнитное число Рейнольдса, число Ричардсона, число Бринкмана) обоснована структура магнитогидродинамической модели свободногорящей аргоновой дуги атмосферного давления при токах I ~ 102 А. Обобщены закономерности распределения электромагнитных, газодинамических и тепловых параметров столба электрической дуги. Практическая значимость. Показана возможность применения пакета Star CCM+ для моделирования электрических дуг, что позволяет прогнозировать эффективные условия преобразования энергии в электрометаллургических и других технологических установках, использующих дуговой нагрев.
Ключевые слова	электрическая дуга, низкотемпературная плазма, магнитная гидродинамика, тепловой поток.
Полный текст