NUMERICAL SIMULATION OF AN ELECTRIC ARC UNDER THE INFLUENCE OF AN EXTERNAL AXIAL MAGNETIC FIELD AND A GAS FLOW

Authors

I.R. Urusova Kyrgyz State Law Academy
T.E. Urusova National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic

Keywords:

open electric arc, external axial magnetic field, axial airflow, helical shape of the arc column.

Abstract

The results of numerical simulation of an open DC electric arc in an external axial magnetic field in the presence of an external axial gas flow are presented. The calculations were performed within the framework of a non-stationary three-dimensional mathematical model in the approximation of a partial local thermodynamic equilibrium of the plasma. It has been established that, depending on the ratio between the values of the external magnetic field and the velocity of the axial gas flow, the part of the arc column upstream remains stable and retains a cylindrical shape, while the part of the arc downstream takes on a helical shape.

References

Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. – М.: Иностранная литература, 1961. –370 с.

Лебедев А.Д., Урюков Б.А., Энгельшт В.С. и др. Низкотемпературная плазма. – Т. 7. – Сильноточный дуговой разряд в магнитном поле. – Новосибирск: Наука, 1992.– 267 с.

Чередниченко В.С., Аньшаков А.С., Кузьмин М.Г. Плазменные электро-технологические установки. – Новосибирск: НГТУ, 2005.– 508 с.

Размышляев, О.Д. Характеристики столба дуги при TIG-сварке с действием продольного магнитного поля /О.Д. Размышляев, М.В. Агеева// Автоматическая сварка.–2021.–№ 11.– С. 12–18.

Wang,Х. Pinching arc plasmas by high-frequency alternating longitudinal magnetic field / X. Wang,A. Harrison, Y. Chang, and J. Liu// Physics of Plasmas 29, 073506 (2022)

Jing, S.Characteristic Analysis of Plasma Arc Adjusted by a Magnetic Field /S.Jing, Wenji X. and Chunyan W.// Applied Mechanics and Materials Vols. 44-47 (2011) pp. 1812-1816.

Qiuqin, S.Parameter estimation of extended free-burning electric arc within 1 kA / Qiuqin S., Hao L., Feng W., She C., Yujia Z.// Physics of Plasmas 25, 052117 (2018);

Qiuqin, S.Investigation on Volt-Ampere Characteristics of Secondary Arc Burning in Atmospheric Air / Qiuqin S., Hao L., Zhibin X., She C., Feng W., Lipeng Z. // Physics of Plasmas 25, 093513 (2018)

Jin, M. Three-Dimensional Modeling of Arc Root Rotation by External Magnetic Field in Nontransferred Thermal Plasma Torches / Jin M., Keun S., Tae H., Sang H.// IEEE Тransactions on plasma science, vol. 32, № 2. –2004.

Урусов, Р.М. О механизмах формирования винтовой формы электрической дуги во внешнем аксиальном магнитном поле / Р.М.Урусов, И.Р. Урусова// ТВТ.–2019. –Т. 57. –№ 3. – С. 328–337.

Urusov,R. M. Shunting the electric arc helical spiral turns (numerical simulation)/ R. M. Urusov, I. R. Urusova // Phys. Plasmas 27, 103510 (2020).

Меккер, Г. Причины движения и смещения дуги /Г. Меккер// ТИИЭР. –1971.–Т. 59, № 4. – С. 4–12.

Ментель Ю. Магнитная неустойчивость электрической дуги. В кн. Теория электрической дуги в условиях теплообмена. – Новосибирск: Наука, 1977. –182 с.

Синкевич, О. А. Неустойчивости, волны и неравновесные структуры в плотной низкотемпературной плазме /О.А. Синкевич// ТВТ, 51:3 (2013), 345–374.

Асиновский, Э.И. Измерение геометрических параметров винтовой дуги /Э.И. Асиновский, А.К. Кузьмин, Е.П. Пахомов// ТВТ. –1980. –Т. 18. № 1. – С. 9–15.

Асиновский, Э. И.Исследование границ винтовой неустойчивости дугового столба/ Э.И. Асиновский, А.А. Афанасьев, Е.П. Пахомов//ТВТ.–1977. –Т. 15. № 4.– С.712–715.

Пахомов, Е.П. Пролетная модель влияния расхода газа на развитие винтовой неустойчивости дуги/ Пахомов Е.П.// ТВТ.–1980. –Т. 18. № 2. – С. 206 – 207.

Энгельшт В.С., Гурович В.Ц., Десятков Г.А. и др. Низкотемпературная плазма. – Т. 1. Теория столба электрической дуги. –Новосибирск: Наука, 1990. –374 с.

– Урусов, Р.М. Нестационарная трехмерная модель электрической дуги.Ч.1. Математическая модель и результаты тестирования / Р.М. Урусов, И.Р. Урусова // Теплофизика и аэромеханика. – Новосибирск, 2014. – № 1. – С. 121– 129.

Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. – М.: Энергоатомиздат, 1984. –146 с.

Смагулов Ш., Сироченко В.П., Орунханов М.К. Численное исследование течений жидкости в нерегулярных областях. –Алматы: Гылым, 2001. –276 с.

Урусов, Р.М. Применение метода фиктивных областей для расчета характеристик электрической дуги /Р.М. Урусов, Т.Э. Урусова// ТВТ.–2004. –Т. 42. № 3. – С. 374–382.

Урусов, Р.М. Численное моделирование винтовой формы электрической дуги во внешнем аксиальном магнитном поле / Р.М. Урусов, И.Р. Урусова// ТВТ.–2017. – Т. 55. № 5. – С. 661– 669.

Урусова, И.Р.Компьютерное моделирование винтовой формы электрической дуги при различных значениях сеточного шага/ И.Р. Урусова, Т.Э. Урусова, Э.М. Бакирова, А.Н. Сапаралиева// Проблемы автоматики и управления. – 2021.– №2 (41). – С. 4–10.