准确的物理数学模型,包括基本控制方程及与其相应的等离子体热力学与输运性质计算公式,是采用数值模拟方法深入研究非平衡热等离子体体系中传热、流动及其他复杂物理化学过程的基础。为此从Boltzmann方程出发,首先推导出描述等离子体中不同组分质量守恒、动量守恒和能量守恒方程以及电流连续性方程等基本控制方程,然后采用修正的Chapman-Enskog方法推导出等离子体输运性质参数,包括扩散系数、粘性系数、电子和重粒子平动热导率和电导率等的表达式。不仅在保证等离子体体系质量、动量、能量和电荷通量自洽的前提下封闭了控制方程,而且与现有广泛采用的描述平衡态热等离子体特性的模型间的自洽性也得到了保证。另外,采用所提出的方法推导出的非平衡热等离子体物理数学模型可以避免对目前仍存在争议的定压比热、反应热导率等参数的定义和计算。 采用耦合阴极模型模拟轴向磁场对焊接电弧的作用,分析了轴向磁场对焊接电弧位形的作用机制。计算结果显示,随轴向磁场增加:阴极弧根收缩;阴极附近等离子体温度升高,高温核心径向增大,弧柱收缩程度增加;阳极附近弧柱径向张开,中心温度降低;阳极表面电流密度和压力分布呈环状结构;阳极加热面增大,极值温度降低,出现温度平顶;电弧对阳极的传热量增加。分析认为,轴向磁场与电弧径向电流间的Lorentz力作用使近阳极区电弧旋转流动,产生磁抽吸作用,使阴极弧根和近阴极弧柱收缩,而阴极弧根收缩增强了阴极射流,并且抑制近阳极区电弧扩张。本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name轴向磁场对焊接-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机折弯机 电弧与阴极耦合的数值模拟近年已有很多研究和模型［１４－１８］。本文采用Ｊ．Ｊ．Ｌｏｗｋｅ的一维简化耦合阴极模型方法［１４－１５］，忽略阴极鞘层，对近阴极区非平衡等离子体区域电导率采用特殊处理，以保证电流和场强的连续性。白冰等使用该模型对同轴式磁分散电弧等离子体进行了比较系统的数值模拟［１４，１９］，与实验结果比较，能较好地反应阴极弧根位形的变化。该模型的详细介绍可参考文献［１４，１９－２０］，在本文中不再赘述。１计算域及边界条件图１所示计算域包括阴极、近阴极区域、弧柱和阳极。边界条件为：ＡＪ：阴极底部，温度Ｔ＝３００Ｋ，总电流，氩气入口速度０．６６８ｍ／ｓ；ＩＨ，ＨＦ：气体出口，环境压力为１０１．３２５ｋＰａ；ＪＫ，ＫＢ：阴极－电弧接触面，通过电流连续方程耦合阴极和电弧；ＦＣ：阳极－电弧接触面，通过电流连续方程耦合阳极和电唬文中各符合代表物理量如下：Ｉａ：电弧电流；Ｂａ：轴向磁感应强度；Ｒ：离ＡＤ径向距离；Ｚ：离ＡＪ轴向距离。２计算结果及分析２．１轴向磁场对阴极弧根的影响图２所示为采用给定阴极边界条件方法和耦合阴极方法计算得到的阴极表面电流密度分布。对于给定阴极边界条件方法，阴极温度设定为３５００Ｋ，电流均匀分布在阴极表面（电流密度为１０８Ａ／ｍ２）。而耦合阴极计算结果显示弧根边缘电流密度较小，弧图１磁控焊接电弧计算域轴向磁场对焊接-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机折弯机本文由公司网站滚圆机网站采集转载中国知网资源整理!www.gunyuanji.name