等离子体弧平衡放电仿真

· 项目背景

对自由电弧弧柱进行强迫“压缩”,从而使能量更加集中,弧柱中气体充分电离,这样的电弧称为等离子体弧。 等离子体弧又称压缩电弧。本项目以Ar为例讨论不同放电条件下等离子体弧中的气体特征。

· 仿真方法

等离子体弧属于平衡放电过程,近似将等离子体视为完全电离状态,符合局部热力学平衡态(LTE)条件。等离子体被认为是局部中性的牛顿流体混合物。本例为Ar直流放电过程仿真,需要将以下物理场计算进行耦合求解。

1、气体流动传热过程计算

气体流动采用纳维斯托克斯方程求解,传热过程采用能量方程求解。

2、电磁场计算

根据气体电导率与温度关系,计算空间电磁场分布。

3、平衡放电多物理场耦合

计算电磁场产生的体积力和热源,并计算阴极和阳极放电过程中边界处热源,耦合到流动转热过程中。同时将计算温度传递给气体得到气体电导率,耦合到电磁场计算中。

· 仿真结果

氩弧焊等离子体温度分布

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