автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.05, диссертация на тему:Электродинамические и энергетические характеристики импульсных разрядов у воды и экзотермических сред

кандидата технических наук
Посохов, Арсений Антонович
город
Киев
год
1993
специальность ВАК РФ
05.09.05
Автореферат по электротехнике на тему «Электродинамические и энергетические характеристики импульсных разрядов у воды и экзотермических сред»

Автореферат диссертации по теме "Электродинамические и энергетические характеристики импульсных разрядов у воды и экзотермических сред"

ДКДДЕМ1Я НАУК УКРА1Ш 1НСТИТУГ ЕЛЕШОДШШКИ

Для служзового користування Прш.Л_

ПОСОХОВ Арсенta Антонович

ЕЛЕКТР0ДИНШЧН1 I ЕНЕРГЕШЧН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ 1ШУЛЬСНИХ РОЗИЭДВ У ВОД1 ТА ЕКЗОТЕРШЧНЮС СЕРЕДОВЩАХ

Спец1альн1сть 05.09.05 - Теоретична

На правах рукошоу

ел8ктротехн1ка

АВТОРЕФЕРАТ дасертацИ на адобуття наукового ступеня кандидата гаойчних наук

Ки1в - 1993

s

/ /'/

Робота Еиконана в 1иститут1 АН УкраТни (м. ЫиколаГв).

1мпульсних проц9с1в I технолог1Й

Науковиг кер1Еник Науковий консультант 0ф1ц1йн1 опоненти

Пров!дна установа

- доктор тэхн1чних наук Резцов В.Ф.

- кандидат техн!чних наук Вовченко 0.1.

- доктор Т9ХН1ЧШи наук

Кривицькиа Б.в. кандидат техн!чних наук Щерба А.А.

- науково-досл!днкй 1 проектно-конструкторсышй 1нститут "Епискавка" (м. Хврк1в)

Захист в!дбудеться "3 $ у.1993 р. в "//^годин на зас1двнн! гоец1ал1зовано! вчено! рада Д 016.30.03 по захисту дисэртац1й в 1нститут1 електроданам1ки АН Укра1ни (252680, Ки1в - 57, проспект Перемоги,-56).

3 дасертад1во мояна ознайоштись в 010л1отец1 1нституту електроданаы 1 ки АН Укра1-ни.

Автореферат роз1сланий "/Я ¿¿у1993 р.

Вчений сэ!фетар спец1ал1зовано! вчено! рада доктор техн1чних наук

ФедШ В.О.

1.3АГАЛЬНД ХШКГЕРИСГИКЛ РОЕОГИ

Актуальн!сть проблема. Шдаодяий !скровий розряд птирочо зас-тосовувться в р!зшх технолог1ях як звс1б утворення потуаких хвяль таску, г1дропоток1в та густо Г низь::отеы1ературно1 плазма. Тендэнц1я подальшого розширення галузей викорзстання електророз-рядннх установок, поряд з обмэжэшпга енергетачшгя I ресурсными показниками електрстних конденсатор!в, як! вихористоЕулться для накопичення енаргН,. зумовила поаук нових !мпульсних енэргодвэ-рел. Одним з перснекгавних напрям!в у вир!шэнн! ц!з! проблеми в застосування в установках комплексного електровябухового перетво-рення елэктрично! та х1м!чно1 енергН, що ре<ш!зувться при 1м-пульсних розрядах в екзотерм!чних конденсоваяих соредовищах, пи-тома об'емна енергоемн1сть яких в 104-105 раз!в вш?8, у оло-ктричних кондэнсатор!в. У зв'язяу з цим досл!доння електроданЕ-м!чнпх I енергетичнпх характеристик розряд1в у зод! та екзотерл!-чних свредовицах, вяконане зг!дао з науковим назрямом робота 1нс-титуту !мпулъсних процес1в 1 технологАН Укра!ни (м. Мякола!в) "Розробка теорП 1мцульсних процвс1в перетворення енергН, ство-рэння 1мпульсних дгерел енергН еисоко! густини 1 систем херуван-ня ними", становить 1стотний науковий !нтерес I а актуальном.

Мата робота. Досл!даення електрсдинам1чвих 1 енэргетичних характеристик !мпульсних розряд!в у вод! та екзотерм!чнях середо-вищах, побудова ! вдосконалення методик моделввання парех1дних цроцэс1в у розрядному кол! та розробка офективних засоб1в керува-ння електровибуховим перетворенням електрично! 1 х1м1чно! енергН.

Зг1дно з постввлэной метоп в робот! розв'язано так! основн! задач!; розробка вдосконалено! методики експеримэнтального досл!-дження 1мпзгльсних розряд1в у вод! та екзотерм!чнит серэдовщах;

- теоретична 1 експвриментальнр досл!даення зв'язку м!а пя-томоп елактропров 1 да 1 сто плазма каналу п1дводного 1сгтошго роз-рлду, II внутр !шньою енарг!вв та тиском у канал!;

- встановлення залехност! активного опору 1 вигляду вольт-зшэрно! характеристики !скрових розряд!в в алшовм!сних екзотер-Ичних саредовищах в!д концентрвцИ та даснарсност! металевого юропгку I розробка методики моделввання парах! дних процес!в в )лектричному кол! при таких'розрядах;

- досл!диення елактротеплово! структура 1скроних разряд1в в тшовм1сних екзотер:л!чних середовищах ! визначення механ!зму

ншшву реакцП гор!ння частшюх металу на активний оп1р розряду;

- визначэннл углов ©фвктивного електровибухового пвретворенш; енерг! Т при 1шулъсних розрядах в алшовм1сних та однор1дних пер-хлоратовм1сних екзотврм1чних середовЕщах.

Иэтодами досл!дкення в ф1зачна ! математична модэлпванш електроданаШчиих та энергетичних процес1в, цо супроводаують 1м-пульсн1 розряди в конденсованих сэредовшцах. Ф1зична ыоделшавш виконано по вдосконаланШ експерименталън1Я штодиц!,яка дозволила д1агностувати шлив х!м1чних перетворвнь на шрех$да{ процеся в влектричному кол1 при розрядах в екзотери1чних соредовздах. Ер матвматичному модвлвзазн! застосоЕано чиселън! метода, паретворе вея Лапласа, тэор!ю збурень 1 асимптотичних розкладань, сучасн положения електродинам*ки нэоднор1дних суц!лънзх серэдовщ та ф! зики густо" низькотемпоратурно! плазми.

Наукова новизна робота полягав в тому, що

- встановлеко зв'язок ы1ж елактрэтними характеристиками електротепловов структурой 1скрових розряд!в в алшовШсних екзс терм1чшх середовшцах, визначено залэжн1сть 1х активного опору 1 вигляду вольт-амперно! характеристики а!д концашрацП металу;

- сформульовано алгоритм розрахунку елактродинам 1 чзих харш теристик Шдводного 1скрового розряду, якай враховуе залагн1и коеф1ц1внту пропорц!ональност1 м1х штомоп елэктропров 1 дн 1 с: плазма I тискоы у канал! в1д потужност! розряду;

- розроблено методику матвматичного коделевання перех1дш процес!в при разрядах в алшовы1ених екзотер^чних саредовиця

- досл!даеш иехан1зм впливу рвакц!! гор1ння чаотшок шта на активний оп1р розряд1в в алшовм!сних екзотерд1чних середона щах, встановлеко умови наявност! I в1дсутност! такого впливу;

- визначено оптимальн! умови електровибухового ператворен енергН ори розрядах в алшовШсних та одаор!дних перхлоратов»! сних екзотэры1чних середовищах, для алшовм1сних серэдовщ запр паковано катод керування цим процасом при нэзм1штих параметр розрядаого кола.

Автор задищав: результата досл1д£8ння електродинаи1чних внэргвтичних характеристик, влвктротэплово! структура 1скро1 розряд1в в шпмовмЮних екзотерм1чних середовищах та у вод!;

- мэтодику I алгоритм матвматичного моделювання пэрэНдг процвс1в при ¡«фових розрядах в цих середовищах;

- результата досл!д2:эння махан1зму впливу реакцП гор!)

«станок металу на активний ontp розряд!в в алпмовм1снлх екзотер-41чниг сэредрищят;

- кэтод керування режимом пэрех1даого процесу t ефект*вн1с,ш зкзотерм1чних перетворень при разрядах в таких сэредовшдах;

- сп1вв1дношення та умовк, що забезшчувть опткмэльн! режима ыюктровибухоЕого перэтворання енергП при [мцульсштх розрядах в злшоем1сних та однор!дних терхлоратовмIпних екзотерм!чних сере-цонищях.

Практично значения. Створено методику I алгоритм розрахунку тарех1даих процес!в в електричному кол! електророгрядних устано-зок при 1скровпх розрядах в алшовм1сних екзотерм1 чшк сэредови-оах та у вод!. Визначэно оптимальн! умова елек^роЕибухового пере-гворення енэрг 11 при розрядах в алпло2м1сних та однор1даих пер-слоратовм!сних екзотврм1чних середовищах. 'Для розряд1в в алпю-зм!сних середовищах запрогоновано метод керування режимом nepexl-чного процесу та ефектявн1стп екзотерм1чних перетворень при нез-íIhhhx параметрах розрядного кола.

Рэал1зац1я результат!в робота. Основн! науков! 1 практичн1 результата отримано при виконанн! наукоЕа-досл1дних рсб!т за телами: # 248 -"Досл!дати характеристики плазменого каналу електро-зибуху в умовах програмованого закону енэрговводу з метоп керува-эня цроцесами перетворення енерг1 i в електрог1дро tнпульсних прис-гроях" (виконвна за постановов ЦрезидП АН УРСР в!д 25.11.83 р.); В 344 - "Досл1дити можливост1 1н1ц1ввання електровибухом р1зних режим!в екзотерм1чних реакцШ в х!м1чно активних гомогенних сере-цовищах" (Jí держ. реестр. 01890080931, виконвна за р1шенням. вче-sol рада ПКБЕ АН УРСР в2д 13.07.89 р., протокол * 10); * 364 -"Досл1дити електроф1зичн! i енэргетичн! процеси при електророзря-ц! в х!м1чно активних конденсованих середовищах з метоп вир1шення проблем керування комплексном пэре творениям електрично1 t х1м1ч-ю1 енэрг II 1 створення науконих та 1нженерних ocf-b шбудови •сомб!нованих енергоджерел для 1ыпульсних технологи!" (Я держ. ре-встр. 01910008372, виконана за р1шенням Бюро ВИЯМ АН УРСР, протокол й з в!д 22.01.91 р.). Результата робота використано в ПОТ АН УкраШи в розробц! електрог1дро1мпульсних пристроГв спе-дtального призначешш, а також при розширенн! технолог 1чнит мож-пивостей установки "Базальт* для руйнування монол!т1в та преса П223. Економ!чний ефект, що випадав на доли автора в1д впровад-еэння результата дасл!дкень, на 1985 р. склав 43,6 тис. карб.

Лтгробац!я робота. Основа 1 результата досл!дкень викладено автором на Бсесоюзнкх конференц1ях "1мцульсн1 метода оброСки мз-тер!ал1в" (м.Ы!нськ,1978 р.)» "Елэктричний розряд у р1дан! та йо-го застосування у промисловост!" (м. Ыикола1Е, 1980 р., 1988 р., 1992 р.),"Ф!зжа низькотешературно! плазш" (м.М!нськ, 1991 р.); на п'ятШ ВсесоюзнШ икол! "Ф!зика !даульсних розряд1в в кондэн-соезних середовшцах" (м.Микола1в, 1991 р.); на Шжнародному сим-поз1ум! я теоретично! I пршиздно! плазмох1м!1 (м.Рига, 1991 р.); на розширеному зас!данн! Науково! Рада АН СРОР "ЕлектроФ1зичн! властивост1 д!електрик1в при д!1 електромагя!тних, 1 акустичних пол!в " (м. 1ваноко, 1ЭЭ1 р.), на наухових сеуЛ карах 1ЕД I ППГ АН УкраГни (м. КиГв, м. !«!иколаГв, 1988 - 1993 р.).

Публ!кацП. Основпий з:.«Лст дксертацН воображено в 20 дру-ковсних працях, з.нее 2 авторських св!доцтва про винаходи.

Структура 1 обсят робота. Днсертац!я складазтьоя 1з Еступу, 3-х глав, зах1нчення, списку л!торатури з 124 назв та додатку., Загальний обсят робота становясь 160 стор!нок, включают II ,таб-лиць 1 25 малшк1в.

II. ЗШСТ РОБОТИ

У вступ1 обгрунтовшо актуальн!сть теми дасертацП, цроша-л1завано сучасний стан пройдами досл1давння елактродинам 1 чпих ! енергэгичних процес1в при 1мпульсшх разрядах у еод! та екзотер-м!чних середоЕидах, на основ1 чого скормульовано мету 1 основа! задач! робота.

В пет>т!й глав! викладено вдосконалену методику экспериментального досл1дження 1маульсш1х розряд!в у звичвйних водних та ек-зотерм1чЕИХ серэдовкцах. До II в!дзнэчша.особливоствй напекать:

1. Сшхронла реестрац!я комплексу едезгричних, г!дродшак!ч-них, к1нематичтх та оптичшх характеристик розряд!в (мал.1). Це дозволило д!агностувата излив х!м!чних шретворвыь на рэаим пере-х1днех процэс1в при розрядах в екзогера!чшх середовщах (ЕО), а такох вкзначата серэдн! по об'илу питом! значения електропров1д-ност! плазми ? (См/м) та И внутр!шньо1 енергП йвн (Ди/м3).

2. Зшшэння 1 контроль похиОок кал!броЕКИ тракту вим1рювання напруги ^ - часова координата) по выпл1туд1 апер!одичного 1ыпульсу на активному опор! и м1кэлэктродного щюм!еку на основ! отримаиих результат ¡в анал!тичного досл!дкэнвя переходного проце-су в розрядному кол! з урахуваннягл впливу нэл!н!йного опору кому-

Ыал.1. Фунхц1ональна схема експериментального • стенду: ПУ1 - пульт кэрування заряд-нии пристроем ЗУ; ГИ* - ем-н!сний генэратор 1мпульсних струм!в; ,ПУ2- пульт керував-ня камерою ВЯУ-1 (0ФР-2Ы); БО - блок сингрон1зац!1; БП-блок п1дпал0ння; М форму-юча л1н1я гивлэния п!дсв!т-ки; Ш - коакс1а.тгьний шунт; ДИ - демпф!роЕаниа емн1сний под!льник напрупг БФУ-1 (СФР-2М) -високоптидк!сна фоторег1стругча камера; ар - датчик тиску; 1ндуктивност! компенсувчо! хотушхи та д!лянки кола, на якШ вим1-рюеться напруга.

тухлого розряднкка, власно! емност! електродно! система та нэ1дв-альност1 рэкиму холостого ходу (к!щев1сть .и).

3. Виклвчення похкбки, зумовлеяо1 часовим дрейфом амшПтуд-них параметр1в тракту вим!ршання отруму 1(1;), шляхом шзначення чутливост! тракту Сэзпосэредньо по осцилограмах ампер- 1 вольтсв-кундних характеристик розряд1в.

4. Дозування екзот0рм1чних сэредовищ, еносемих у п1дводшй к!жэлектродниа прам1кок, у вигляд1 цил!ндричних капсул для безпа-1Ш експеримэнту I можливостI контролю об'аду V та ваги О доз ЕО.

5. Оц!нка питомо! ефоктизност! екзотерм!чних ператворень * (Дж/й3), р (Ди/кг) при розрядах в екзотерм!чних середоЕшцах, як в!даошэння т1е! частая енаргН п 1 слярозрядноI порокнини, що зумо-вленв теплотою х!ы1чно1 реакцП, до об'ему V або ваги о дози ЕО.

У друг!й глав! наведено результата експеримэнтального I теоретичного доел!джэння зв'язку м!а питомоп елактропров»дн 1 стп пла-зми каналу п!дводаого 1скрового розряду (ШР) «г, II ннутр1шньою внерг1еп тган та тиском у канал! р . Цей зв'язок вирвяавться сп!в-в1дашеннями %,-А^, **В1-Р]Е/0'~1), ^-Га^-! )]"'г1."УК) дэ А -1скрова характеристика, г - ефектившхя показник вд!вбатп плазми. Експеримэнтальн1 значения А, г знаходились 1з р1вяяння енэргэтач-ного балансу на основ! д!агностики комплексу характеристик П!Р при таких параметрах розрядного кола: еын!сть об-Ю"6 Ф, !ндук-тивн!сть Ь-Т.П'Ю-6 Гн, довяина м!электродного пром!«ку 1-

- а -

«45-1СГ3 м, папруга заряду ио=(2-5)«104 В.Розряд'1н!ц1ювався к1к-родротом 1з вольфраму д1ештроы г-Ю"3 м. При визначенн1 А, г як1сно враховувалось часткове поглинання випрам!нивання {скрового каналу в порах 1дному шар! "вода - плазма". Значения ^ анаходи-лось 1з виразу ^«¿r/P^li/ (па^), да а - рад 1 ус каналу ШР. Тиск у канал! вазначадся по експеринентально зареестрованому закону toro розширення a(t) шляхом чисельного 1нтегрування р!внянь г1д-роданам!ки методом характеристик, що дозволило коректно врахувати нел1н1йн1 ефекти, зумовлен! стислив1стп води.

Усереднен! значения А, г-1 схлали: А=2,63.10* I^o/m2 ±222; y-l«íO,2ItI55S; k^-1,81 •10_л- (нказано середньоквадра-.

тичний розкид, зумовлений зм!нн!стю i., г, к^. у процвс! розряду). Показано, що суттева в!дм1нн!сть (на 24%) отриманого значения у-1 в!д знайденого теоретично >-1=0,26,яке традаЩйно використовуать-' ся в розрахунках характеристик ШР, зуыовлена наявнЮтю у канал! ШР температурного град!енту по його nepeplay «а2 та потоку речо-вини у канал з йога поверхн1. Ц1 фактори спричинясть нар1внои1р-ний розпод!л внутр!шньо1 енерг11 плазми ш об*ему каналу (при Р^-(17-28).IQ7 Па Wbh(o:=I04 К)/тгва(Т»2.104 K)«I,35-I,4) 1 ÍI накопи-чення у перех1дному шар! "вода - плазма". Внаол1док цього експе-риментальШ значения перевшщготь обчислэн! без урахування grad т,з ефективний показник ад!вбати плазми виявляе танденц!ю до знижоння у процэс! розряду, добре сп1Епадавчи з теоретичним значениям у-1«=0,26 лише в перш1й чверт! полуперЮду то-»г(ьо)1/'г при умов! ,що крутизна зростання фронту електрично1 потухност1 на оди-еицв довиани каналу (й)ф/1 перэвшцув 2.I015 Вт/(м.о). Шляхом ви-б!ркових розрахунк!в встнновлэно, що коректування значэнь л, г, Ус^ практично не поаначилось на результатах моделпвання ампер- I вольтсекундних характеристик ШР на основ! замкнано! сиотеми р!в-нянь, в як!й використовувться ц! параш три йг1 л. , - i

Ь —о + —|(R +Н )i| + — ■ О, dtz ««■ 4 * J " О

я 4 г 4а2 , _

--(Р/) + ni — ш 1 Ч2Й. ,

у-1 at * "it2 ^ Ц)

яРДа2 « А(И)1 - Ü;1,

V = -,1л <-) - —2(—)2

к 2 dte а 8а dt

- актиш! опора каналу ШР I зтрат розрядаого кола; е0 -питома вага води). ТоОто, вглив зростакня питою! ел8Ктроправ1д-ност! плазма внасл1док вб1лыпення значения ^ на 18% майжэ ц!лком ко?(Ленсузться за рахунох змэншення первр1зу !скрового канат "а2, зушвлоного зсЯльшенням в енергетичному баланс! П1Р частой няу-тр1шньо! еноргИ плазма на 24%.

3 мэтою теоретичного досл1даэння величия А=ттвн/<г, к^/Р^. отримано 1нтврполяц1йну формулу для влвктропроь1дзост! плазш ШР, яка у явному вигляд! в1дбиваэ II залежн!сть в!д температура Т та тиску Рк у канал 1 ШР I враховуз вплив перколяц!Яних ефект1в

„.(т ? > в _1.53.Ю"2.Т^/2 _

' п 5,75■IO~10.Tг[(I+B0)1/г-Ij•-In(I+A),

р » чт тч гг. д57820, А . 2.57-10~*.13/* /7891 ох

Вп = 31,1о ехр(—л-), л я -—у ехр(—=—).

о тз/г т |(1+В0)1/,г-х1 1

При обчислена! ттп1 враховано зшиення потэщ!алу 1он1зац11 атом!в 1 внесок енергП збудееаня втом1в та !он!в, На основ! розрахунко-еих ! експеримантальних. данзх показано: а) оуттвва 'залехн!сть в1д тиску електропров!дносг'! першфер!йного шару слабо1он!зовано! пла-з?ли каналу ШР (Т)Р~1/2) спричиняв кореляц!ю шаг ! ма-

ксимуму перепаду температур м1ж цим шаром ! в!сьв каналу; б)одно-чесний спад температура ! тиску в К8нал1 у процес! розряду зумо-влюв деяку стаб!л1зад!ю д, к^ (мал.26). Проте, залежно в1д зна-пень СП, Рд, тс! визначвоться рвяимои та стад!ею розряду, ксеф!ц!-ент пропорц!ональност1 м!2 таской ! елоктропроп!да!ста пла-еми зм1ш18ться в широких кэгах (мал.2). Запрошиовано метод вра-хування зм1нност1 к^. шляхом побудони залезшост! його значения усередненого за перша полугор!од розряду, в!д тиску усерэд-неного за той ко прои!гок часу. Засобом рэгрео!йного внал!зу от-' риманвх екишршзнтальних даних показано, що при (й)ф/1=(17-105)-■ Юи Вт/(м-о) ця залоги!сть наОлшкувться до д1н1йно!

Е^ = 2,47■ Ю~4-3,33• з (3-4).103 Па (2)

На основ! сп1ев!дношвння . (2) сформульовано алгоритм модэлввання шрэх1дних процес!в у розрядному кол! при ШР широкого д!апазону потугностей: а) задавться початковэ наблитання - 1,81 .Ю-4 ^/(В5^); б) !з система р1внянь (I) низначввться 5?^; з) ТК вико-ристозуеться для уточнения ^ зг1дно з (2); г) !з система (I) об-числшгься електродинам 1 чн 1 характеристики ШР при уточненому к^.

^.М'м'/в'с

2.0 45 Ф

2.5 Д 5 В

Р.,¿Па

Л / \2

4

^ \ О

>

Ц5 15 2,5 Д5 Р„ЮПа

Мал.2. Теоретичн1 1 ехспериментальнI залежноот1 коеф!ц!енту Тс^ в1д тиску: а - розрагуншс, 1- Т-2-Ю4 К, 2 - ОУ3.104 К, 3 - Т-=4.10* К, 4 - Т«5-Ю* К; б - эксперимент, I- ио-2.Юд В, 2- П0» =2-104 В, 3- и0=5.Ю4 В (отр1лко» пом!чено дап!,ш в1даосяться до к!нця гюршого полупарIоду розряду).

У тгот1й глав! викладэно результата _досл1дк8нь е;лктродина-м!чних 1 енергетичних. характеристик та електротехглово I структура 1мпульсних розряд1в в аломовм1аних 1 однор!дних периюратовы 1 гтштт окзо1эре41чних оередоншцах, як1 мала такай склад: I) алшош1сн1 -сусшнз!я порошку XI у вод!, або у водному розчин! каН03, Щ4но3 з дсданням по.Ла1ф1лам!ду (тачаткова елвктропров 1 да Ють # 10) См/м); 2) перхпоратовм!сн 1 - а) отех!оыатричний розчин перхлорату натр1ю (ПХН), етиленгл1колю (КГ) 1 (22-25)* вода 6) См/м; б) перхлорат етанолам1ну (1Ш.) 1 8* вода ДОц/н).

Встановлено, що валехн!сть активного опору !скровах розрлд1в в алюмовм1сних ЕО в!д ватово! концентрац!! иаталу х^ мае максимум, полозкення якого х^ вивначавться сп1вв1дношенням м1в трива-л1ств ^ нагр!ву частинок ал. у розряда!й плазм! до температура спалаху 1 характерним часом розряду т0«я(ьо)1/,г. При ^т <1 максималън! значения активного опору розряду л,, г, електричнс! шту£ност1,швидкост! II аростання, тривалост1 розряду т ворелиогь з таг те(хц) (мал.За.б: Од-2.104 В, С=»3.10~Л&, 1-1,Б. 10"* Гн,

1^/^0,6, й*=кэ(с/ь),/г, г*«г(0/ю1/2, т*-т/т0, н^/^]-!2«,

г=а!п (4), иг=^|1гк1г^).11ри цьому шах тг(хж) приблизно в1дпов!-даз макгаыуму добутку 3 »г ц,, (зт, площа поверхн! частинок мэ-

щ

г'

ю и*

0,6

№ 0,2

О/, Ю'Дж/м3

А, V— ----

1<

к Г \\

1 V

О 0,2 ОМ .05 %

Мал.З. Електродинам 1 чн 1 (а, 1=3.Ю-2 и, УаЗ-10~7 и3) I енер-Г8ТИЧН1 (б. I- 1-2-Ю-2 м, Та2.Ю"7 ы3; 2 - 1-3.Ю"2 м, ?-10"7 м3) характеристики !скрових розряд1в у водн!й суспэнзН порошку Л1 ПА-4 (уж»1 -*м- вагова концентрац1я охислхзвачу).

талу та потенц1альна х!м1чна енерг!я для единиц 1 об'ему ЕО;

. У випадку 1£Г/т0>1 елэктродшшм 1 чн I характеристики розряду та хт(ха) зм1нгпться незвлегно. Експэришнтально показано, що для чао1в розряду t/t(T <1, кола в!дсутня рэакЩя гор1ння чаотинок А1, початкова об'вмна концентрация мэталу т^, як!й. в!дпов!двв пах^и^з^Л-оопя^, слабо заложить в!д нвпруганост1 електричного поля, олектропров1даоот1 ЕО та розм!ру чвотинок.В доол1дазних коках вм1ни ВА1, ^л(1-10)й1/м, р0»(1-Ю).Ю"<^ (р0 - дочатковий рад!уо чаотинок).

Для розрахунку ^ розроблено модель теплообм1ну ы1а частников А! 1 плагжю, яка однотвено 'враховув радиац1йний 1 кондуктпв-ний теплов! потоки. На основ! ц!в! модел! сформульовано,р1вняння енергетичного балансу 1скрових ровряд1в в влшоем1сних ЕО, в!д-м1нною особлив!сто якого в наяннЮть члену, щ> описуа потуан1сть Нт таш!00би1ну ы!а плазмою 1 кондэнсованоо дисперсною фазою (КДО)

.иг, з ^т^^т^Ъг2!(г0)аг0+Г«вх* (х-0)чр0]

(та- температура плазм; Г1п, т>Е- повна число частинок ВДЭ у доз! ЕС та коефЩ1внт 1х втягнення в розрядну зону; о-б-константа Боль-цмана; с - !нтегральний ступ!нь чорнота частпнки; гт^е^/е )1/3;

е0,е - початкове I поточив значения питомо!4 ваги А1; I(г0) - нор-мована функц!я розпод!лу частинок по род1усах; *п - теплопров!д-н1сть первх1даого шару, що оточув частнику рад1усу г0). На осно-в1 розрахункових та експерименталышх даних встановлено, що заложно в1д диспарсност! та концентрацП КД5> значения Ит моге сягати десятк!в в!дсотк!в в1д електрично! потужност1 Ы-Од!, зумовлшчи знихення температури плазми 1 зО!льшання активного опору розряду у шр!вшшн! з ШР приблизно на порядок.

Показано,що електротеплова структура Iскрового розряду в не--однор1дцому середовищ! з маталевими включениями залегить в1д нап-руяеносИ електричного поля, що д1в на середовище. Так, при Е0= -2,5'Ю5 В/м водний розчин На1«03, НН4Ш3) мае м1сце про-

01В а утворенняы одного-двох канал!в кр1зно! електропров1дност!. При зсНльшенн! до 5.10° В/М-! вице формуеться густа с1ть плазма нних канал1в, кол1неарних з напрямом зовн1шнього поля. 1х утво-рення {нтерпротовано як насл!док "розвктку пэрегр1вяо1 нест1йко-, ст1 коло полюс1в вклвчень. Цэ дозволило вид1лити основн! особла-вост! механ1зму впливу реакцП гор 1 пня частинок А1 на активний оп!р розряду, що при ^т <1 зумовлгз кореляц!п шаг и(хв) I шах Ка(хм), г(хи) (мал.З): а) зшпкэння елэктропров!дност1 плазми вна-сл!док II 1нтенсивного охолодевши при витрат1 киснево! компонен-ти на гор!ння частинок Ж1; 0) пшздке зростання активного опору вклпчених електрично посл!довш в плазменн1 каналн частинок 11 внасл1док. зб!льшення на 1х поверхн! шару а1203 з низьков електро-цров1дн1стю. Назван! фактори спричишшть обрив плазмэних канал1в у процес! нагр!ву частинок А1 до температуря спалаху 1 поступовэ вм1щення шах Кк(хи)' до точки юах тг(хи) внасл!док перерозпод1лу даоулево! дасшацП електрично! енаргИ и1я каналами, що цродов-хушь 1снувати (мал.4).

' Шляхом анал1зу отриманих ексгориментвльних даних встановлено як!сну в1дм1нн1сть нигляду вольт-амторних характеристик (ВДХ) ро-вряд!в в алшовм!сних ЕЯ при хи<х>0 I хв>хи0.В облает! *,<ха0 мае м!сце под!бн!сть м1х ВДХ розряду в ЕО I ВДХ одноканального 1скрового розряду 7 вод! (вбо водному розчия! НН4Ж>3, ЯаШ3) та асимп-тотичне наближення першо! да останньо1 при зменшенн! хм (мал.Ба). В облает 1 хигхж0 ВДХ розряду в ЕО в1др!знявться в!д ВДХ одноканального (скрового розряду значно мендшм гЮтерззисом 1 регулярним характером аалэхност! в!д хв (мал.56). Зроблено висновок, що два типи ВДХ пов'язвн! з багвтоканальн1сп> розряду при хигхк0 1 пере-

ходом в1д багатоханального до одно- двохканального розряду при вмэншенн! хи в облает 1 хи<хж0. Для випадку ^^¿Л» у припущеш1, цо к1льк!сть канал!в на одиницю довжини розрядно! вони пропорц!о-нальна плоц1 II перер!зу та об'еш1й густин! чветинок А1, визна-чено ввлв2н1сть активного опору багатоканального розряду (хигхи0) в!д початковоГ об'змно! концентрац! I иэталу яка доб-

ре опиоуз дан1 експерименту при ^/т^О^б-О.в. Отриманэ сп1вв1д-ношення узагальнено на випадок г^т^аг I'k■нJ¡0(t)(xv)~b.

Мал. 4. Динам!ка зм!ни залэгност! У процэс! розряду в

алшовм1сному ЕО при t^/r <i: I - t/r0>sQ,25; 2 - 0,5; 3 - 0,75; 4 - 0,9. Уклони експершенту аналог 1чн1 кал.З.

На ослов! цих дених сформульовало татодаку катеиатпчного мо-долювання пэрех!даих процэс!в в RLO-кол! при разрядах в алплого«»-сних ЕО: а) при хи<хж0, виходячи з подЮност! м!а BAI розряду и ЕО ! ВАХ одноканального 1 строгого розряду, вапропоновапо викорт-товувати замхнену систену р!шянь (I) в урахуваншш залэгзгаст! параметр!в А., к^ в!д складу ЕО; наведено оц1нки к^ по окспэргллзн-тально заревстрованим ВАХ розряд!в в ЕО; б) при х^гх^, враховуэ-чи в 1 дносно невеликий Потере зло ВАХ розряд1в в ЕО у отр!вйятт! а П1Р, модэлввання перех!дного процеоу зд!йснено на «снов! виал!тя-' чпо1 апроксинац! I ВАХ 1|Ц»1вп(1)/(1+ьк(1|'"*) (а^

-a^l^tx^J'ï b^sijj/H^to), Ric(0)=He(t»0), значения парвмэт?1в а^р, b, Oocsl для р!зних склад1в ЕО наведено у робот!). Встановлено.цо зменшення даферепц 1 ального опору розряду в ЕО diip/di (|i|>0) при зб!льшенн! х гх (мал.56) зуыовлюв суттвве (в 1,1-1,8 раз!в) ско-

Цал.5. 2ал8ш1сть бит ляду вольт-ампарно! характеристики роз-розряд!в в алшовм1сному ЕО в1д хм: а, 1-ШР, 2-хм=0,4, 3-0,5, 40,55; 6,1-0,6* 2-0,65, Э-0,7, 4-0,75, 5-0,8(1нш1 дан1 диз.мЕЛ.За),

рочення шршого полупар!оду струму у пор1вняш! з ШР, його наб' лшкашш до т0«п(ьа)1/'^ незьвкавчи на вначно б!льшй актквний ш!р, 1 в!дпоа!днэ зростання електричш! потугност!. Отримвно критерШ наявност! цього ефекту: каи11'(Ь/о)"1ь'г[1^~1(х,.)~Ь«1 •

По сукупност! отриманих результат!в запропоновано метод ке-рування виглядом нел!н1йност! навантахення розрядного кола, рахимом перех1дного процесу у ньому" 1 вкладом х1м!чшго енарговвд!-лення при розрядах в алшовм1сних ЕО шляхом зм!ни концентрац! I та дисперсност! маталевого порошку у оклад! ЕО.

При даол1д2сенв! 1мпульсних розряд!в в однор!дних перхлорато-вм1сних ЕО встановлено, що найб!льш ефективне електровибуховэ пе-ретворення енергИ реал1зузться у випадку незавершеного розряду (без наявност! ]ф1зних плазмених канал!в електропров 1 дностI). Назначено оптимальн1 значения питомо! електрично! енергИ ш^т^/о та параметру к0»со^/(2пт0), щр звбазпачуить найвищу понноту х!м1-чних перетворень. Показано, що розряд при цьому супроводкуеться обривом струму (4-7)-Ю3 А гуотинов (12-17М0т А/м2 га часа (I--6).10"® с при залишков!» ввпружэноот! електричного шля (14-28). .10й В/м. Шляхом сп!льного анвл1зу к1нематичних та електродянам!-чних характеристик електророарадних процес1в у цих середовищах встановлено, що обрив струму спричиняеться початком 1нтенсивних

екзотерм!чних перетворень у м1сц! зближепня "+" та 1мпульсних корон, де досягаються найвщ1 значения напрухеност! електричного шля тс та густини дгоулево! дасшацН енергП о-е2.

Напршс1нц! глави описано результата технолог 1чного застооу-вання 1мпулъсних розряд1в в екзотерм1чних свредсвицах.

.У додатку наведено акта влровадження та практичного викорис-тання результат1в робота.

III.OCHDBHI РЕЗУЛЬТАТУ! I ВИОНОВКИ .

1. Впершэ встановлено, що залекн1сть активного опору 1скро-вих розряд1в в алшовм1сних екзотерл!чних серодовищах (ИЗ) в1д вагово1 концентрацП металу зсц мае максимум, пологення яного вязначабться сп1вв1дношвння?,! Mis тризал1стг> t^ нагр1ву частинок металу до -температура спалаху i характерном часом розряду т =» «г(1С)1/г.Цри tcr/r0<I х^ корэлюе з точкою максимуму гпгтомо! об'-bmhoï эфактаввост! екзотэрм1чних пэретворень, що 1н1ц!юхзться роз-рядом. При tСУТ0>1 або t/t£T<I кореляц!я в1дсутня f максимум опору досягавться при початков i а об'емнШ концентрацП методу 0,23±Н5».

2. Експэриментально показано, г;о залекно в1д напруганост! електричного поля, що д!е nii неоднор1дне свредовищэ з каталеними включениями, в ньому мозлава форлуваяня як багатоканально!, так 1 одно- ДЕОХканальет! структура розряду. УтЕорення багатоканально! структура 1ктерпрэтовано як наел1док розвитку перегр1вних пост1й-костей 61ля включень.

3. Вперше встЕновлено як1сну в1да1нн!сть вигляду волът-вше-рвих характеристик (БАХ) 1скроЕИХ розряд1в в атловм!сних ЕО при TH<xs0 1 ха>хи0, дэ 1н0- концентрзц1я ивталу в ЕО, що в1дпов1даз максимуму активного опору розряду. ЗроОлано взеновок, що два тили ВАХ пов'кзан! з багатоканальн!стю розряду при 1 переходом в!д багатоканального до одно- двохканального розряду при зменшеп-hî хц в област1 хк<хк0. Визначено анал1тпчну залэот!сть активного опору багатоканального розряду в1д початково! об'ешо! концентрацП металу. На основ! цше даних сформульовано методику матемвтпчного иодалвзання перах1дних процэс1в в розрядному кол1.

4. Визначено основн! особливост! механ!зму впливу реакцН гор1ння частинок металу на вктивний onlp розряд!в в зллмовм1сних екзотера1чних серэдовицах, встановлено укова наявност! 1 в1дсут-шет! такого вплкву.

5. Сформульовано алгоритм розрахунку електродинвм1чних характеристик п1дводаого !скрового разряду, який враховув аалвжн1сть коеф1ц1енту. пропорц1ональнаст1 м1ж ' шггошп електропров 1 дн 1 ctd плвзми I тиском у канал! в1д потухаост! розряду. Уточнено значения ефективного показника ад1абати розрядно! шшзми.

6. Визгачено сп1вв1дношення та умови, що забезпечуить опти-мальн! режими елв!.тровибухового пере творения енергИ при 1мпульс-них розрядах в алшовм1сних та однор!дних перхлоратовм 1 сних екзо-терм!чвих середовищах. Запропоновано метод керування виглядом на-л1н1йност1 навантагення розрядаого кола, ракиыом перех!дного про-' цесу у ньому t вкладам х!м1чаого енерговид1лвння при рсзрядах в алкмовм!сних екзотерм1чних середовищах шляхом вм1ни концентрацП та дисперсност! металавого порошку.

7. Результата робота впровадкено 1 використано в 1нстатут1 !мпульсних процес!в I технолог 1й АН Укра1ни при розширенн1 технолог 1чних мохливостай влектрог1дро1мпульсного преса TI223 1 уота-г вовка "Базальт" для руйнування иэнол1т1в, а такох в розробц! електрог 1 дро 1 мцульсних пристроТв спец!ального прианачення.

IT. ОСВОЕНИИ 3MICT ДИОЕРТАЦИ . В1Д0БРА2ЕН0 В РОБОТАХ:

1. Посохов A.A., Резцов В.Ф. Электродинамические характеристики подводного влактровзрыва, инициируемого металлическими частицами// Техн. электродинамика.- 1989.- Л 6.- 0. 3-7.

2. Вовченхо А.И., Посохов A.A., Штомпель И.В. Электроразряд-ше процессы в гомогенных экзотермических средах на база перхлоратов натрия и атаноламина// Там же.- 1992.- * 2,- 0 . 26-31.

3. Нелинейные электратешювые структуры при омическом нагреве плазменных образований при разрядах в жидкости/ Л.Н.Заседка, А.А.Посохов, В.Ф.Резцов, Г.И.Снарская, А.Л.Хаджинов, Н.Х.Эркенов-Киев, 1990.- 35 о. (црепр./АН УООР, Ин-т влектродинамики; Я 624).

4. Вовчанко А.И., Посохов A.A., Поздвев В.А. Электродинамические характеристики высоковольтного электрохимического взрыва// Физико-технические аспекты електровзрывного преобразования анергии.- Киев: Наук, думка, IS90.- 0. 30-42. (ДСП).

5. Вовчанко А.И., Посохов A.A. Основные факторы, определяющие процессы преобразования анергии при высоковольтном электрохимическом взрыве// Там же.- 0. 7-20. (ДСП).

6. Вовченко А.И., Посохов A.A. Управляемые электровзрывные процессы преобразования анергии в конденсированных средах.- Киев: Наук.- думка, 1992.- 168 с. (ДСП).

7. Интенсификация электрогидроимпульсной обработки материалов с использованием высоковольтного электрохимического взрыва/ А.И.Вовченко, А.А.Посохов, В.А.Поздеев, В.В.Герасимов// Разрядно-импульсная технология: проблемы совершенствования.- Киев: Наук, думка,- 1988.- 0. 12-20. (ДСП).

8. Посохов A.A. Расчет энергетического баланса, плазмы подводного искрового разряда// Основные проблемы разрядноимпульсной техногии.- Киев: Наук, думка, 1980.- 0. 90-97.

9. Посохов A.A., Сиргинавв P.M. Нагрев макрочастиц в плотной разрядной плазме// Электрон, обработка материалов.- 1990.- й 6.0. 49-51.

10. А. с. I57I868 СССР. Устройство для инициирования высоковольтного разряда/ А.Г.Зыкрин, И.Г.Михайлов, А.И.Вовченко, А.А.Посохов, Б.Н.Кондриков,.- Не публ. -

11. А. с. I5II939 СССР.Состав для получения высоких и сверхвысоких давлений/ В.Э.Анников, А.И.Вовченко, В.П.Тарутин, А.А.Посохов.- Не публ.

12. Удельная электропрбводность плазмы подводного искрового разряда/ Г.А.Гулый, И.О.Швец, А.А.Посохов, В.В.Иванов// импульсные методы обработки материалов. Тез.докл. Всесоюз. конф. (Минск, октябрь, 1978).- Минск, 1978,- С. 15.

13. Гулый Г.А., Иванов В.В., Посохов A.A. Математшеская модель расчета характеристик подводного электрического взрыва// Электрический разряд з жидкости и его пршшнэние в промышленности Тез. докл. 2-й Всесовз. научно-техн. конф. (Николаев, май, 1980).- Киев: Наук, думка, 1980,- С. 47-48.

14. Посохов A.A. Влияние ингредиентного состава экзотермической смеси на электрические и энергетические параметры высоковольтного электрохимического взрыва// Электрический разряд в ¡кидаю-, ста и его применение в промышленности. Тез. докл. 4-й Всесовз. научно-техн. конф. (Николаев, сентябрь, 1988).- Николаев, 1988.4.1,- 0. 152. (ДСП).

15. Посохов A.A. Преобразование энергии при подводном элек-тровзрнве, инициируемом металлическими частицами// Совершенствование экспериментальных методов исследования физических процессов Тез. докл. 3-й Всесопз. научно-техн. конф. (Николаев, НГТШ, июнь.

1989).- Л.: Судостроение, 1989.- С. I60-I6I.

16. Посохов A.A., Вовченко А.И., Сиргинава P.M. Процессы нагрева и окисления металлических частиц в плотной низкотемпературной плазме импульсного разряда// Сизиха низкотемпературной плазмы Материалы 8-й Есесовз. конф.- Ыинсн, 1991.- Ч.З.- 0. 162.

17. Вовченко А.И., Посохов A.A. Влияние дисперсности и концентрации частиц металла на процессы их нагрева и окисления в плазме импульсного разряда в воде// Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии.' Тез. докл. (Рига, 24-27 сент. 1991 г.) - Рига, 1991.- 0. 124-126.

18. Электраразрядныэ процессы и экзотермические превращения в гомогенных средах на базе перхлоратов/ А.И.Вовченко, А.Д.Посо-хов, В.А.Поздеев, И.В.Штомпель// Физика импульсных разрядов в конденсированных средах. Тез. докл. 5-й Всесоюз, школы.- Николаев, 1991.- 0. 52-53.

19. Вовченко А.И., Посохов A.A., Штомпель И.В. Электроразря-дныэ процессы" в экзотермических конденсированных средах на базе перхлоратов натрия и втаноламина// Электрофизические свойства диэлектриков при воздействии электромагнитных и акустических полей: Об. тез. докл.- Иваново: Иванов, инж.- строит, ин-т, 1991.- 0.16.

20. Вовченко А.И., Посохов A.A., Резцов В.Ф. Элоктротепловая структура импульсных разрядов в суспензия металлических частиц// Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности. Тез. докл. 5-й Воесоюз. научно-техн. конф. (Николаев, 8-10 сентября, 1992 г.).- Николаев, 1992.- 0. 27.

В працях 1-7, 9-13, 16-20, опубл!кованах в сп1вавторств1, по-шукувачу налегить: розробка методики ■ 1 виконваня експершенталь-вих досл|дхень, ф!зична 1нтерпретац1я Ix результат!в, побудова математичних моделей, проведення анал1тичЕих 1 чисельних розраху-нк!л, формулшання висновк!в 1 наукових голожзнь.

Пошукувач

Шдписано до друку щ.щЛЭЗЗ р. Формат 60x84/16

Пап1р офсетний jrii.-друк. арк. 1,0 0бл1к.-вид. арк. 1,0

Тираж 100 екз. Заказ Jki._

ФОЛ ¡нстигуту електродинам!ки АН УкраТни, Й52057, КИ1В-57, проспект Перемоги, 56