Способ получения многоканального разряда (варианты)

Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано для получения многоканального разряда в большем объеме. Технический результат - получение многоканального разряда в процессе дробления нестационарных струй жидкости в большом объеме. По первому варианту, в способе получения многоканального разряда, включающем подачу постоянного напряжения между струей - электродом и металлическим электродом, в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток между электрическим разрядом ламинарного участка, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита. По второму варианту, в способе получения многоканального разряда, включающем подачу постоянного напряжения между струей - электродом и электродом, в качестве второго электрода используют электролитическую ячейку. По третьему варианту, в способе получения многоканального разряда в качестве второго электрода используют струю, которая составляет угол с первой 0≤α<180°, По четвертому варианту, в способе получения многоканального разряда в качестве второго электрода используют диэлектрик с металлическим токоподводом. 4 н. и 3 з.п. ф-лы. 13 ил.

 

Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано для получения многоканального разряда в большем объеме.

Известен способ (Plante G. II Zeit. Phys. 1875. №80. S. 1133) получения парогазового разряда. При данном способе получения парогазового разряда, разряд горит между угольным анодом и электролитическим катодом в интервале межэлектродного расстояния от 1 до 7 мм, при токе разряда от 50 до 500 мА и напряжении разряда 500≤U≤1200 В. Недостатком известного способа является то, что разряд горит точечным пятном на аноде контрагированным плазменным столбом и конусообразным каналом (h=2 мм) в прикатодной области (h=5 мм). С ростом межэлектродного расстояния устойчивость паровоздушного разряда существенно ухудшается и разряд гаснет. Разряд горит в небольшом объеме 70 мм³.

В качестве прототипа выбран способ получения разряда (Гайсин А.Ф., Хакимов Р.Г. и др. Парогазовый разряд в системе «струя электролит - твердый электрод» и его применение. Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева. №2. 1999. С.62-65), заключающийся в зажигании многоканального разряда между струей - электродом и металлическим электродом, устанавливают длину струи 10≤l_c≤52 мм, диаметр струи 3≤d_c≤5 мм и поддерживают разрядный ток 250≤I≤6000 мА и 510≤U≤515 В. Многоканальный разряд в прототипе горит только между металлическим электродом и ламинарной струей электролита без дробленых нестационарных струек. Недостатком известного способа получения многоканального разряда является то, что он горит только в критической точке у поверхности металлического электрода (≈60 мм³).

Решаемая техническая задача заключается в получении многоканального разряда в процессе дробления нестационарных струй жидкости в большом объеме.

Решаемая техническая задача, по первому варианту, в способе получения многоканального разряда, включающем подачу постоянного напряжения между струей - электродом и металлическим электродом, достигается тем, что в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток между электрическим разрядом ламинарного участка, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.

Решаемая техническая задача, по второму варианту, в способе получения многоканального разряда, включающем подачу постоянного напряжения между струей - электродом и электродом, достигается тем, что в качестве струи электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном электролите струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, а в качестве второго электрода используют электролитическую ячейку, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.

По второму варианту в способе получения многоканального разряда в качестве электролитической ячейки могут использовать непроточную электролитическую ячейку.

По второму варианту в способе получения многоканального разряда в качестве электролитической ячейки могут использовать проточную электролитическую ячейку.

По второму варианту в способе получения многоканального разряда в качестве электролитической ячейки могут использовать струйную электролитическую ячейку.

Решаемая техническая задача, по третьему варианту, в способе получения многоканального разряда, включающем подачу постоянного напряжения между струей - электродом и электродом, достигается тем, что в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при общей длине струи l_с=8÷120, диаметре струи d_с≥0,5 мм, при расходе электролита 2≤G_c<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов U≤6 эВ, а в качестве второго электрода используют струю, которая составляет угол с первой 0≤α≤180°, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.

Решаемая техническая задача, по четвертому варианту, в способе получения многоканального разряда, включающем подачу постоянного напряжения между струей - электродом и электродом, достигается тем, что в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, а в качестве второго электрода используют диэлектрик с металлическим токоподводом, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G -расход электролита,

На фиг.1 представлен многоканальный разряд по первому варианту в процессе нестационарных струй. В данном случае дробление нестационарной струи происходит на расстоянии 25 мм от поверхности металлической пластины. Выше 25 мм от поверхности металлической пластины до верхней электролитической ячейки наблюдается однородное течение без дробления нестационарных струек. Многоканальный разряд горит между соседними струйками и местах разрыва струек. Это объясняется появлением разности потенциалов между ними. Многоканальный разряд горит между неоднородными участками.

Из анализа фиг.2 по первому варианту следует, что с ростом расстояния дробление нестационарной струи существенно увеличивается. Разряд распространяется вдоль струи наверх. Образование нестационарных струек из однородной струи зависит в первую очередь от расхода электролита. Многоканальный разряд возникает при расходах 2≤G≤16·10⁶ м³/с. Увеличение или уменьшение длины струи электролита при постоянном расходе приводит к появлению нестационарных струек или отсутствию их. Важную роль появления многоканального разряда играет также расход, концентрация и состав электролита. Так, например, при насыщенном растворе электролита из легкоионизируемых примесей многоканальный разряд наблюдается легко (насыщенные растворы NaCl, KCl и д.т.). При использовании высоковольтных источников питания получение многоканального разряда в процессе дробления однородной струи в нестационарные струйки затруднено, а в случае низковольтного разряда получение многоканального разряда в процессе дробления однородной струи в нестационарные струйки существенно улучшается.

На фиг.3 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по первому варианту предлагаемого технического решения.

На фиг.4 и фиг.5 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по второму варианту предлагаемого технического решения (первый пример конкретной реализации).

На фиг.6 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по второму примеру второго варианта предлагаемого технического решения.

На фиг.7 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по третьему примеру второго варианта предлагаемого технического решения.

На фиг.8 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по третьему варианту предлагаемого технического решения.

На фиг.9 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по третьему варианту технического решения при α=180°, где струи расположены, вертикально соприкасаясь друг с другом.

На фиг.10 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по третьему варианту технического решения при α=180°, где струи расположены, горизонтально соприкасаясь друг с другом.

На фиг.11 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по третьему варианту технического решения при α<90°, где струи расположены под углом α, соприкасаясь друг с другом.

На фиг.12 и фиг.13 изображено схематично устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по четвертому варианту предлагаемого технического решения.

Устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по первому варианту, фиг.3, содержит верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 и надетым на него диэлектрическим соплом 4. На расстоянии от поверхности диэлектрического сопла 8≤l≤120 мм находится металлический токоподвод 5, где l - общая длина струи, которая включает ламинарный 6 и неоднородный 7 участки.

Устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по второму варианту (фиг.4) содержит верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенный с концом токоподводящей к струе трубки 3 и надетой на него диэлектрическим соплом 4. На расстоянии 8≤l≤120 мм от поверхности диэлектрического сопла находится нижняя электролитическая ячейка с электролитом 8 и металлическим токоподводом 5, где l - общая длина струи, которая включает ламинарный 6 и неоднородный 7 участки.

Устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по второму варианту, первому примеру конкретной реализации, содержит верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 и надетым на него диэлектрическим соплом 4. На расстоянии 8≤l≤120 мм от поверхности диэлектрического сопла находится нижняя непроточная электролитическая ячейка 8 с металлическим токоподводом 5 (фиг.4 и фиг.5), где l - общая длина струи, которая включает ламинарный 6 и неоднородный 7 участки.

Устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по второму варианту, второму примеру (фиг.6), содержит верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 и надетым на него диэлектрическим соплом 4. На расстоянии 8≤l≤120 мм от поверхности диэлектрического сопла 4 находится нижняя проточная электролитическая ячейка 8 с металлическим токоподводом 5, где l - общая длина струи, которая включает ламинарный 6 и неоднородный 7 участки.

Устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по второму варианту, третьему примеру (фиг.7), содержит верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, который соединен с концом токоподводящей к струе трубки 3, на которую надето диэлектрическое сопло 4. На расстоянии 8≤l≤120 мм от поверхности диэлектрического сопла находится нижняя струйная электролитическая ячейка 8 с металлическим токоподводом 5, где l - общая длина струи, которая включает ламинарный 6 и неоднородный 7 участки.

Устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по третьему варианту (фиг.8, 9, 10, 11 и фиг.12) содержит верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 и надетым на него диэлектрическим соплом 4. На расстоянии 8≤l≤120 мм от поверхности диэлектрического сопла 4 находится вторая струя 6₁ и составляет угол с первой струей 6 0≤α≤180°, где l - общая длина струи, которая включает ламинарные участки 6 и 6₁.

Устройство для осуществления способа получения многоканального разряда по четвертому варианту (фиг.13) содержит верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 и надетым на него диэлектрическим соплом 4. На расстоянии от поверхности диэлектрического сопла 8≤l≤120 мм находится диэлектрик 9 с металлическим токоподводом 5, где l - общая длина струи, которая включает ламинарный 6 и неоднородный 7 участки.

Способ получения многоканального разряда по первому варианту (фиг.13) осуществляется следующим образом: через верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3, подают струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи 6 и из дробленых нестационарных струек 7 нижней части струи, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи 6 d_c≥0,5 мм, при длине от диэлектрического сопла 4 l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита, на металлический электрод 5, где l - общая длина струи, которая включает ламинарный 6 и неоднородный 7 участки.

При I<I_кр=80 мА и малом расходе электролита G<G_min=2 м³/с между струей электролита и твердым электродом идет обычный электролиз.

Из анализа ВАХ разряда со струей электролита следует, что разряд зажигается и горит устойчиво в интервале напряжения 300≤U≤550 В.В исследованном диапазоне параметров с ростом расхода электролита до значений G_max<16·10⁶ м³/с ток разряда увеличивается. При расходах электролита равных G_max наблюдается неустойчивое горение разряда и разряд гаснет. Рост тока связан с уменьшением сопротивления струи, вызванным увеличением числа носителей заряда в объеме струи. Верхняя граница тока I=10000 мА ограничена возможностями экспериментальной установки. Нижняя граница I=80 мА определяет условие самоподдержания многоканального разряда. Ниже этого значения многоканальный разряд гаснет. Длина струи l=8÷120 мм определяется тем, что при l<8 мм происходит пробой между электродами, а l>120 мм ограничены возможностями установки.

При диаметре ламинарного участка d_c≥0,5 мм не удается зажигать многоканальный разряд. Это объясняется уменьшением носителей заряда в объеме струи. Зажигание и устойчивое горение обеспечивают только насыщенная струя с потенциалом ионизации атомов электролита Uϕ<6 эВ.

Способ получения многоканального разряда по второму варианту (фиг.4) осуществляется следующим образом: через верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 подают струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c>0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с при насыщенном растворе электролита струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи.

Способ получения многоканального разряда по второму варианту, первому примеру осуществляют следующим образом: через верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 подают струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи 6 и из дробленых нестационарных струек 7, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине l=8÷120 мм, при расходе 2≤G<16·10⁶ м³/с при насыщенном электролите струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита, на проточную электролитическую ячейку 8 с металлическим токоподводом 5. Выбор диапазонов по второму варианту объясняется также как по первому варианту.

Способ получения многоканального разряда по второму варианту, второму примеру (фиг.6) осуществляют следующим образом. Через верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 подают струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи 6 и из дробленых нестационарных струек 7, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном электролите струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита, на проточную электролитическую ячейку 8 с металлическим токоподводом 5. Выбор диапазонов по второму варианту объясняется также как по первому варианту.

Способ получения многоканального разряда по второму варианту, третьему примеру (фиг.7) осуществляют следующим образом. Через верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 подают струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи 6 и из дробленых нестационарных струек 7, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине l=8÷120 мм, при расходе 2≤G<16·10⁶ м³/с при насыщенном электролите струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита, на струйную электролитическую ячейку 8 с металлическим токоподводом 5. Выбор диапазонов по второму варианту объясняется так же, как по первому варианту.

Способ получения многоканального разряда по третьему варианту (фиг.8) осуществляют следующим образом. Через верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 подают струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи 6 и из дробленых нестационарных струек 7, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи 6 d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном электролите струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита, и в качестве второго электрода используют струю 6₁, которая составляет угол 0≤α≤180° с первой струей 6. Выбор диапазонов по второму варианту объясняется так же, как по первому варианту.

Способ получения многоканального разряда по четвертому варианту (фиг.13) осуществляют следующим образом. Через верхнюю электролитическую ячейку 1 с токоподводом 2, соединенным с концом токоподводящей к струе трубки 3 подают струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи 6 и из дробленых нестационарных струек 7, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤0000 мА, при диаметре ламинарного участка струи 6 d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном электролите струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита. Выбор диапазонов по второму варианту объясняется так же, как по первому варианту.

По сравнению с прототипом в способе получения многоканального разряда с дроблеными нестационарными струями по первому, второму, третьему и четвертому вариантам имеет место многоканальный разряд в увеличенном объеме в 10 и более раз, что подтверждают приведенные фотографии фиг.1, фиг.2, фиг.5 и фиг.12.

1. Способ получения многоканального разряда, включающий подачу постоянного напряжения между струей - электродом и металлическим электродом, отличающийся тем, что в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ; где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.

2. Способ получения многоканального разряда, включающий подачу постоянного напряжения между струей - электродом и электродом, отличающийся тем, что в качестве струи электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном электролите струи с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, а в качестве второго электрода используют электролитическую ячейку, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве электролитической ячейки используют непроточную электролитическую ячейку.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве электролитической ячейки используют проточную электролитическую ячейку.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве электролитической ячейки используют струйную электролитическую ячейку.

6. Способ получения многоканального разряда, включающий подачу постоянного напряжения между струей - электродом и электродом, отличающийся тем, что в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, а в качестве второго электрода используют струю, которая составляет угол с первой струей 0≤α≤180°; где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c -диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.

7. Способ получения многоканального разряда, включающий подачу постоянного напряжения между струей - электродом и электродом, отличающийся тем, что в качестве струи - электрода используют струйный электролит, состоящий из ламинарного потока в верхней части струи и из дробленых нестационарных струек, полученный путем подачи напряжения между электродами, равного 300≤U≤550 В, при токе разряда 80≤I≤10000 мА, при диаметре ламинарного участка струи d_c≥0,5 мм, при общей длине струи l=8÷120 мм, при расходе электролита 2≤G<16·10⁶ м³/с, при насыщенном растворе электролита струи и составе с потенциалом ионизации атомов Uϕ<6 эВ, а в качестве второго электрода используют диэлектрик с металлическим токоподводом, где U - напряжение между электродами, I - ток разряда, d_c - диаметр ламинарного участка струи, G - расход электролита.