2 Расчет характеристик плазменного реактора

2.1 Расчёт распределения среднемассовой температуры потока по длине реактора

Теплообмен в канале плазменного реактора происходит в условиях существенного изменения теплофизических свойств потока, поэтому при исследовании процесса необходимо определить осевое распределение среднемассовой температуры. Исходные данные для этой задачи вводятся на соответствующих закладках формы «Исходные данные» (Приложение А).

Определение среднемассовой температуры потока производится по изменяющейся энтальпии газа, зависящей от мощности в дугах. Вычисляется изменение теплового КПД реактора по длине канала по эмпирической зависимости:

, (1)

где – параметрический критерий (калибр);

X – расстояние по оси до входа в реактор;

D – диаметр реактора;

Re – критерий Рейнольдса, определяемый для начальных условий потока.

, (2)

где – начальная скорость плазменного потока;

– плотность плазмообразующего газа при начальной температуре потока;

– вязкость плазмообразующего газа при начальной температуре потока.

Re = = = 1259,446 (3)

:

= .

₁ = = 0,8021

₂ = = 0,6802

₃ = = 0,5933

₄ = = 0,5275

₅ = = 0,4757

₆ = = 0,4337

₇ = = 0,3988

₈ = = 0,3695

₉ = = 0,3443

₁₀ = = 0,3226

Таблица – 1 Расчетные показатели реактора

L	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
n	0,8021	0,6802	0,5933	0,5275	0,4757	0,4337	0,3988	0,3695	0,3443	0,3226
PL	60,15	51,01	44,49	39,56	35,67	32,52	29,91	27,71	25,82	24,19
IL	7519	6376	5562	4945	4459	4065	3738	3464	3227	3024
TL	5225	4800	4350	4000	3600	3300	3100	2900	2700	2550

Изменение мощности по длине реактора (при различных значениях калибра):

Р_L= η_L∙ P_пол , (4)

Р_пол= P_P ∙ = 150∙0,5= 75 кВт,

где P_пол– полезная мощность реактора.

P_P– мощность реактора;

– КПД плазмотронов.

Р_L1= 0,8021⋅75 = 60,1575кВт

Р_L2 = 0,6802⋅75 = 51,015 кВт

Р_L3 = 0,5933⋅75 = 44,4975 кВт

Р_L4 = 0,5275⋅75 = 39,5625 кВт

Р_L5 = 0,4757⋅75 = 35,6775 кВт

Р_L6 = 0,4337⋅75 = 32,5275 кВт

Р_L7 = 0,3988⋅75 = 29,91 кВт

Р_L8 = 0,3695⋅75 = 27,7125 кВт

Р_L9 = 0,3443⋅75 = 25,8225 кВт

Р_L10 = 0,3226⋅75 = 24,195 кВт

Теплосодержание плазмообразующего газа:

I_L= = кДж/кг, (5)

где G – расход плазмообразующего газа.

I_L1= = 7519 кДж/кг

I_L2 = = 6376 кДж/кг

I_L3 = = 5562 кДж/кг

I_L4 = = 4945 кДж/кг

I_L5 = = 4459 кДж/кг

I_L6 = = 4065 кДж/кг

I_L7 = = 3738 кДж/кг

I_L8 = = 3464 кДж/кг

I_L9 = = 3227 кДж/кг

I_L10 = = 3024 кДж/кг

Таблица -2, Данные коэффициента теплоотдачи

L	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
α`L	240,67	162,88	132,57	112,66	100,33	91,94	87,7	83,42	80,84	79,11
TL	2225	4800	4350	4000	3600	3300	3100	2900	2700	2550

T_L

Рисунок 1 - Распределение среднемассовой температуры плазменного потока по длине реактора

Вывод:

По результатам расчётов мы видим, что температура плазменного потока Т при производстве карбида кремния попадает в табличный интервал термодинамической устойчивости от 2050 до 2800 К. В связи с чем можем считать, что количество калибров, равное 10ти, выбрано верно.

Чем больше калибр, тем меньшая температура плазменного потока распределяется по реактору.