Лекція 25 Порівняння різних типів струменів
Переваги надзвукового плазмового напилювання
Таким чином, надзвуковий струмінь можна одержати в динамічному вакуумі та в випадку його недорозширеності.
При
нанесенні покриттів у динамічному
вакуумі можна одержати струмінь довжиною
200 – 700 і навіть 1000 мм. При цьому можна
прискорювати частинки до 500 – 1000 м/с
і як наслідок одержувати покриття з
пористістю менше за 1 % і міцністю
зчеплення
.
При цьому покриття вільні від окислів.
Міцність зчеплення звичайних плазмових
покрить 10 – 20 МПа, а пористість 8 –
10 % (рис.25.1).
Рис. 25.1. Залежність пористості покриття від швидкості удару напилених часток
При
напиленні
велике значення має далекобійність
струменя, що визначається відстанню
від зрізу сопла до точки, на якій осьова
швидкість становить половину початкової.
Недорозширений
струмінь (n>1) володіє
значно більшою далекобійністю,
ніж відповідний ізобаричний
(n=1),
при тому ж
*)
а далекобійність
зростає пропорційно
.
Крім
того, коли швидкість кінця
струменя
трохи відрізняється від звукової, то
навіть невелика не
розрахованість
може приводити
до помітного збільшення далекобійності.
При
далекобійність
нерозрахованого струменя на 17 % вище
розрахованого.
Особливістю надзвукової течії на початковій дільниці є наявність радіальної складової швидкості. Траєкторії частинок газу в цій області мають значну кривизну, так що в кожному перетині вектор середньої абсолютної швидкості складає деякий кут з віссю потоку, змінний по величині і знаку вниз за течією. Кути відхилення векторів швидкості від осі збільшуються до периферії, причому основна частина витрати газу проходить крізь периферійну зону перетину через малу щільність газу в центральній перерозширеній частині струменя.
У
кожній подальшій
«бочці» слабонедорозширеного
струменя максимальне значення площі
поперечного перетину і коефіцієнта
швидкості
менше, а мінімальне значення більше,
ніж в попередній. Зниження повного
тиску
приводить
до зменшення діапазону зміни параметрів
в «бочках», поки
не встановляться їхні постійні значення.
Довжина надзвукової дільниці недорозширеного струменя визначається величиною сумарних втрат повного тиску у всіх «бочках». Ці втрати визначаються в основному мірою нерозрахованості, яка задає конфігурацію початкового струменя, відстанню між соплом і максимальним перетином першої «бочки», величиною статичного тиску в максимальному перетині струменя. Ця величина апроксимується наближеною залежністю
,
(25.1)
Сумарні втрати повного тиску зростають зі збільшенням площі максимального перетину струменя і відповідно перерозширеного газу в ній.
25.2. Струмені плазми
Незважаючи на те, що турбулентні струмені досліджені дуже широко, більша частина даних належить до холодних струменів, а відомості про високоентальпійні газові потоки обмежені.
Основні відмінності плазмових струменів електродугових генераторів від ізотермічних або слабо підігрітих струменів газу зумовлені такими причинами:
1. Істотною роллю фізико— хімічних процесів (дисоціації і іонізації). Реакції, що протікають у високотемпературному газі, спричиняють зміну молекулярної маси речовини і його газової постійної. У цих умовах температура не може служити характеристикою газу, що визначає його енергетичний рівень. Таким показником є величина ентальпії, що містить теплову енергію і енергію утворення продуктів реакції, різниця між якими істотно зростає з початком іонізації: У загальному випадку можливі відмінності в швидкостях і температурах різних компонент (електронів, іонів, атомів).
2. Різкою зміною складу і теплофізичних параметрів плазми в полі течії. При T>10000 оK повний аналіз поля високотемпературної течії повинен бути заснований на одночасному вивченні газодинамічних полів і потоку випромінювання.
3. Наявністю електромагнітних сил. При T>10000 оK вони починають відігравати в динаміці плазми важливу роль. Внаслідок взаємодії газодинамічних і електромагнітних сил виникає багато нових явищ.
4. Наявністю легкої електронної компоненти. У нерозрахованих струменях плазми на відміну від газових струменів відсутня область вільного розширення, оскільки для електронної компоненти звичайно M<<1 і збурення з навколишнього середовища можуть по електронній компоненті розповсюджуватися вгору по потоку.