Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ
[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |
ИССЛЕДОВАНИЕ АТМОСФЕРНОГО МНОГОКАНАЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА С ЖИДКИМ КАТОДОМ В ПОРИСТОМ ДИЭЛЕКТРИКЕ
Гайсин
Ф.М., Тазмеев Б.Х.**
Казанский
государственный технический
университет,
**Камский политехнический институт
В данной работе
представлены результаты
экспериментального исследования
электрического разряда в воздухе
при атмосферном давлении между
твёрдым анодом и жидким катодом в
виде электролита, который
смачивает пористый диэлектрик.
Электролитом служили техническая
вода и водные растворы NaCl различной
концентрации. Исследования
проводились в следующих диапазонах
изменения параметров: ток I = 0,2...3,5 А,
межэлектродное расстояние = 5...50 мм, диаметр
пористого диэлектрика d = 40...90 мм. Разряд
зажигался взрывом тонкой медной
проволоки.
Разряд горит стационарно тогда, когда электролит поступает на рабочую поверхность диэлектрика в количестве, достаточном для поддержания его в смоченном состоянии. В случае когда на рабочей поверхности диэлектрика образуется и поддерживается плёнка жидкости, то получается разряд между твёрдым анодом и жидким катодом. Отличительные особенности проявляются в тех режимах, когда электролит интенсивно испаряется с поверхности диэлектрика, не образуя сплошной плёнки на рабочей поверхности. Особенности проявляются в следующем. Образуется поток пара электролита с поверхности катода в сторону анода. Объёмная структура, ток и напряжение разряда зависят от режима поступления электролита на рабочую поверхность диэлектрика.При расходах электролита, когда он кипит на поверхности или внутри пористого диэлектрика в приповерхностном слое, разряд состоит из множества микроканалов, сгруппированных в несколько струй. Разряд горит с характерным шумом. С увеличением тока громкость шума возрастает.
Наличие потока
пара внешне наблюдается по форме
факела, окружающего разряд. При
любом положении разряда
(вертикальном, горизонтальном или
другом) факел всегда направлен в
сторону твёрдого анода. Длина
светящегося факела зависит от
концентрации электролита и от
межэлектродного расстояния.
Наибольшая длина факела получается
при концентрациях NaCl около 0,5 % по массе. В
случае водоохлаждаемого медного
анода диаметром 25 мм и = 20 мм длина жёлтого
факела, который облегает анод,
достигала до 15 см.
Наличие потока
паров электролита подтверждается
также и возможностью поддержания
разряда при достаточно больших
межэлектродных расстояниях. При
концентрации NaCl равном
0,5 % вертикальный разряд
сравнительно устойчиво горит в
промежутке длиной = 50 мм
между медным анодом (? 25 мм) и пористым
диэлектриком диаметром 40 мм. При
этом ток и напряжение изменялись в
пределах, соответственно, 1,5...3,0 А и
700...750 В. Амплитуда колебаний тока
составляла 0,1 А, амплитуда
колебаний напряжения - 50 В.
На рисунке 1 представлена зависимость напряжения разряда от тока, записанная двухкоординатным планшетным потенциометром. Как видно, она состоит из семейства прямых. Каждая прямая соответствует определённому значению напряжения, подводимого к электродам. Представленная зависимость напряжения от тока объясняется тем, что по мере испарения электролита разряд проникает вовнутрь пористого диэлектрика. При этом собственная длина разрядного промежутка увеличивается и для его поддержания требуется большее напряжение. Проникновение разрядных каналов вовнутрь диэлектрика приводит к уменьшению площади катодных пятен, в результате чего уменьшается число микроканалов разряда, проводимость разрядного промежутка уменьшается и в итоге уменьшается ток разряда. Уменьшение числа микроканалов наблюдается и визуально. Объёмный разряд сначала распадается на отдельные изолированные каналы. По мере проникновения разряда вовнутрь диэлектрика каналы постепенно исчезают. Для того, чтобы разряд горел непрерывно, необходимо поддерживать расход электролита через пористый диэлектрик в определённых пределах.
Нижняя кривая на рисунке 1 снята при соприкосновении металлического анода со смоченным диэлектриком. Пунктирный участок соответствует режиму кипения электролита. Напряжение на разряде определяется как разность ординат между отрезками прямых и нижней кривой.
Следует отметить, что наклон отрезков прямых зависит от дополнительного балластного сопротивления и от межэлектродного расстояния. С увеличением этих параметров наклон отрезков прямых возрастает.
Как и в случае разряда между твёрдым анодом и электролитом, налитым в сосуд, при увеличении концентрации электролита напряжение разряда падает, что свидетельствует о поступлении паров электролита в разряд. Материал твёрдого анода на напряжение разряда практически не влияет.
Обобщая результаты исследований можно сделать следующие выводы. Применение катода в виде электролита, который смачивает пористый диэлектрик, позволяет: 1) располагать электроды в любом положении друг относительно друга; 2) поддерживать стабильный разряд при значительных межэлектродных расстояниях. Таким образом, существенно расширяются технологические возможности разряда и появляются новые варианты конструктивного исполнения плазмохимических аппаратов с электролитными разрядами.
На выделенном отрезке прямой АВ верхняя половина (ближе к точке А) соответствует полусухому состоянию поверхности пористого диэлектрика, а нижняя половина (ближе к точке В) соответствует режиму кипения электролита на поверхности пористого диэлектрика.
Рис. 1. Зависимость напряжения на электродах от тока. Катод - техническая вода, анод - медь диаметром 30 мм.
[ О Школе|Лекции|Секция 1|Секция 2|Секция 3|Секция 4|Секция 5|Cодержание |