ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ В РАДИАЛЬНОМ ПРОМЕЖУТКЕ МЕЖДУ ДВУМЯ ЖИДКОСТЯМИ

Школа по плазмохимии для молодых ученых России и стран СНГ

Брянкин О.Ю., Тазмеев Б.Х., Тазмеев Х.К., Хайруллин А.Х.

gpa@kampi.kcn.ru

Камский политехнический институт

ВВЕДЕНИЕ. Разряды с жидкими электродами представляют практический интерес как источники неравновесной плазмы с большим отрывом электронной температуры от температуры тяжёлых частиц. Предположительно электронная температура на порядок превышает температуру тяжёлых частиц. В настоящее время из всего многообразия разрядов с жидкими электродами больше всех в поле зрения исследователей находятся разряды между поверхностью электролита, налитого в сосуд, и твёрдым электродом, размещённым над жидкостью [1, 2].Установлена перспективность использования таких разрядов для ряда технологических процессов, таких как получение оксидного порошка, очистка и полировка поверхности металлов, а также для инициирования химических реакций в электролитах. В данной работе рассматривается случай, когда оба электрода являются жидкими. В этом случае разряд имеет несколько разновидностей. Наши результаты исследования одной из разновидностей, когда разряд горит между двумя плоскими поверхностями жидкостей, представлены в [3]. Изучение такого разряда позволило разработать электроразрядное устройство, в котором поверхности жидкостей представляют собой концентричные цилиндры.

ЭКСПЕРИМЕНТ. Электроразрядное устройство представляло собой устройство коаксиального типа. Расстояние между коаксиальными поверхностями двух жидкостей составляло 5 мм. Наружный токоподвод подключался к положительному полюсу источника питания через балластное сопротивление 180 Ом. Таким образом, электролит, текущий по поверхности наружного цилиндрического токоподвода служил жидким анодом, а электролит, контактирующий с внутренним токоподводом являлся жидким катодом. Разряд устойчиво горел и без балластного сопротивления. Балластное сопротивление служило как защитный элемент от случайных скачков тока. Ток в экспериментах изменялся в пределах от 1,5 А до 3,5 А. Эксперименты проводились со следующими электролитами: техническая вода, растворы поваренной соли и пищевой соды (0,5 % и 1,0 % по массе). Напряжение и ток регистрировались двухкоординатным самописцем ПДП-4-002. Потоки тепла в электроды определялись путём измерения расходов электролитов и их температур.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ АНАЛИЗ. При токах меньше 1,5 А разряд лишь частично заполнял пространство между электродами. В исследованном диапазоне токов было практически полное заполнение радиального промежутка. Разряд состоял из множества микроканалов. Излучение разряда менялось в зависимости от состава электролитов. При использовании технической воды в качестве катода и анода разряд был в основном фиолетового цвета.

Вольтамперные характеристики разряда представлены на рисунке 1. Как видно, вольтамперная характеристика разряда для исследованных электролитов зависит только от состава жидкого катода, а состав жидкого анода на вольтамперную характеристику разряда не влияет. С увеличением электропроводности жидкого катода напряжение разряда уменьшается. По-видимому, это объясняется тем, что поток паров жидкого катода является более интенсивным чем поток паров жидкого анода и поэтому в область разряда проникает в основном вещество жидкого катода.

Электропроводность жидкого катода существенно влияет на стабильность разряда. При использовании жидкого катода из растворов NaCl и NaHCO амплитуды колебаний тока и напряжения намного меньше, чем в случае использования технической воды в качестве катода и анода.

В экспериментах тепловой поток в жидкий анод изменялся только при изменении тока и его зависимость от тока была практически одинакова для всех исследованных составов жидкого анода. В случае жидкого катода из технической воды тепловой поток в жидкий анод в исследованном диапазоне токов составлял около 40 % вкладываемой в разряд мощности. Тепловой поток в жидкий катод во всех случаях больше теплового потока в жидкий анод и зависит от электропроводности электролита. При увеличении электропроводности электролита тепловой поток в жидкий катод уменьшается. Это объясняется тем, что при увеличении электропроводности жидкого катода его электрическое сопротивление уменьшается и, соответственно, уменьшается джоулево тепловыделение.

ВЫВОДЫ. Характеристики разряда существенным образом зависят от состава жидкого катода, подаваемого на поверхность центрального токоподвода и практически не зависят от состава жидкого анода, подводимого к разрядному промежутку в виде тонкой закрученной плёнки на внутренней поверхности наружного токоподвода. Напряжение разряда слабо зависит от тока и возрастает при увеличении тока. В исследованном диапазоне параметров основная часть мощности разряда расходуется на нагрев жидких электродов.

Рис. 1. Вольтамперная характеристика разряда.

Катод: 1 - техническая вода, 2 - NaHCO(0,5 %), 3 - NaHCO(1,0 %). Анод: 1 - техническая вода; 2-техническая вода, NaHCO(0,5 %); 3 - NaCl(0,5 %), NaHCO(1,0 %).

1. Afanas’yeva N.A., Galimova R.K., Gaisin F.M., Gaisin F.A., Gainullina N.S. and Savel’yev V.A. The interaction of the steam-gas discharge plasma with the surfaces of solid and liquid substances. 5^th European Conference on Thermal Plasma Processes, St. Petersburg, 1998, p. 193.

2. Janca J., Kusmin S., Maximov A.I. and Talsky A. The investigation of the chemical action of the glinding and point are between the metallic electrode and water solution. 18^th Symp. On Plasma Physics and Technol., Prague, 1997, p.277.

3. Tazmeev B. Kh., Khairullin A. Kh. High voltage discharge between two fluids (upto 2 kW). 5^th European Conference on Thermal Plasma Processes, St. Petersburg, 1998, p. 63.