机械工程学报

作者：赵梦静, 王勇, 杨树峰, 段卫平, 刘威, 李京社

单位：1. 北京科技大学冶金与生态工程学院 北京 100083;2. 天津铁厂有限公司 邯郸 056404

关键词：电弧等离子,温度场,数值模拟,电流密度,弧长；

基金：国家自然科学基金资助项目(52074030,51734003)。

等离子弧加热技术被广泛应用于冶金领域，采用磁流体动力学理论(Magnetohydrodynamic theory，MHD)建立直流电弧等离子体的数学模型，利用Fluent软件求解电磁场、温度场、速度场的耦合过程，研究不同弧长大小，不同入口速度对电弧温度分布、形貌、轴向速度分布和电流密度分布的影响。研究结果表明，弧长大小和入口速度对电弧特征分布有明显影响，但不是线性相关。电弧温度沿轴向降低，径向温度分布是以轴线为中心沿两侧径向逐渐降低，等离子弧温度呈“钟型”分布。电弧中心轴线速度在阴极处急剧增加然后逐渐降低。沿轴向方向，电流密度呈指数下降趋势。当入口速度为10 m/s时，随着弧长的增加，电弧有效作用面积范围也增加，当弧长为20 mm或25 mm时，射流现象最明显，轴向最大速度可达到约408 m/s。研究结果解释了不同弧长和入口速度对电弧特征的影响规律，为电弧等离子体加热工艺的应用提供了理论依据。

来源：2022年第8期

《机械工程学报》期刊编辑部

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