Abstract
Based on magnetohydrodynamic (MHD) model, current constriction phenomenon in high-current vacuum arc (HCVA) is researched and analyzed in this paper. According to simulation results, it can be found that the significant current constriction only near anode regions for lower current vacuum arc; but with the increase of arc current, the constriction of arc current also appears near cathode side, and with the further increase of arc current, the current constriction of cathode side can be more significant than that of anode side. The current constriction near cathode side in very high-current vacuum arc can be caused by the MHD process of arc column (associated with the increase of plasma density and plasma pressure). Current constriction phenomena in HCVA is associated with many factors, such as arc currents, AMF strengths, AMF distribution, electrode diameter, electrode separation, plasma status at cathode side and anode side, and so on. The increase of axial magnetic field strength will inhibit the current constriction of the whole arc column. Saddle-shaped AMF can get more uniform current density distribution than bell-shaped AMF. The experimental phenomena of current constriction near cathode side will also be discussed in this paper. Plasma status of cathode side and anode side will influence current distribution of arc column
چکیده
براساس مدل هیدرودینامیک مغناطیسی (MHD) ، پدیده انقباض جریان در قوس الکتریکی خلاء جریان بالا (HCVA) در این مقاله تحقیق شده و مورد بررسی قرار می گیرد. بر اساس نتایج شبیه سازی، می توان یافت که انقباض جریان قابل توجه برای قوس الکتریکی خلاء جریان پایین ،تنها در نزدیکی نواحی آند رخ میدهد. اما با افزایش جریان قوس الکتریکی، انقباض جریان قوس الکتریکی در سمت کاتد نیز ظاهر می شود و با افزایش بیشتر جریان قوس الکتریکی، انقباض جریان سمت کاتد میتوان بطور چشمگیری از انقباض جریان سمت آند بیشتر شود. انقباض جریان در نزدیکی سمت کاتد در قوس الکتریکی خلاء با جریان بسیار بالا، می توان ناشی از فرآیند MHD ستون قوس الکتریکی (مرتبط با افزایش چگالی پلاسما و فشار پلاسما) باشد. پدیده انقباض جریان در HCVA به بسیاری از عوامل مانند جریان قوس الکتریکی، مقاومت AMF، توزیع AMF، قطر الکترود، شکاف الکترود، وضعیت پلاسما در سمت کاتد و سمت آند و غیره مرتبط است. افزایش مقاومت میدان مغناطیسی محوری ،انقباض جریان تمام ستون قوس الکتریکی را مهار خواهد نمود. AMF زین شکلی می تواند توزیع چگالی جریان یکنواخت تری نسبت به AMF زنگ شکلی داشته باشد. پدیده های تجربی انقباض جریان در نزدیکی سمت کاتد نیز در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت. وضعیت پلاسمای سمت کاتد و سمت آند توزیع جریان ستون قوس الکتریکی را تحت تاثیر قرار خواهد داد.
1-مقدمه
قوس الکتریکی خلاء جریان بالا (HCVA) در وقفه (قطع کننده وسیله ی الکتریکی) خلا مورد توجه بسیاری از محققان در طول سالهای متمادی بوده است. پدیده انقباض جریان نیز بطور گسترده در HCVA وجود دارد، که همچنین بسیار برای تصمیم گیری اینکه وقفه موفق بوده یا خیر، مهم هستند. تویا و همکاران ، توزیع چگالی جریان در امتداد و موقعیت رادیال را با استفاده از روش طیف سنجی نوری اندازه گیری نموده اند. شلکنس نیز توزیع چگالی جریان در الکترود آند را از طریق جداسازی الکترود به دست آورد. چالی و شکلنیک نیز توزیع غیریکنواخت چگالی جریان در امتداد وضعیت رادیال را در سمت کاتد از طریق مشاهده توزیع نقاط کاتد یافته اند. در این مقاله، توزیع و انقباض جریان ،از طریق ابزار شبیه سازی عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت. انواع مختلف عوامل تأثیر که می تواند به انقباض جریان منجر شود، به عنوان مساله تاکیدی مورد بحث قرار خواهد گرفت...