真空自耗電弧爐放電電弧的數(shù)值仿真研究.pdf

1、真空自耗電弧爐是利用電弧來加熱熔煉金屬的電爐。電弧的箍縮效應使得弧柱中心區(qū)域的等離子體密度和溫度大大增加，所以轟擊陰極端面中心部位的等離子體數(shù)量相較其他部位增多，造成電極端面沿徑向熔融速度不均勻的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象容易造成熄弧，不利于電弧爐正常運行。本文著重對真空電弧建模和仿真，為確定合理的工藝參數(shù)提供理論依據(jù)。
　　本文將電弧看作一種特殊流體。建立了電弧的圓錐臺形流動通道，也就是電弧的物理模型。電弧既滿足流體動力學的一般規(guī)律，又受到

2、電磁場的作用?；陔娀〉倪@個特點，對三維坐標下的動量方程進行了修正，分別添加了x方向、y方向、z方向的動量源項;將電場產生的焦耳熱添加到能量守恒方程源項;引進電勢ψ和磁矢勢A兩個未知量，推導得到了電流連續(xù)方程、三維磁矢勢方程。根據(jù)數(shù)學模型，分別給出了真空電弧模擬的流場邊界條件、電場邊界條件和磁場邊界條件。
　　本文以計算流體力學軟件FLUENT為求解平臺，運用C語言和自定義宏函數(shù)對其進行二次開發(fā)，建立了模擬真空電弧的模型并對真空電

3、弧進行了模擬計算。
　　帶電粒子沿軸線定向運動將形成電流，該電流感生的磁場就是環(huán)向磁場。由模擬結果可知，環(huán)向磁場在弧柱徑向上分布并不均勻，中間部分的磁場強度較弱但磁場梯度較均勻，弧柱邊緣的磁感應強度最強且磁場梯度較大。熔煉電流較小的時候，環(huán)向磁場主要分布在弧柱陰極部位附近，隨著熔煉電流的增大，環(huán)向磁場沿軸線的分布趨于均勻。
　　帶電粒子在電弧橫截面中運動將形成橫向電流，該電流感生的磁場是橫向磁場。由模擬結果可知，該磁場的強度