Диссертация (1173087), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Например, для V=15 кВ и L=10 мм получаем=2,25 мкА, что при α = 10  100 даетВходящая в формулу (2.1) величинаможет быть оценена при помощиопределения напряженности электрического поля E между шариком радиусаи плоскостью, удаленной от его центра на расстояние, в отсутствии96коронного разряда. На нормали к плоскости, проходящей через центршарика, при[59].(2.3).Критическая напряженность поля, требующаяся для зажиганиякороны, достигается, прежде всего, на поверхности шарика (x=0) при,т.е.(2.4)С другой стороны, для сферического коронирующего электрода имеетместо аналог так называемой формулы Пика (критическое поле зажиганиякороны в воздухе между коаксиальными цилиндрами) в виде определения[59].(2.5)где:  – относительная плотность воздуха (отношение плотности воздуха кнормальной), пригоднаядля оценок в случаях острия или стержня срадиусом оконечного закругления.

Подстановка (2.5) в (2.4) даетоценочное выражение для VК:кВ.(2.6)Численные значения ЕК и VК при различных, полученные сиспользованием формул (2.5) и (2.6) для  = 1, приведены в таблице 2.7.Рисунок 2.13 демонстрирует графическое представление зависимостей ЕК( )и VК( ) на основании численных значений из таблицы 2.7.Таблица 2.7 – Численные значения ЕК и VК, получаемые из (2.5) и (2.6) при = 1, соответствующие различным значениям, 0,510-2 110-2см, 240,1 177,9,кВ1,2011,779210-2310-2410-2510-2 610-2 710-2 810-2910-21010-2133,0114,5102,994,989,1 84,577,875,32,6793,4344,1144,7475,345 5,918 6,4707,0067,52780,997Рисунок 2.13 – Теоретические зависимостиидля разрядногопромежутка «игольчатый электрод-плоскость», построенные по формулам(3.5) и (3.6) для  = 1Также в качестве примеров использования формул (2.1) и (2.6) с=1для построения теоретических вольт-амперных характеристик разрядногопромежутка «игольчатый электрод-плоскость» рассмотрены варианты с L=10мм при= 0,01 см и= 0,05 см, реализуемые при значениях α = 50; 100;200.

Результаты расчетов представлены численно в таблице 2.8 и в видеграфиков на рисунке 2.14.98Таблица 2.8  Численное представление результатов расчетов вольтамперных характеристик разрядного промежутка «игольчатый электродплоскость» при L = 10ммro=0,01 смro=0,05 смI, мкАV,кВα=501,779 304,747 51,83 7,048,05681012,66 24,88 41,1112151861,3399,16145,99α=100 03,66 14,09 16,11 25,33 49,77 82,21α=200 07,33 28,18 32,21 50,65 99,54 164,42 245,30 396,63 583,96α=50--00,633,7613,01 26,2743,5276,90α=100 --01,277,5226,02 52,5387,04153,80 238,55α=200 --02,5315,04 52,05 105,06 174,07 307,59 477,11Рисунок2.14Теоретическиевольт-амперные122,65 198,32 291,98119,28характеристикиразрядного промежутка «игольчатый электрод-плоскость» с использованиемчисленных значений из таблицы 2.899Численные значения ЕК и VК при различных rO, полученные сиспользованием (2.5) и (2.6) для случая  =1, приведены в таблице 2.7.Рисунок 2.13 демонстрирует графическое представление зависимостей ЕК(rO)и VК(rO) на основание численных значений из таблицы 2.7.

Также в качествепримеров использования (2.1) и (2.6) с  =1 для построения теоретическихвольтамперныххарактеристикразрядногопромежутка«игольчатыйэлектрод-плоскость» рассмотрены варианты с L = 10 мм при rO = 0,01 см, rO =0,05 см, реализуемые при значениях  = 50; 100; 200. Результаты расчетовпредставлены численно в таблице 2.8 и в виде графиков на рисунке 2.14.Опытные данные свидетельствуют [59] о достаточной общности дляразличных геометрий разрядного промежутка с коронирующим на воздухеигольчатым электродом зависимости разрядного тока I от приложенногонапряжения V вида:I (V)  V  (V - VК).Эта общность может быть делегирована и соотношение (2.1) приусловии замены L на эффективную величину LЭФ, зависящую отособенностей геометрии разрядного промежутка и согласованную созначением коэффициента , сохраняющем неизменность в некоторомдиапазоне изменений LЭФ и rO. Таблица 2.8, как и рисунок 2.14, дают сугубопредварительное представление, на уровне оценочной числовой конкретики,о связи тока и напряжения для различных , rO.

В условиях отсутствияпрокачки сжатого воздуха через область коронного разряда.ТокположительнойкороныI,вслучаеотсутствияперехватаположительных ионов какими-либо сторонними электродами (например,выходной частью цилиндрического сопла с осевым расположениемигольчатого электрода), характеризует количество положительных ионов ni+,поступающих в секунду на токовое «пятно» рабочего плоского электрода,т.е. служит характеристикой интенсивности процесса нанесения покрытияионизированными компонентами воздушной среды.

При допущении, что100каждый положительный ион является носителем элементарного заряда е =1,6 10-19 Кл.niIeНапример, при I = 100 мкАОтметим,чтоni100 1061 6,25 1014 .191,6 10сизмеряемыйтокIхарактеризуетколичествоположительных ионов ni+ и в случае прокачки через разрядный промежутокпотока сжатого воздуха. Для ориентировочной оценки количественногосодержания в ni+ ионов различного типа воспользуемся процентнымраспределением молекулярного состава стандартной атмосферы.

Тогда:ni+ (N2+) = 0,78  ni+;ni+ (О2+) = 0,21  ni+;ni+ (СО2+) = 0,34  10-3  ni+.В целях максимального упрощения оценок, все многообразие процессовв газоразрядном промежутке сведено только лишь к процессам однократнойионизации молекулярных составляющих воздуха.При атмосферном давлении практически вся энергия, приобретаемаяионами в поле разрядного промежутка, передается в результате соударениймолекулам воздуха. Таким образом, ионная активация воздуха увеличиваетхемосорбционнуюактивность.Движениеположительныхионоввнаправлении обрабатываемой ими поверхности носит дрейфовый характер.Энергия дрейфового движения ионов оказывается много меньше энергии ихтеплового движения, но именно дрейфовая скорость является причинойпротекания тока во внешней зоне коронного разряда, согласованного с токомво внешней цепи электродного промежутка.

Однако в отсутствие ионнойактивацииэлектроположительностьдоминирующейвпроцентномотношении азотной компоненты приводит к тому, что почти мгновеннаяхемосорбция электроотрицательного кислорода с образованием оксиднойленки будет препятствовать хемосорбции азота и образованию нитридов [61].101Ионнаяэлектродаактивацияувеличиваетактивность,причемвоздухаегоположительнойхемосорбционнуюинтенсификациякоронойигольчатого(ионносорбционную)процессаоксидированияприповерхностного слоя электрода будет, предположительно, сохранять занимфункциюблокировкипроцессаазотирования.Незначительное,сравнительно с О2, содержание в атмосфере СО2 также, по-видимому, не дастощутимого вклада в состав покрытия карбидной составляющей.Ток I газоразрядного промежутка замыкается через внешнюю цепь, где вроли его носителей выступают свободные электроны, нейтрализующие зарядположительных ионов, поступающих на покрываемый электрод.

Вместе стем оксидная блокировка процесса образования нитридов на электродеожидаемо способствует поверхностной нейтрализации положительных ионовазота. Сопутствующее распыление нейтрализованной азотной составляющейи бомбардировочная очистка поверхности, в свою очередь, облегчаетдиффузию ионов (или атомов) кислорода через поверхностный слой собразованием диффузионного внутреннего покрытия оксидного типа.Резкая неоднородность поля, являющаяся необходимым условиемвозникновенияуниполярногокоронногоразряда,приводитксосредоточению ионизационных процессов в так называемом чехле короны,непосредственнопримыкающемккоронирующемуэлектродуихарактеризуемому наличием сильного поля.

Для оценки линейных размеровчехла вдоль оси игольчатого электрода на рисунке 2.12 воспользуемсяопределением(2.3)величинынапряженностиполяЕ,пренебрегаяискажением поля пространственным зарядом и полагая, что на границе чехлас х = d поле уменьшается до критических значений VК и ЕК, определяемыхформулами (2.4) и (2.5). ТогдаEK  V roro  d2,(2.7)где: V – напряжение на разрядном промежутке, равное положительномупотенциалу игольчатого электрода.102Из формулы (2.7) находимdV 1   ro.E K  ro(2.8)Например, для значений rо= 510-2см и V = 15кВ зависимость (2.8)принимает вид:d  d E K   5  10 2  300 1,EK(2.8а)с формальным численным представлением в таблице 2.9 и графическим нарисунке 2.15.Таблица 2.9  Численное представление зависимости (2.8а),d, мм5103,37 2,242024,51,44 1,2530507075951,080,730,540,500,391500,212003000,110Рисунок 2.15  График зависимости линейных размеров d чехлакоронирующего игольчатого электрода с радиусом торцевого закругления rо= 0,5 мм и напряжением на разрядном промежутке V = 15 кВ от величиныкритического поля зажигания короны на его острие ЕК103График на рисунке 2.15 дает наглядное представление об измененияхразмера чехла d в зависимости от используемых значений поля на егогранице с внешней зоной.

Принятие критического значения ЕК = 94,9 кВ/смиз таблицы 2.7, согласованного с формулой (2.5) для  =1 и rо= 510-2см, порезультатам в таблице 2.9 отвечает значению d = 0,39мм. Однако в [60]рекомендуемое для оценок d при  = 1 значение поля на границе чехла свнешней зоной определено как 24,5 кВ/см, в соответствии с условиямиразряда для промежутков с однородным полем, когда разрядное поле ЕРопределено выражением:E p  24,5    6,4L(2.9)и предел с L   интерпретируется как условие прекращения эффективнойударной ионизации. Подставляя в формулу (2.8а) Ек = 24,5 кВ/см, получаемприведенное в таблице 2.9 значение d = 1,25мм. Таким образом, из оценоквеличины d для рассмотренного примера с rо= 510-2см и V=15 кВ, следует d 0,39  1,25мм. Обеспечение короны перед самым выходом из сопла с осевымрасположением в нем коронирующего электрода значения d позволяют датьсугубо предварительную оценку требуемому заглублению его вершины ввыходное отверстие.Вытягивание положительно заряженных ионов из чехла короны врасположенную за ним «внешнюю» зону осуществляется присутствующимтам существенно более слабым полем.

Характеристики

Список файлов диссертации