直流等离子弧切割炬的优化和设计
将电弧强迫集中、“压缩”，就可以获得一种比电弧温度更高、能量更集中的热源——等离子弧。等离子弧的温度高达15000-30000℃，现有的任何高熔点金属和非金属材料都可以被等离子弧熔化。选取适当的规范，可以使等离子弧的焰流具有很高的流速，产生很大的机械冲刷力。这种等离子弧用作切割显示出许多其他火焰切割(氧-乙炔切割、电弧切割)所不具备的优点。它能切割不锈钢及有色金属和非金属等一般氧-乙炔焰不能切割的材料。
等离子切割炬中的电极、喷嘴等消耗品的更换费用是整套切割设备运行中的主要成本。在等离子切割机的各项性能中，消耗品的寿命已成为用户最关心的问题。为解决此问题，对电弧的物理特性(诸如等离子体的温度场速度场等)的了解显得尤为重要。而由于割炬中等离子体流高温、高速等特性，它的一些特性的检测比较困难。所以自上世纪80年代以来，随着高速电子计算机的发展，采用数值模拟方法对电弧的物理过程进行数值模拟成为了一种经济、有效的研究手段，许多二维和三维的数值模拟研究结果相继发表。但绝大多数对电弧的数值模拟都是以电弧焊(如TIG焊)为研究对象，而较少对等离子切割电弧进行研究。
鉴于此，本文尝试以转移型等离子切割电弧为研究对象，利用ANSYS软件强大的耦合分析功能分别通过建立切割电弧的二维和三维模型计算出了电弧的，从数值模拟的角度对等离子切割电弧的磁流体特性有了感性的认识。并在此基础上着重分析了阴极尺寸、锥角和喷嘴等参数对切割气流和等离子电弧温度的影响。比较了五种钨极形状和不同喷嘴孔径的等离子流体速度场和温度场，得到了各种设计参数在弧柱中心、阳极附近和出口处的温度、速度、电流密度、电磁力等数据。并将二维和三维模型进行多方面比较以优化模拟。
等离子切
中国科学院合肥物质科学研究院
硕士
核能科学与工程
吴杰峰
2007
中文
TG483
61
2011-05-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）