Plazma Ark Torçunda Gaz Akış Debisi ve Elektrik Akım Değerlerinin Gaz Çıkış Sıcaklığı ve Hızlarına Etkisinin HAD Analizi ile İncelenmesi

Termal plazma işlemleri, elektirik arkı ile üretilen ısı ile plasma gazının çok yüksek sıcaklıklara ( örn.> 10000 K) ulaşmasına neden olur, teknolojik avantajlarını çok çeşitli endüstri alanlarında kanıtlamıştır. Transfer edilmeyen ark plazma torçları, orta ve yüksek sıcaklık ve hız elde edilen plazma jetlerine gereksinim duyan plazma püskürtme ve toz sentezi gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. DC plazma ark torçlarının çoğunda üç ana bileşen vardır ve bunlar katot, plasma gazı enjeksiyon aşaması ve anot. Bu çalışmada, argon DC transfer edilmeyen ark plazma torç geometrisi tasarlanmıştır. Tasarlanan torç içindeki plazma oluşumu hesaplamalı akışkanlar dinamiği yaklaşımı ile analiz edilerek parametrik inceleme yapılmıştır. Plazma torçu üç boyutlu olarak modellenmiş, akış özelliği türbülanslı, sıkıştırılamaz ve zamandan bağımsız olarak kabul edilmiştir. Torç içerisindeki elektromanyetik alan ve gaz akışı arasındaki etkileşimi çözebilmek için ANSYS Fluent ve MHD modülü birlikte kullanılmıştır. Akım yoğunluğu ve gaz debisi değişkenlerinin torç çıkışındaki plazma jeti sıcaklığı ve hızı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Artan akım yoğunluğu ve hacimsel debiyle torç çıkışındaki sıcaklık ve hızın artma eğiliminde olduğu, fakat artışın düzenli olmadığı görülmüştür. Torç içinde ve çıkış kesitinde sıcaklık ve hızın radyal mesafeye göre değişiminin simetrik olmadığı tespit edilmiş olup, bunun nedeninin ark kökünün anot duvarına temas ettiği nokta ile ilgili olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Plazma Simülasyonu, Plazma Torç; Sayısal Analiz;

PDF

___

Li, He-Ping., Pfender E., Chen Xi., Application of Steenbeck's minimum principle for three-dimensional modelling of DC arc plasma torches, Journal of Physics D: Applied Physics, 36(9) ,1084-1096, 2003.
Topal H., Plasma gasification technology for solid waste disposal, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30 (4), 733-741, 2015.
Gençer G. M., Karadeniz S., Lambrecht Yurt F., Havıtçıoğlu H., Özkal S., Baskın H., The effects of plasma immersion ion implantation and deposition (PIII&D) process voltages on the morphology, phase formation and E. coli adhesion of Ag coatings obtained on the surface of Ti6Al4V orthopedic implant material in nitrogen plasma, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32 (1), 231-241, 2017.
Harry J. E., Introduction to plasma technology, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2010.
Selvan B., Ramachandran K., Sreekumar K. P., Thiyagarajan T. K., Ananthapadmanabhan P. V., Numerical and experimental studies on DC plasma spray torch, Vacuum, 84(4), 444-452, 2009.
Ramachandran K., Marqués J. L., Vaßen R., Stöver D., Modelling of arc behaviour inside a F4 APS torch, Journal of Physics D: Applied Physics, 39(15), 3323-3331, 2006.
Guo Z., Yin S., Liao H., Gu S., Three-dimensional simulation of an argon–hydrogen DC non-transferred arc plasma torch, International Journal of Heat and Mass Transfer, 80, 644-652, 2015.
Eichert P., Imbert M., Coddet C., Numerical study of an ArH2 gas mixture flowing inside and outside a dc plasma torch, Journal of thermal spray technology, 7(4), 505-512, 1998.
Meillot E., Guenadou D., Bourgeois C., Three-dimension and transient DC plasma flow modeling, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 28(1), 69-84, 2008.
Paik S., Huang P. C., Heberleinand J., Pfender E., Determination of the arc-root position in a DC plasma torch, Plasma chemistry and plasma processing, 13(3), 379-397, 1993.
Gonzalez J. J., Freton P., Gleizes A., Comparisons between two-and three-dimensional models: gas injection and arc attachment, Journal of Physics D: Applied Physics, 35, 3181-3191, 2002.
Park J., Heberlein J., Pfender E., Candler G., Chang C. H., Two-dimensional numerical modeling of direct-current electric arcs in nonequilibrium, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 28(2), 213-231, 2008.
Huang R., Fukanuma H., Uesugi Y., Tanaka Y., An improved local thermal equilibrium model of DC arc plasma torch, IEEE Transactions on Plasma Science, 39(10), 1974-1982, 2011.
Boulos M. I., Fauchais P., Pfender E., Thermal plasmas: fundamentals and applications, Springer Science & Business Media, New York, A.B.D., 2013.
Selvan B., Ramachandran K., Comparisons between two different three-dimensional arc plasma torch simulations. Journal of thermal spray technology, 18(5-6), 846-857, 2009.
Sunjuq W. K. W., Argon DC taşınımsız ark plazma torcunun üç boyutlu simülasyonu, Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2016.