[發(fā)明專利]電弧加熱器弧根運動速度的測定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010112947.7
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111398621B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉源;袁竭
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01P3/50
• 分類號: G01P3/50
• 代理公司: 北京華進京聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 哈達

本發(fā)明公開了一種電弧加熱器弧根運動速度的測定方法，包括以下步驟：將電極安裝在電弧加熱器中，在待測試的工況下運行，使弧根在所述電極的表面運動，形成弧根區(qū)；所述弧根在所述弧根區(qū)運動過程中燒蝕所述電極后熔化產(chǎn)生熔滴，所述熔滴熔滴在氣流的作用下飛濺，并沿所述氣流的方向附著在所述電極表面形成熔滴痕跡；建立所述弧根的受力平衡與所述熔滴痕跡的關(guān)系方程，計算得到所述弧根的運動速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電弧加熱器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電弧加熱器弧根運動速度的測定方法。

背景技術(shù)

電弧加熱器在工業(yè)及軍事上有大量的應(yīng)用，如工業(yè)點火等離子體炬、高超聲速熱防護的電弧加熱器等。該類電弧加熱器一般使用圓筒形電極，通過旋轉(zhuǎn)氣流和線圈產(chǎn)生磁場使電弧的弧根在電極內(nèi)壁高速運動以減少燒蝕。弧根在電極內(nèi)壁的運動速度直接決定了弧根在電極表面停留的時間，停留時間越長燒蝕越嚴(yán)重，因此準(zhǔn)確地獲得弧根在電極內(nèi)壁的運動速度具有重要意義。

現(xiàn)有測量弧根運動速度的方法主要通過光學(xué)方法測量，該方法是在圓筒形電極端部布置光學(xué)窗口，然后布置光路測量弧根的運動。光學(xué)方法測量弧根運動時，布置光學(xué)窗口比較困難，而且光路設(shè)置復(fù)雜，同時受到電弧強烈光照和振動的影響測量精度波動較大。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對現(xiàn)有光學(xué)測量法測定弧根運動速度的裝置布置復(fù)雜、測試難度大的問題，提供一種電弧加熱器弧根運動速度的測定方法，可以高效、便捷地測量弧根的運動速度。

一種電弧加熱器弧根運動速度的測定方法，包括以下步驟：

將電極安裝在電弧加熱器中，在待測試的工況下運行，使弧根在所述電極的表面運動，形成弧根區(qū)；

所述弧根在所述弧根區(qū)運動過程中燒蝕所述電極后熔化產(chǎn)生熔滴，所述熔滴在氣流的作用下飛濺，并沿所述氣流的方向附著在所述電極表面形成熔滴痕跡；

建立所述弧根的受力平衡與所述熔滴痕跡的關(guān)系方程，計算得到所述弧根的運動速度。

在其中一個實施例中，建立所述弧根的受力平衡與所述熔滴痕跡的關(guān)系方程的步驟包括：

建立所述弧根的受力平衡方程；以及

建立所述熔滴痕跡的曲線與所述弧根的受力平衡方程中特定參數(shù)的關(guān)系。

在其中一個實施例中，建立所述熔滴痕跡的曲線與所述弧根的受力平衡方程中特定參數(shù)的關(guān)系的步驟包括：測定所述熔滴痕跡與所述弧根的運動方向的夾角θ。

在其中一個實施例中，所述電極為圓筒形電極。

在其中一個實施例中，所述弧根在所述電極中的運動為繞所述圓筒形電極的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)動方向垂直于所述電極的軸向。

在其中一個實施例中，所述熔滴痕跡為螺旋狀。

在其中一個實施例中，所述弧根的運動速度的計算方程為：

其中，v₀為所述弧根的運動速度，I為所述電弧加熱器的運行電流強度，B為磁感應(yīng)強度，ρ₀為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣流的密度，是與弧根位置的氣流軸向速度相關(guān)的速度。

在其中一個實施例中，所述弧根產(chǎn)生的所述熔滴的速度v_d沿相互垂直的方向能夠分解為所述弧根的運動速度v₀和所述弧根位置的氣流軸向速度v_x。

在其中一個實施例中，與所述弧根位置的氣流軸向速度的關(guān)系方程為：