本发明专利技术公开了基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，包括：基于实际的直流电弧等离子体炬物理结构，构建等离子体炬的二维轴对称或三维等效几何模型；进行网格剖分，获得离散化分析模型；建立等离子体工作介质的热力学参数参数和输运系数；构建基于热力学非平衡态的耦合电极鞘层效应的控制方程组；根据实际情况设定等离子体炬的边界条件；在离散化分析模型中，对每个网格单元进行数值初始化；稳态和瞬态模拟计算；对稳态和瞬态模拟结果进行后处理。本发明专利技术通过热力学非平衡态模拟电极边界层的实际非平衡效应；通过耦合电极鞘层效应，模拟等离子体与电极的相互作用，避免人工施加边界条件的误差；通过对鞘层电压的自适应迭代求解，满足电流连续性的要求，以提高等离子体炬的数值模拟精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电弧等离子体炬数值模拟，具体涉及基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法。
技术介绍
1、热等离子体技术以其显著的高温、高热流密度和高功率输出特性，在固体废物处理、材料合成与表面改性以及助燃点火等领域展现出独特的优势。与射频和微波等离子体炬相比，直流电弧等离子体炬因其不易受干扰、高效以及灵活性，已被广泛应用于工业规模的废物处理。现有的实验测量通常由于苛刻的实验条件而局限于静态或动态伏安特性、炬热效率以及电极侵蚀的事后分析，难以提供现象学的合理解释。通过综合建模来解析电弧内部的微观机理过程是一种高效的研究手段。
2、以往的电弧等离子炬模型通常将电弧-电极边界简化为等离子体温度和电流密度的诺伊曼或狄利克雷边界条件，而未将电极的特性纳入考虑。这使得在缺乏实验数据的情况下，边界条件的设定依赖于经验值。且电弧放电过程中，电极不仅作为电流的传导介质，还承受来自电弧的高温热流，这种相互作用显著影响其物理和化学性质。此外，电极鞘层的存在也会进一步影响电弧的特性。因此，针对直流电弧等离子炬进行包含电极在内的全域模拟是一项本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：所述步骤4中流体相的控制方程基于纳维-斯托克斯方程组、电流连续性方程以及磁矢势守恒方程进行源项修正，具体包括如下方程：
3.根据权利要求1所述的基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：所述步骤4中固体相的控制方程基于能量守恒方程、电流连续性方程磁矢量势守恒方程进行源项修正，包括如下方程：
>4.根据权利要求1...
【技术特征摘要】
1.基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：所述步骤4中流体相的控制方程基于纳维-斯托克斯方程组、电流连续性方程以及磁矢势守恒方程进行源项修正，具体包括如下方程：
3.根据权利要求1所述的基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：所述步骤4中固体相的控制方程基于能量守恒方程、电流连续性方程磁矢量势守恒方程进行源项修正，包括如下方程：
4.根据权利要求1所述的基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：所述步骤4中的阴极-等离子体耦合界面的控制方程基于阴极鞘层的微观物理机制进行边界源项修正，具体微观物理机制表述如下：在电弧放电过程中，阴极表面的电子来源包括三种贡献：热电子发射、二次电子发射以及电子反向扩散；
5.根据权利要求1所述的基于热力学非平衡态及耦合电极鞘层效应的直流电弧等离子体炬数值模拟方法，其特征在于：所述步骤4中的阳极-等离子体耦合界面的控...
【专利技术属性】
技术研发人员：汲胜昌，邸振国，林恒宇，李斯盟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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