Физика/3.Физика плазмы и плазменная техника

Усеинов Б.М., Сизоненко С.А., Трапезников Е.В.

СКГУ им. академика М.Козыбаева, г.Петропавловск, Республика Казахстан

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЕННОГО ПОТОКА С ПОВЕРХНОСТЬЮ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ

В данной работе приводятся результаты анализа возможностей использования компьютерных программ для исследования и отображения процессов взаимодействия плазменного потока с поверхностью материалов. Исследования проводились в рамках тепловой модели с использованием программы Delphi 7 .

На рисунке 1 представлена зависимость изменения температуры приемной поверхности стали от времени. Особенностью данная компьютерной программы является то, существует возможность изменения теплоемкости образца, т.е. его состава, а также его массы.

Рисунок 1. Изменение температуры приемной поверхности со временем.

Определение глубины проникновения плазменного потока и координаты фронта плавления являются наиболее значимыми характеристиками при исследовании процесса взаимодействия плазменного потока с поверхностью материалов.

На рисунке 2 представлена зависимость глубины проникновения плазменного потока от времени. Глубина проникновения плазменного потока зависит как от параметров образца (- плотность образца, q – удельная теплота плавления образца, - теплопроводность образца, Т_пл - температура плавления образца), так и от параметров плазменного потока (Т-температура плазменного потока).

Рисунок 2. Зависимость глубины проникновения плазменного потока от времени.

График зависимости на рисунке 3 отображает зависимость координаты фронта плавления от времени. Данная зависимость носит параболический характер.

Рисунок 3. Зависимость координаты фронта плавления от времени.

Реальные измерения значений изменения координаты фронта плавления незначительно отличаются от значений, полученных при использовании компьютерных программ по ряду причин. Во-первых, погрешности самого измерения вносят существенный вклад в полученные результаты. Во-вторых, компьютерная программа строилась на основе уравнений тепловой модели, в которой предусмотрен ряд допущений, основное из которых : распределение температур не зависит от образования пара и граница расплавленного слоя определяется по координате изотермы плавления. Следует отметить, что расчеты, проведенные без учета поверхностного испарения как наиболее энергоемкого процесса, имеют относительно узкую область применимости в диапазоне изменений плотности потока Q₀ (≤ 60 Дж / см ²).

На рисунке 5 представлен процесс отображения графика зависимости абсолютной скорости плазменного потока от времени в различные моменты времени при использовании кнопки «Пауза»:

Рисунок 5. Результат действия кнопки «Пауза».

Таким образом, в работе продемонстрирована возможность использования различных компьютерных программ для адекватного описания процессов взаимодействия плазменного потока с поверхностью материалов.