Нагрев частиц угольной пыли плазмой СВЧ-разряда

Abstract

Представлена физическая и математическая модели нагрева частиц угольной пыли плазмой СВЧ-разряда атмосферного давления в потоке угольного аэрозоля. Вычисление температуры угольной частицы в зависимости от времени при её движении вместе с газовой средой сводится к решению задачи Коши для обыкновенного дифференциального уравнения, моделирующего процесс нагрева одной угольной частицы. Для расчета распределения температуры в плазме СВЧ-разряда использовалось уравнение нестационарной теплопроводности с внутренними источниками тепла. Считалось, что источником энергии является только джоулев нагрев, конвекция и теплопроводность представляются стоками энергии, в уравнении также не учитываются выделение энергии в объеме за счет сил вязкого трения, а также за счет сжатия-расширения объема. Представлены результаты численных исследований температур воздуха и частиц угля в разрядном объеме применительно к экспериментальной плазменноугольной горелке.

Подана фізична і математична моделі нагрівання частинок вугільного пилу плазмою НВЧ-розряду атмосферного тиску в потоці вугільного аерозолю. Обчислення температури вугільної частинки залежно від часу під час її руху разом з газовим середовищем зводиться до розв'язання задачі Коші для звичайного диференціального рівняння, що моделює процес нагрівання однієї вугільної частинки. Для розрахунку розподілу температури в плазмі НВЧ-розряду використовувалося рівняння нестаціонарної теплопровідності з внутрішніми джерелами тепла. Вважалося, що джерелом енергії є тільки джоуліве нагрівання, конвекція і теплопровідність являють собою стоки енергії, в рівнянні також не враховуються виділення енергії в об’ємі за рахунок сил в'язкого тертя, а також за рахунок стиснення-розширення об'єму. Наведені результати чисельних досліджень температур повітря і частинок вугілля в розрядному об'ємі стосовно до експериментального плазмово-вугільного пальника.

The article presents the physical and mathematical model of heating coal dust particles microwave discharge plasma at atmospheric pressure in a stream of carbon aerosol. Calculation of the temperature of the coal particles, depending on the time when it moves together with the gas medium is reduced to the solution of the Cauchy problem for an ordinary differential equation modeling the process of heating a coal particle. To calculate the temperature distribution in the microwave discharge plasma used transient heat conduction equation with internal heat sources. It was believed that the source is only Joule heating; convection and thermal conductivity are considered drains energy in the equation is also not taken into account in the amount of energy release due to viscous friction forces, as well as due to compression and expansion volume. The results of numerical studies of the air temperature and the coal particles in the discharge volume in relation to the experimental plasma-coal burner.