Введение
1. Обзор литературы
2. Экспериментальная установка
2.1. Исследуемые системы электродов
2.2 Методика проведения эксперимента
2.2.1 Вольтамперные характеристики
2.2.2 Кинематические структуры течения
2.2.3 Охлаждение пластины
3. Система электродов с 1 иглой
3.1 Вольтамперные характеристики
3.2 Кинематические структуры
3.3 Охлаждение пластины
4. Система электродов с 6 иглами
4.1 Вольтамперные характеристики
4.2 Зажигание коронного разряда
4.3 Предварительное моделирование
4.4 Кинематические структуры
4.5 Охлаждение пластины
Заключение
Список литературы
В современном технологическом мире зачастую возникает прикладная задача
охлаждения элементов технических устройств, так как охлаждение под действием
естественной конвекции происходит недостаточно эффективно. Среди методов
внешней интенсификации теплообмена существует достаточно перспективный –
электрический ветер, выгодно выделяющийся простотой конструкции и отсутствием
движущихся механических частей. Электрический ветер – явление направленного
движения воздуха, возникающее при горении коронного разряда. В последние годы
появилось достаточное количество работ, описывающих применение электрического
ветра для охлаждения. Кроме того, ведутся работы по усовершенствованию
компьютерных моделей, описывающих явление электрического ветра. Для
верификации этих моделей необходима база экспериментальных данных,
охватывающая различные конфигурации исследуемой системы, которая позволит
определить границы применимости модели.
Получение качественных экспериментальных данных – весьма сложная задача, и
её проблематика растет с усложнением экспериментальной системы. В рамках
курсовых и дипломных работ студентов нашего образовательного направления [1,2] на
базе ресурсного центра «Геомодель» СПбГУ уже были получены экспериментальные
данные по использованию электрического ветра для охлаждения в электродных
системах провод-плоскость и игла-плоскость. Следующим этапом становится данная
работа, охватывающая систему электродов ряд игл – плоскость. Для корректной оценки
и объяснения процессов горения коронного разряда и возникновения электрического
ветра необходимо помимо данных, количественно характеризующих охлаждение,
получить также кинематические структуры течения электрического ветра. Получение
такого рода данных возможно при использовании метода лазерной анемометрии – PIVметода. Таким образом, целью данной работы является исследование охлаждения
протяженного нагревателя электрическим ветром от перспективной системы
электродов иглы-плоскость и получение экспериментальной базы для верификации
компьютерных моделей. Для достижения целей в работе решались следующие задачи:
1. Изучение и улучшение экспериментального макета для
исследования охлаждения пластины при помощи электрического ветра.
2. Усовершенствование методики построения распределения
скорости в случае протяженного течения.4
3. Частичное расширение имеющихся экспериментальных данных
для системы электродов игла-плоскость
4. Исследование кинематической структуры электрического ветра
положительной и отрицательной полярностей для системы электродов ряд игл-плоскость.
5. Оценка эффективности охлаждения перегретой пластины
электрическим ветром для системы электродов ряд игл-плоскость, сравнение
с другими электродными системами.
В данной работе приведены экспериментальные результаты исследования
явления электрического ветра и их анализ.
В ходе проведения данной работы освоено несколько техник получения и обработки
экспериментальных данных, создано несколько скриптов в среде MATLAB, которые
значительно упростят обработку подобных экспериментальных данных в будущем. В
процессе проведения опытов получены динамические вольтамперные характеристики
при уменьшении расстояния между игольчатыми электродами, в результате получены
данные, которые демонстрируют влияние эффекта самогашения. Наиболее
показательными результатами можно назвать кинематические структуры течения
воздуха. Согласно полученным данным, при расстояниях между иглами порядка
межэлектродного промежутка наблюдается устойчивая структура течения: отдельные
струи от каждой иглы и восходящие потоки в промежутках между иглами. Такой тип
течения позволяет эффективно отводить теплоту от нагревателя. При уменьшении
расстояния между иглами до 2 мм возможно возникновение единого потока течения от
нескольких игл, однако в таком случае скорости возникающего потока слишком малы
для значительного увеличения теплоотвода. Сравнивая значения отводимой тепловой
мощности, можно определить, что добавление в высоковольтную систему
дополнительных игл увеличивает эффективность охлаждения. Эффективность
охлаждения системой из игольчатых электродов растет с увеличением расстояния
между иглами. Сравнивая эффективность охлаждения одного и того же нагревателя
при помощи трех различных систем электродов, можно отметить значительное
увеличение эффективности охлаждения при использовании системы игольчатых
электродов. К сожалению, такая система имеет большое количество варьируемых
параметров, поэтому её полномасштабное исследование представляется более
глобальной задачей. Тем не менее, в рамках данной работы для электрического ветра в
системе электродов ряд игл – плоскость получен ряд экспериментальных выводов по
кинематике течения воздуха и охлаждению протяженного нагревателя. Кроме того,
получена обширная база экспериментальных данных, которая может быть
использована для верификации различных компьютерных моделей, описывающих
явление электрического ветра
