ИСТИНА

Проведено экспериментальное исследование процессов в низкотемпературной плазме достаточно протяженных (вплоть до 50 мм), специально нестабилизированных, квазистационарных дуговых разрядов в свободной воздушной среде атмосферного давления при токах до 300 А, как при горизонтальной, так и вертикальной ориентации стержневых графитовых электродов. Эксперименты проведены с помощью высокоскоростной регистрации процессов с высокой степенью разрешения (1200÷60000 к/с) в видимом и (500 к/с) в инфракрасном диапазонах длин волн, путем синхронизации и сопоставления данных этих измерений и осциллограмм тока и напряжения разряда. Показано, что возможна самостоятельная (без принудительного внешнего воздействия) стабилизация разряда, в частности, за счет перестройки конвективных течений окружающей среды и потоков электродных струй. Наряду с традиционной (шнуровой) формой разряда изучены и иные режимы протекания тока: диффузный (распределенный) и диффузно-шнуровой. Рассмотрены процессы контракции, расслоения и шунтирования. Обнаружены режимы колебаний тока, обусловленные взаимодействием катодной и анодной струй и возникновением потоков плазмы и твердых частиц c локально перегретой поверхности анода. Найдены и изучены режимы разряда с круговым движением опорного анодного пятна по торцевой поверхности электрода. Вращательное движение анодного пятна, а, следовательно, и всей анодной струи, оказывает на плазму дуги центробежное воздействие с ускорением до 1,5 104 м/с2, и может приводить к образованию винтовой структуры дугового шнура. Такое интенсивное вращение струи вызывает соответствующую достаточно сильную вихревую закрутку воздуха вокруг анода, чтобы это центробежное воздействие уравновесить. Величина скорости перемещения пятна и воздушного вихря порядка 10 м/с. Прослежены треки довольно крупных (до 1 мм) частиц, летящих с поверхности анода в направлении катода, и их взаимодействие с катодной струёй. Однако более аккуратно проследить вихревое движение воздуха (при наличии частиц – фактически меток потока) могли бы видеокадры, получаемые с дополнительного зеркала, установленного параллельно торцевой поверхности анода, что в проведенных экспериментах не делалось. Получены количественные данные о режимах протекания тока с отрывом плазменных облаков от дугового столба и режимов разряда с формированием локальных прианодных газопылевых и газоплазменных неоднородностей структуры разряда. Авторы выражают благодарность сотрудникам ИПМех РАН: А.Ф. Колесникову – за предоставленное для проведения эксперимента тепловизионное оборудование и А.Н. Гордееву – за участие в эксперименте и за консультации по использованию прикладных программ. Частично работа выполнена при поддержке РФФИ (№09-01-00114-а).