ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ТРУБЧАТОМ ПЛАЗМОТРОНЕ

Титов В.В.

3. Сравнение конструкций торцевого катода трубчатого плазмотрона.

3.3. Катод с выступающей цилиндрической вставкой

Исследование катода с одной вставкой показало, что неоднородность распределения температуры по поверхности вставки довольно велика (о катоде с семью вставками и говорить нечего), а это чревато таким нежелательным эффектом, как сосредоточение разряда именно на середине вставки, где эмиссия электронов наибольшая. Неоднородность вызвана близким соседством медной основы с высокой теплопроводностью, уменьшить ее можно было бы, в частности, "высунув" вставку из медной основы на некоторое расстояние.

Такой модельный эксперимент был поставлен для вставок диаметром 3 мм. Геометрия катода была той же, что рассматривалась в разделе 1, только теперь вставка выступала из медной основы на какое-то расстояние. Тепловой поток той же величины 50 Вт/мм² был сосредоточен исключительно на торцевой поверхности вставки.

Результаты моделирования этой системы показаны для гафния - на рис. 15, для циркония - на рис. 16, для ниобия - на рис. 17 и для железа - на рис. 18.

	Рис. 15. Распределение температуры во вставке из гафния, выступающей над поверхностью медной подложки. Левая часть каждого рисунка соответствует осевой линии системы. Величина выступа показана рядом с рисунками.
	Рис. 16. Распределение температуры во вставке из циркония, выступающей над поверхностью медной подложки. Левая часть каждого рисунка соответствует осевой линии системы. Шкала температур - единая для всех рисунков.
	Рис. 17. Распределение температуры во вставке из ниобия, выступающей над поверхностью медной подложки. Шкала температур - единая для всех рисунков.
	Рис. 18. Распределение температуры во вставке из железа, выступающей над поверхностью медной подложки. Левая часть каждого рисунка соответствует осевой линии системы. Величина выступа показана рядом с рисунками. Шкала температур - единая для всех рисунков.

Сравнивая эти рисунки, можно видеть, что при диаметре вставки 3 мм только ниобий позволяет выдвинуть ее на 1 мм из подложки без расплавоения. Для остальных трех металлов плавление (в центральной части вставки) начинается уже при выдвижении на 0,7 мм - для гафния, на 0,5 мм - для циркония и на 0,2 мм - для железа. При этом устранить полностью неоднородность температуры эмиттирующей поверхности вставки за счет ее выдвижения из медной основы не удается.

Особняком выглядит картина на катоде с ниобиевой вставкой (рис. 17). Высокая теплопроводность ниобия в сочетании с высокой температурой плавления позволяет при такой малой токовой нагрузке (100 А) выдвигать вставку из медной основы катода довольно далеко без риска что либо расплавить. При этом достаточное выравнивание поверхностной температуры на вставке имеет место уже при выступе величиной всего полмиллиметра (разница температур в центре и на краю вставки составляет 50-60 градусов), а при выступе 1,5 мм по цветовой шкале уже невозможно определить, насколько отличаются условия в разных частях рабочей поверхности вставки.

Катод мозаичного типа

Оглавление

Катод с дисковой вставкой