Development of Executive Equipment Design for Implementing the Process of Generating of Drops of Micro- and Nanoscale Range

Development of Executive Equipment Design for Implementing the Process of Generating of Drops of Micro- and Nanoscale Range = Разработка конструкции исполнительного оборудования, реализующего процесс генерации капель микро- и нанодиапазона / M. A. Kuznetsov [et al.] // Приборы и методы измерений. – 2021. – Т. 12, № 1. – С. 38-45.

Abstract

Modeling of velocities and temperatures processes distribution in the plasma-forming channel determining the design features and optimal parameters of the plasma torch nozzle is one of promising directions in development of plasma technologies. The aim of this work was to simulate the processes of velocities and temperature distribution in the plasma-forming channel and to determine the design features and optimal geometric parameters of the plasmatron nozzle which ensures the formation of necessary direction of plasma flows for generation of surface waves on the surface of a liquid metal droplet under the influence of the investigated instabilities. One of the main tasks is to consider the process of plasma jet formation and the flow of electric arc plasma. For obtaining small-sized particles one of the main parameters is the plasma flow velocity. It is necessary that the plasma outflow velocity be close to supersonic. An increase of the supersonic speed is possible due to design of the plasmatron nozzle especially the design feature and dimensions of the gas channel in which the plasma is formed. Also the modeling took into account dimensions of the plasma torch nozzle, i. e. the device should provide a supersonic plasma flow with the smallest possible geometric dimensions. As a result models of velocities and temperatures distribution in the plasma-forming channel at the minimum and maximum diameters of the channel were obtained. The design features and optimal geometric parameters of the plasmatron have been determined: the inlet diameter is 3 mm, the outlet diameter is 2 mm. The design of the executive equipment has been developed and designed which implements the investigated process of generating droplets of the micro- and nanoscale range. A plasmatron nozzle was manufactured which forms the necessary directions of plasma flows for the formation of surface waves on the metal droplet surface under the influence of instabilities. An algorithm has been developed for controlling of executive equipment that implements the process of generating drops of micro- and nanoscale range.

Abstract in another language

Моделирование процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале, определение конструктивных особенностей и оптимальных параметров сопла плазмотрона является одним из перспективных направлений в развитии плазменных технологий. Целью данной работы являлось моделирование процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале и определение конструктивных особенностей и оптимальных геометрических параметров сопла плазмотрона, которое должно обеспечивать формирование необходимых направлений плазменных потоков для образования на поверхности капли жидкого металла поверхностных волн под действием исследуемых неустойчивостей. Одной из главных задач является рассмотрение процесса формирования плазменной струи и течения электродуговой плазмы. Для получения мелкоразмерных частиц одним из главных параметров является скорость течения плазмы. Необходимо, чтобы скорость истечения плазмы была близка к сверхзвуковой. Увеличение скорости до сверхзвуковой возможно добиться за счёт конструкции сопла плазмотрона, а именно конструктивной особенностью и размерами газового канала, в котором образуется плазма. Также при моделировании учитывались размеры сопла плазмотрона, т. е. устройство должно обеспечивать сверхзвуковое течение плазмы при возможно меньших геометрических размерах. В результате исследований получены модели процессов распределения скоростей и температур в плазмообразующем канале при минимальных и максимальных диаметрах канала. Определены конструктивные особенности и оптимальные геометрические параметры сопла плазмотрона: диаметр на входе 3 мм, диаметр выходной 2 мм. Разработана и спроектирована конструкция исполнительного оборудования, реализующая исследуемый процесс генерации капель микро- и наноразмерного диапазона. Изготовлено сопло плазмотрона, формирующее необходимые направления плазменных потоков для образования на поверхности капли жидкого металла поверхностных волн под действием исследуемых неустойчивостей. Разработан алгоритм управления исполнительным оборудованием, реализующем процесс генерации капель микро- и наноразмерного диапазона.