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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2066516

Way Gasflamme MIXTURE zu bewegen

Name des Erfinders:. Irdyncheev LA; Astakhov VI. Kirpichenko VY. Kolomeytsev LF
Der Name des Patentinhabers: Joint Stock Company Research Institute of Steel
Adresse für die Korrespondenz:
Startdatum des Patents: 1994.01.05

Verwendung: Bewegen Sie Gas-Plasma-Mischung in gerade- und gekrümmten Kanälen in Zentrifugen usw. Die erfindungsgemäße in ein Plasma umgewandelt, und bewegt dann nur eine dünne Schicht des Gasgemisches in Kontakt mit einer Oberfläche, die Reibung des Gasgemisches mitreißt. Der Plasmazustand eines sich bewegenden Schichtträger Wirbelströme, die in der Abstoßung der Plasmaschicht von der kontaktierten Oberfläche des Magnet "Kissen" entstehen. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Plasmaschicht und der Gasmischung nicht überschreitet eine kritische Geschwindigkeit für das Gas verwendet.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Plasmatechnologie und ist für die Bildung und die Bewegung der Flamme in einer Mischung aus gekrümmten und geraden Kanälen in Zentrifugen, und ein sich bewegendes Objekt in einer stationären Gas kontinuierlichen Medium vorgesehen.

Plasmabildung und die Bewegung der Gasplasmamischung wird im allgemeinen in drei Stufen durchgeführt:

1. Erhalten Plasma in den Plasmabrenner.
2. Plasmabeschleunigung in Beschleunigern.
3. Bewegung (Transport) Plasma in einem speziellen gerad- oder gekrümmten plasma-optische Systeme.

Bekannte Verfahren zum Bilden und die Gasplasmagemisch bewegt, wobei das Gasgemisch in ein Plasma umgewandelt wird, in ein Magnetfeld gebracht und dann bewegt werden, indem ein elektrischer Strom durch sie verläuft.

Die Kraft, die auf das Plasma (Leiter) in einem Magnetfeld ist:

FB · l · I [H] (1)

wobei F die Kraft auf die stromführenden Leiter wirkt, H;

B magnetische Induktion, T;

I Leiterlänge, m;

l der Strom in dem Leiter A.

Bildung, Beschleunigung und Bewegung vollständig und teilweise ionisiertes Plasma in gekreuzten elektrischen und magnetischen Felder werden in festgelegten [IS Abramov, "Accelerators Plasma und elektrische Triebwerke" (Vorträge) Leningrad Institut für Elektrotechnik, Leningrad, 1978] Prototyp.

Die Nachteile dieser Methode der Reise sind: wenn ein voll ionisierten Plasma bewegen, und ihre Kerne haben einen großen Unterschied in den Geschwindigkeiten; wenn ein teilweise ionisiertes Plasma bewegt sich zwischen den einzelnen Schichten und dem kontaktierten ihr Gesicht, beispielsweise von den Wänden der Kammer, in der sie sich befindet, die verhindert, dass die Produktion von Hochgeschwindigkeitsbewegung des Gasplasmagemisch [Dies ist aufgrund der Tatsache, daß die Annäherung an die kritische Geschwindigkeit ein Vorhandensein einer kritischen Geschwindigkeit ist alle die Eingangsenergie auf Ionisation neutraler Atome (Alfven H. Rev. Moderne Phys. 1960, Bd. 32. S.. 710)] ausgegeben wird,

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, damit die kritischen Geschwindigkeitsbeschränkungen zwischen der Gasplasmamischung und der kontaktierten Oberfläche zu überwinden, während eine streng festen Sicherstellung vorbestimmten seine Bewegungsgeschwindigkeit.

Das Ziel wird aufgrund der Tatsache erreicht, daß das Gasgemisch in das ionisierte Plasma umgewandelt wird, platziert sie in einem Magnetfeld und wird durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch sie relativ zu der kontaktierten Oberfläche bewegt wird, während das Plasma umgewandelt wird, und wird dann nur eine dünne Randschicht des Gasgemisches in Kontakt mit der Oberfläche, die reibschlüssig mitnimmt, das Gasgemisch, die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Plasmaschicht und der Gasmischung nicht über eine kritische Geschwindigkeit für das Gas betragen. Der Plasmazustand der peripheren Schichtträger Wirbelströme bewegen, die, wenn die magnetische Abstoßung "Kissen" der Plasmaschicht von der Oberfläche in Kontakt kommen.

Zur gleichen Zeit wird der Beitrag der Wirbelströme in der Temperatur der sich bewegenden Plasmaschicht wird durch die folgende Formel definiert:

T _£ 2,5 · ^{29. Oktober} · E _t / N _Gift (2)

wobei T _^ Beitrag zur Temperaturplasmaschicht , die durch Wirbelströme, K;

E _dh die Energie auf dem Magnetbrems ausgegeben, W;

N _vergiften die Anzahl der Kerne in der Plasmaschicht.

Somit trennt sich eine vollständig ionisierte Plasmaschicht die Kontaktfläche des ionisierten Gases und entfernt die Beschränkung der Alfvén-kritische Geschwindigkeit für teilweise ionisiertes Gas gegenüber der Oberfläche in Kontakt mit ihm. Zur gleichen Zeit, ist die Schnittstelle zwischen dem Plasma und Gas Grenzen nichtionischen Zustand, die Grenze ist, so dass, wenn Plasma von der Oberfläche über der kritischen Geschwindigkeit das gesamte Volumen geben werden sie teilweise ionisiert und neutrale Gas in Kontakt gebracht wird als starrer Körper bewegen [Korobtsev TS.V. Rusanov VD "Plasma Centrifuge plasmachemischen Reaktor eines neuen Typs." Das staatliche Komitee für Atomenergie der UdSSR, Moskau, 1988, S.. 29]

Lassen Sie uns ein Verfahren betrachten, um das Gasplasma Gasgemisch Plasma Mischung Beispiel Rotation in der Zentrifuge bewegen.

Die Dichte der Zentrifugalkraft pro Einheitsfläche des Zylinders ist gleich:

F _p m · V ² / (R · S _b [N / m ^2] (3)

Wo: F _i pro Flächeneinheit Zentrifugalkraft, N / m ^2;

m Wasserstoff Masse pro Längeneinheit des Zylinders, kg / m;

S = 2 · ₆ · R · l Mantelfläche der Zylindereinheit mit einer Länge von ² m;

R Zylinderradius in Metern;

l Höhe des Zylinders, m;

V linear Rotationsgeschwindigkeit, m / c.

Das magnetische Feld, das notwendig ist, um eine Zentrifugalkraft zu erzeugen für das rotierende Gemisch zu kompensieren kann durch die Formel bestimmt werden:

F _l = B ² / ₀ = F _n (4)

von wo

(5)

wobei F _n Dichte (pro Flächeneinheit) der Schwebekraft, N / m ^2;

F _u Zentrifugalkraft, N / m ^2;

₀ die magnetische Konstante, B · c / A · m.

Das Magnetfeld kann für Zentrifugalkraft kompensieren ist nur die parietalen Schicht von Gas in ein Plasma umgewandelt.

Eine der wichtigen Eigenschaften des Plasmas während seiner Wechselwirkung mit dem Magnetfeld ist seine elektrische Leitfähigkeit, die durch die folgende Formel bestimmt wird:

(6)

wobei: G Plasmaleitfähigkeit, 1 / Ohm · m;

auf die Boltzmann-Konstante, J / K;

T Plasmatemperatur, K;

₀ die elektrische Konstante, F / m;

Z Plasmaionenladung;

e die ^{Elementarladung,} o K;

Coulomb Logarithmus L (L ~ 15);

m _e ist die Elektronenmasse, kg.

Wenn das Plasma fließt über das Magnetfeld Bremskräfte entstehen, die durch eine Zugkraft eines Plasmamotors ausgeglichen werden muss. Schwellenbremskraft kann durch die Formel bestimmt werden:

F _t = F _l / (0,5 · ₀ · v · G · h) (7)

wo: F _t Kraftdichte elektromagnetische Bremsen, N / m ^2;

F _l Dichte Schwebekraft, N / m ^2;

₀ die magnetische Konstante, B · c / A · m;

V Geschwindigkeit des Plasmas, m / c;

G Plasma Leitfähigkeit, 1 / Ohm · m;

h die Dicke der Plasmaschicht, m.

Wie aus der Formel (7), die Bremskraft der Schlag vier Parameter zu sehen: die Dichte der Schwebekraft, die Geschwindigkeit des Plasmas der Plasmaleitfähigkeit und die Dicke der Plasmaschicht.

Die Dichte der Levitation und Bewegungsgeschwindigkeit des Plasmaleistung werden jeweils miteinander in Beziehung haben gut definierte Werte, die auf den experimentellen Arbeiten abhängen. Die Dicke der Plasmaschicht, aufgrund der großen Fliehkräfte können signifikant (mehr als 10-mal) erhöht werden, um so mehr, daß seine Größe automatisch eingestellt in Abhängigkeit von der Energie, um die elektromagnetische Bremse zu überwinden, verbraucht daher reduzieren nur die Bremskraft durch Erhöhen Plasmaleitfähigkeit.

Betrachten wir die Arbeit des Prozesses des Drehens der Gasplasmamischung zu dem Beispiel der Wasserstoff Rotation.

Berechnungsergebnisse elektroppovodimosti Plasma und elektromagnetische Brems von Wasserstoff, mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 1,5 x 10 ⁵ m / s, durchgeführt durch die Formeln (6) und (7) für verschiedene Werte der Temperatur, sind in der Tabelle dargestellt. 1.

Daten über die Temperatur des Wasserstoffplasmaschicht Plasma aus der Formel (2) unter der Bedingung, dass die gesamte Energie aufgewendet, die Bremskraft zu überwinden, wird zum Heizen des Plasma verbraucht werden in der letzten Spalte der Tabelle angegeben (Formel 2 aus der Formel 3.7).

In den Berechnungen wird davon ausgegangen , dass die Kamera ein Zylinder mit Radius R 2 m unendlicher Länge ist, in dem eine Wasserstoffdichte von 5 10 ²⁰ poison / m ^3, v. E. in 1 m Länge der Kammer auf 0,01 Gramm Wasserstoff hat dreht, während Wandschichtdicke d 0,02 m Wasserstoff im Plasmazustand.

In Tabelle. 1 Daten, die folgenden Schlussfolgerungen:

• Bremskraft mit Plasma steigender Temperatur fällt;
• mit einem stetigen Prozess des Drehens der Flammentemperatur der Mischung der Plasmaschicht, aufgrund der Erwärmung durch Wirbelströme ist, nicht mehr als 10 ⁸ Grad Kelvin, weil bei einer niedrigeren Temperatur Plasmaleitfähigkeit Wirbelströme fällt wachsen und die Temperatur der Plasmaschicht erhöht wird , und wenn Plasma Erwärmung durch Wirbelströme von mehr als 10 ⁸ Grad Kelvin seine Leitfähigkeit erhöht sich in einem solchen Ausmaß, dass der Energieeintrag in die Plasmawirbelströme nicht ausreichen wird, und seine Temperatur abnimmt. Als Ergebnis stellen Sie die selbstkonsistenten Steady - State - Plasmaschicht bei einer Temperatur T = 10 ⁶ -10 ⁸ K, et nur durch Plasmaheizung durch Wirbelströme unterstützt wird.

Die in der Tabelle. 1-Daten ermöglichen es uns, die Energiekosten für die Rotation der Flamme Mischung zu schätzen:

P _r = F _r · S ₆ · V · t (8)

wobei: P _dh die Energie auf die elektromagnetische Bremsen, MWh ausgegeben;

F _r> elektromagnetische Bremskraftdichte, N / m ^2;

S _b Zylindrische ^Fläche, m ^2;

Plasma Rotationsgeschwindigkeit V, p.

Berechnungen wurden für Wasserstoff durchgeführt , wenn es in dem Radius der zylindrischen Kammer 2 mit einer Lineargeschwindigkeit von 1,5 x 10 ⁵ m / c bei Temperaturen in der Nähe der Wand der Plasmaschicht dreht beträgt 10 ^5, 10 ⁶ und 10 ⁷ K. ^Das Volumen des betrachteten Fläche des Zylinders beträgt 12,6 m ³ Mantelfläche ² beträgt 12,6 m, ein Wasserstoffgehalt von 0,01 g pro 1 Laufmeter des Zylinders.

Für diese Bedingungen Wasserstoff Rotation für 1 Stunde verbraucht Energie gleich 5400 MW, bei einer Plasmatemperatur von 10 ^{von 5} K und die Dämpfungskraft 2870 N / m ^2, dessen Energie gleich 170 MW , wenn die Plasmatemperatur ^June 10 K und die Dämpfungskraft 91 N / m ^2, und 5,4 mW bei 10 ⁷ K und die Bremskraft von 2,9 N / m ^2.

Diese Daten legen nahe, dass die empfangene Energie nicht ein Hindernis für die Implementierung des Verfahrens sein kann, weil das Gasgemisch Plasma Dreh, in letzterem Fall beispielsweise ein Block von 1000 MW NPP fast 200 solcher Arbeitseinheiten zur Verfügung stellen kann.

Wenn eine Wandoberfläche der Plasmaschicht erzeugen und eine elektromagnetische Schub- und magnetische "Kissen" entlang der Längsachse des Kanals angeordnet ist, wird das Gas-Plasma-Mischung entlang der Längsachse des Kanals bewegt, und wird die kritische Geschwindigkeit überschreiten, wird in diesem Magnetfeld wesentlich schwächer sein, wodurch Plasma Levitation als Plasmarotation, da es in diesem Fall keine Zentrifugalkräfte sind, die das Plasma auf die Kammerwände drücken.

Wenn die Außenfläche der Gondel z.B. Luftschiff Plasma zu erzeugen und eine elektromagnetische Schubmagnet "Kissen" entlang seiner Längsachse, die Gasplasmagemisch entlang seiner Längsachse bewegt werden kann und einen Strahlschub erzeugen.

Das Verfahren kann verwendet werden, Gas-Plasma-Zentrifugen und andere Vorrichtungen, die hohe Geschwindigkeit und es keine Reibung zwischen dem Gas und damit der kontaktierten Oberfläche zu schaffen.

FORDERUNGEN

Verfahren zum Bewegen des Gasplasmamischung in der Tatsache besteht, daß das Gasgemisch in das ionisierte Plasma umgewandelt wird, platziert sie in einem Magnetfeld und wird durch Hindurchleiten von elektrischem Strom durch sie relativ zu der kontaktierten Oberfläche bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma umgewandelt wird, und wird dann nur eine dünne Randschicht des Mischgases , mit der Oberfläche in Kontakt gebracht, um die Gasmischung für das Gas ist, die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Plasmaschicht und der Gasmischung nicht überschreiten eine kritische Geschwindigkeit mitführt, wobei der Plasmazustand der peripheren Schichtträger Wirbelströme bewegen, die in der Abstoßungsmagnet "Kissen" entstehen Plasmaschicht von der kontaktierten Oberfläche.

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Erscheinungsdatum 15.02.2007gg

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