Extended High-Current Arc Discharges in an External Magnetic Field in Gas Media

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Extended (up to several tens of centimeters) high-current (hundreds of amperes) electric arcs in various gases at the atmospheric pressure are studied experimentally and theoretically. Such discharges have been studied on the electric discharge stand of the P-2000 facility of the Institute of Mechanics of Moscow State University. The data on the influence of an external magnetic field on the stability of such discharges and the formation of branched current channels are clarified. One of the areas of the research is the study of the effect of the orientation of the magnetic field imposed on the arc on the processes of development of the discharge in various gas media, such as air, CO2, Ar, and N2. The data for argon and nitrogen are presented most fully. The experiments were carried out in a chamber with transparent walls. The calculation and the theoretical study are carried out on the basis of an electrical engineering model using the empirical data on the volt-ampere characteristics of arcs between graphite electrodes. It is found that the stability of high-current arcs is significantly affected by electrode jet-flame dynamics. At the same time, the traditional models of arcs in the external magnetic field without taking these factors into account show that the direction of the external axial field does not affect the stability of the arcs, affecting only the direction of their twisting during the development of helical instability.

About the authors

A. P Gilnov

Moscow State University, Research Institute of Mechanics

Email: gishur@imec.msu.ru
Moscow, Russia

A. P Golovin

Moscow State University, Research Institute of Mechanics

Email: gnka_golovin_apsj@mail.ru
Moscow, Russia

P. V Kozlov

Moscow State University, Research Institute of Mechanics

Email: kalevala@mail.ru
Moscow, Russia

References

  1. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М.: ИЛ, 1961 с.
  2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
  3. Жуков М.Ф., Коротцев А.С., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1975. 296 с.
  4. German V.O., Gilnov A.P., Golovin A.P., Kozlov P.V., and Lyubimov G.A. Some Features of Imaging of the Processes Occurring in an Extended Arc Discharge in Atmospheric Pressure Air // Plasma Physics Reports. 2013. V. 39. No. 13. P. 1142–1148.
  5. German V.O., Gilnov A.P., Kozlov P.V., and Lyubimov G.A. Effect of the Design Parameters and the Atmosphere Composition on the Electric Discharge Shape // Fluid Dynamics. 2011. V. 46. No. 6. P. 958–966.
  6. Gilnov A.P., Golovin A.P., Kozlov P.V., Shaleev K.V., Lyubimov G.A. Study of arc discharges on the P-2000 facility // J. Phys.: Conf. 2019. Ser. 1250 012019. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1250/1/012019
  7. Gilnov A.P., Golovin A.P., and Kozlov P.V. Studies of initiation and quenching of extensive high-current discharges // J. Phys.: Conf. 2021. Ser. 2055 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2055/1/012006
  8. Глинов А.П., Головин А.П., Козлов П.В. Оптимизация струйных плазменных течений во внешнем магнитном поле // Прикладная физика. 2017. № 6. C. 26–32.
  9. Глинов А.П., Головин А.П., Шалеев К.В. Влияние внешнего магнитного поля на устойчивость протяженного дугового разряда и формирование многоканальных токовых структур // Прикладная физика. 2018. № 2. С. 21–28.
  10. Глинов А.П., Головин А.П., Козлов П.В. Изучение инициирования дуговых разрядов размышления первоначально замкнутых электродов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике, издательство НИИ механики МГУ (Москва, 2020). Т. 21. № 2. https://doi.org/10.33257/PhChGD.21.2.916
  11. Глинов А.П., Головин А.П., Козлов П.В., Шалеев К.В. Динамика формы электрической дуги и сопутствующих магнитогазодинамических течений, возникающих при размышлении изначально замкнутых электродов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике, издательство НИИ механики МГУ (Москва, 2019). Т. 20. № 2. https://doi.org/10.33257/PhChGD.20.2.835
  12. German V.O., Gilnov A.P., Kozlov P.V., Lyubimov G.A. Spectral Properties of a Diffuse–Constructed Arc Discharge // High Temperature. 2012. V. 50. No. 2. P. 167–177.
  13. Gilnov A.P. Stability of Conducting Medium Flows between Plane Continuous Electrodes Inclined to the Horizon // Fluid Dynamics. 2015. V. 50. No. 3. P. 322–331.
  14. Gilnov A.P. Two-Dimensional Analysis of the Stability of Conducting Medium Flows between Permeable Plane Electrodes Inclined to the Horizon // Fluid Dynamics. 2015. V. 50. No. 4. P. 483–493.
  15. Васильев Е.Н., Нестеров Д.А. Вычислительное моделирование взаимодействия электрической дуги с потоком газа // Изв. РАН. МЖТ. 2013. № 2. С. 126–136.
  16. Урусов Р.М., Урусова И.Р. Численное моделирование винтовой формы электрической дуги во внешнем аксиальном магнитном поле // ТВТ. 2017. Т. 55. Вып. 5. С. 661–668.
  17. Недоспасов А.В., Хаит В.Д. Основы физики процессов в устройствах с низкотемпературной плазмой. М.: Энергоатомиздат,1991. 224 с.
  18. Жуков М.Ф., Коротеев А.С. Теория термической электродуговой плазмы. Ч. 1,2. Новосибирск: СО Наука, 1987. 576 с.
  19. Брон О.Б., Сушков Л.К. Потоки плазмы в электрической дуге выключающих аппаратов. Л.: Энергия, 1975. 212 с.
  20. Петров А.Г. Точное решение уравнений осесимметричного движения вязкой жидкости между параллельными плоскостями при их обложении и раздвижении // Изв. РАН. МЖТ. 2019. № 1. С. 58–67.
  21. Ayrton H. The Electric Arc., The Electrician Series, D. Van Nostrand Company, Inc., N.Y., 1902. P. 120–130.
  22. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. 736 с.
  23. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат,1991. 1234 с.
  24. Кухлинг Х. Справочник по физике. М.: Мир, 1982. 519 с.
  25. Акимов Ю.В., Быкова Н.Г., Забелинский И.Е., Козлов П.В., Левашов В.Ю., Герасимов Г.Я. Программа расчета спектров двухатомных молекул “СПЕКТР” // Свидетельство о регистрации прав на ПО, базу данных № 2023687422 от 14 декабря 2023 года.
  26. Глинов А.П., Головин А.П., Козлов П.В. Особенности горения протяженных сильногенных дуг во внешнем магнитном поле в разных газовых средах // L Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 20–24 марта 2023, ICPAF–2023. Сб. тез. докл., М: ПЛАЗМАИОФАН 2023, 231 с.
  27. Глинов А.П., Головин А.П., Козлов П.В. Исследование инициирования и протекания тока и межэлектронной среды разных газов атмосферного давления в протяженных разрядных камерах // XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике / Сб. тез. доклад. в 4 Т. 21–25 августа 2023 года, Санкт-Петербург. Т. 2. Механика жидкости и газа. Санкт-Петербургский политехнический ун-т Петра Великого. Санкт-Петербург. 2023. С. 743–745.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».