Два электрода в потоке газа. Несимметричность ионизации.

[bala]

Здравствуйте, Сенсеи!

Прошу помощи в разборе вот какого явления. Два электрода в режиме переменного тока. Дуговой промежуток находится в среде газа, который двигается с некоей скоростью от одного электрода к другому. Соответственно, в такт частоте смены полярностей, происходит поочередно эмиссия отрицательных электронов на катоде в сторону анода и ионизация с потоком положительно заряженных ионов газа во встречном направлении.



У меня остро стоит задача разобраться в следующем:

1. Создает ли поток газа несимметричность ионизации и если да, то влияет ли такая несимметричность на интенсивность бомбардировок ионами катодов.
2. Завязаны ли эти процессы на скорость газа.
3. Как влияет частота тока на ионизацию в контексте потока газа и вне контекста (если он в покое).

Мои наблюдения

Опытным путем при стандартной сетевой частоте 50 Гц и потоке газа около 10 литров в минуту в трубке ф10 мм эпицентр ионизации визуально (некие видимые глазом завихрения воздуха похожие на встречу двух потоков воды) немного смещены в сторону электрода, принимающего на себя поток газа. Отсюда я предполагаю, что на скорость ионизации и энергообмена может вполне себе воздействовать даже такая небольшая по меркам скоростей заряженных частиц скорость газа. Также, сечение электродов, а именно большая пропускная способность электрода встречающего поток газа, не спасает от смещения эпицентра ионизации в его сторону. По частоте тока также как и с потоком газа, предполагаю, есть некий порог, до которого частота никак не влияет на систему, а после которого начинает также обрывать процесс ионизации в одном направлении, потом в другом, таким образом становясь подспорьем потоку газа.

Знатоки, очень прошу, вправьте мозг. Внесите ясность.

[Xey]

bala в сообщении #1294559 писал(а):

Дуговой промежуток находится в среде газа,

Дуга в воздухе имеет форму дуги потому, что раскаленный газ поднимается вверх. Это заметно, когда дуга длинная (напряжение более $220$ вольт), при сварке это незаметно.

Скорость потока газа "$10$ литров в минуту в трубке ф$10$ мм" это около двух метров в секунду.
"некие видимые глазом завихрения" видимо связаны с завихрениями в потоке газа. Попробуйте без продувки газа отыскать "эпицентр ионизации".

[AnatolyBa]

Если исключить катодный и анодный слой, то дуга это практически термодинамически равновесная плазма.
Это, однако, не делает ее простым объектом.
Степень ионизации определяется температурой, температура определяется балансом между поступающей энергией и теплоотводом. Поступающая энергия зависит, среди прочего, от проводимости, которая зависит от температуры же.
Теплоотвод зависит от газодинамики, конвекции, которая зависит, в частности, от скорости потока газа.
Т. е. да, движение газа вносит асимметрию в тепловое распределение. Как количественно - могу предположить, что никто вам этого не скажет.
Насчет частоты. Если вы остаетесь в диапазоне десятков герц, то особой разницы в физике не будет, но нужно учесть один момент.
Когда напряжение проходит через ноль, дуга может погаснуть. Погаснет или нет - зависит от скорости удаления электронов/ионов из разрядного промежутка, которая, в частности, зависит от скорости газа. Т. е. в быстром потоке дуге легче погаснуть. И чем меньше частота, тем больше шанс, что дуга погаснет (если, конечно вы не поджигаете ее каждый полупериод).
Относительно катода. Процессы на катоде очень сложны и зависят от многих факторов. Обычно у катода плазменный столб сжимается в несколько очень тонких "трубочек" и эти трубочки беспорядочно бегают по области катодного пятна.
Размер катодного пятна будет зависеть от газодинамики, а следовательно от потока газа. Процессы в "трубочках", я думаю, практически не будут зависеть от потока газа (по крайней мере для тех потоков, о которых вы пишете)

[bala]

Крайне признателен!

Вы именно внесли ясность и дали вектор "куда копать".

Спасибо!