За счет влияния частиц

Ускоряя частицы, плазма передает им часть своего количества движения. Исходя из условий сохранения количества движения и пренебрегая потерями на трение между газом и частицами, а также потерей давления в сопле, можно записать:

(5)

где m₁ - масса частиц;

m_п - масса газа плазмы, работающего на 1 части.

Из поставленных ранее условий m₁ = const и m_п = const , имеем:

(6)

выразим массу через вес частиц, т.е. m₁ /m_n = G₁ /G_n c учетом (2) перепишем (6):

(7)

здесь V₁ - скорость частиц.

Подставляя в формулу (7) значение V₁ из (4) после интегрирования при средних и постоянных γ_пиС_х и преобразований получают:

(8)

где C – const ; при х = 0 (в начале движения) C = ln V_n ,

после преобразований получают соотношение:

(9)

где V₁ = V_n - скорость газа в точке ввода порошка в сопло.

Уравнение (9) позволяет определить снижение скорости газа в сопле плазмотрона за счет присутствия частиц в потоке. На рис. 6 показано снижение скорости частиц в потоке при увеличении диаметра частиц.

Несмотря на ряд допущений, расчет дает хорошее совпадение с опытными данными.

Рис. 6 – Влияние размеров частиц на скорость

плазменного потока

Распределение скорости частиц в пятне распыла

Рис. 7 –Характер распределения скорости частиц различного диаметра в пятне напыления:

1 – d₁ - 100…150 мкм; 2 - d₁ - 150…200 мкм;

3 - d₁ - 300…350 мкм;

Скорость неравномерна по сечению. Большая разница для мелких частиц. Зависит от температуры, газа, вязкости, скорости потоков и др.

Полученные закономерности характерны и для газопламенного напыления.

Высокие скорости частиц получают в гелиевой и аргоновой плазме – за счет более высокой температуры при одинаковой энтальпии ( Ne ~ 5000 ⁰C; Ar ~ 13000 ⁰C; He ~ 17000 ⁰C) интенсивное расширение газов, повышенные скорости истечения – могут достигнуть частицы Co + W (V₁ = 305 м/сек).

Важный показатель: эффективный КПД ряда процессов.

Нагрев газа η_пл ,%

Ar 10…70

Н₂ 30…80

Нагрев проволоки при распылении:

- плазменной струей 2…5

- плазменной дугой 10

Нагрев порошка

- подача на срез сопла 2

- в столбе дуги и струе 20