Курсовая работа: Расчет плазмотрона и определение его характеристик

(2.11)

Из расчета видно,что в случае медных электродов толщина стенки может быть очень большой. На практике толщина медной стенки выбирается гораздо меньшей. Поскольку при меньших толщинах стенки опасности перегрева рабочей поверхности электрода не существует, то толщину стенки можно выбирать не из тепловых, а из иных соображений, например , прочностных, ресурсных и прочих.

Поэтому толщину стенки выбираем меньше критической (0.098 м), соответственно равную 10 мм, что вполне обеспечивает и прочность стенки даже при значительном больших давлениях, и ресурс непрерывной работы.

Температурный перепад на ней равен:

(2.12)

Приняв начальную температуру охлаждающей воды , а перепад температур в рубашке охлаждения выходного элнктрода , определяем секундный расход воды, необходимый для охлаждения электрода:

(2.13)

Определим среднее значение охлаждающей температуры воды:

(2.14)

Найдём недогрев воды до температуры кипения при давлении Па, он равен:

(2.15)

Дальнейший расчёт необходимо вести, исходя из максимальной плотности теплового потока на охлаждаемой водой поверхности электрода:

(2.16)

где - внешний диаметр выходного электрода, равный 0,026 м.

Коэффициент надёжности охлаждения принимаем равным Кохл = 13. Выбор такого значения,как будет видно из дальнейшего расчёта, связан с необходимостью получения конструктивно приемлемых значений зазора. Далее находим критическую плотность теплвого потока,на которую должно быть расчитано охлаждение катода:

(2.17)

Определяем необходимую скорость охлаждающей воды в зазоре, для чего зададимся необходимыми константами, которые определены из графика 9,1 [1].

(2.18)

(2.19)

Величина водяного зазора в рубашке охлаждения определяется с учётом условия , тогда:

(2.20)

Исходя из конструктивных соображений примем величину водяного зазора равной м.

Для уточнения величины температуры охлаждаемой поверхности стенки и проверки режима её охлаждения найдём значения определяющих критериев (Re, Nu, Pr).

Число Рейнольдса равно:

(2.21)

где - кинематическая вязкость воды при .

При известном значении числа Рейнольдса найдём число Нуссельта, исходя из табличных данных критериев числа Прандтля для соответствующих температур [4].

- число Прандтля при ;

- число Прандтля при ;