Düsseldorf 2007 – wissenschaftliches Programm

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P: Fachverband Plasmaphysik

P 21: Grundlegende Probleme, Theorie, Sonstiges

P 21.2: Vortrag

Donnerstag, 22. März 2007, 15:00–15:15, 6F

MHD-Simulation eines bewegten Lichtbogens in Luft — •Sylvio Kosse, Martin Wendt, Dirk Uhrlandt und Klaus-Dieter Weltmann — INP Greifswald, Felix-Hausdorff-Str. 2, D-17489 Greifswald

In elektrischen Schaltanlagen wird der Schaltvorgang maßgeblich durch Lichtbögen und deren Verlöschen realisiert. Ein angewandtes Prinzip ist das des rotierenden Bogens im externen Magnetfeld. Dabei erfolgt eine verstärkte Wärmeabgabe und ein Druckaufbau in der Schaltkammer.

Beispielhaft werden für einen rotierenden Lichtbogen in Luft bei Atmosphärendruck die gekoppelten Grundgleichungen der Fluid- und der Elektrodynamik in 3D durch ein Finites Volumenverfahren numerisch gelöst. Als Eingangsgrößen gehen dabei die elektrischen und thermodynamischen Transportgrößen wie z.B. elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit sowie spezifische Wärmekapazität und Viskosität ein. Diese werden mit Hilfe kinetischer Methoden selbstkonsistent für das Luftplasma berechnet.

Die verwendete Modellgeometrie besteht aus zwei Ringelektroden zwischen denen ein Luftplasma brennt. Das für die Bewegung des Lichtbogens nötige radiale Magntefeld wird durch externe Spulen realisiert.

Die erhaltenen Simulationsergebnisse werden qualitativ mit den Ergebnissen von Basisexperimenten verglichen. Insbesondere wird die Bogengeschwindigkeit über mehrere Umläufe analysiert und mit einfachen theoretischen Modellen beschrieben.