Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Saint Petersburg State Polytechnic University Кафедра Электротехники и Электротехнологии. - презентация

1 Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Saint Petersburg State Polytechnic University Кафедра Электротехники и Электротехнологии Лаборатория высоких плазменных технологий High Plasma-Technology Laboratory

2 2/52 Создание ВЧ плазмотронов для новейших плазменных технологий Production and investigation of RF plasma torch for High Technology plasma processes

3 3/52 Создание ВЧ плазмотронов для новейших плазменных технологий Production and investigation of RF plasma torches for High Technology plasma processes Первый ВЧ плазмотрон (1961 г.) Политехнический институт First RF plasma torch

4 4/52 Создание ВЧ плазмотронов для новейших плазменных технологий Production and investigation of RF plasma torches for High Technology plasma processes

5 5/52 ВЧ плазмотрон для плазмохимической очистки и нанотехнологий Работа с Парижским Университетом Пьера и Марии Кюри RF plasma torch for plasma chemistry processes Collaboration with University of Pierre and Mary Curie

6 6/52 Создание плазмотронов для спектрального анализа ICP torch for spectroanalysis

7 7/52 Процесс очистки и сфероидизации электротехнического периклаза Совместная работа с ВНИИЭТО (Москва) Process of spheroidization of small particles

8 8/52 Установка для очистки и сфероидизации электротехнического периклаза Совместная работа с ВНИИЭТО (Москва) Installation for spheroidization of small particles

9 9/52 Установка для очистки и сфероидизации электротехнического периклаза Совместная работа с ВНИИЭТО (Москва) Installation for spheroidization of small particles

10 10/52 Завод для производства микросфер для светоотражающих красок (г. Сосновый бор) Plant for production of micro spherical particles

11 11/52 Плазмохимический процесс наплавки моноблока особо чистого кварцевого стекла (г. Гусь Хрустальный) Plasma chemical process of production of monoblock of extra-pure silica glass

12 12/52 Плазмохимический процесс наплавки моноблока особо чистого кварцевого стекла (Premis Technology, France) Plasma chemical process of production of monoblock of extra-pure silica glass

13 13/52 Плазмотроны и процессы для плазменного напыления покрытий Plasma spraying process

14 14/52 Плазмотроны и процессы для плазменного напыления покрытий Plasma spraying process

15 15/52 Плазменное напыление защитных и декоративных покрытий на архитектурные шедевры Санкт-Петербурга Plasma spraying of protective and decorative coatings onto architectural masterpieces of Saint Petersburg

16 16/52 Плазменное напыление защитных и декоративных покрытий на архитектурные шедевры Санкт-Петербурга Plasma spraying of protective and decorative coatings onto architectural masterpieces of Saint Petersburg

17 17/52 Утилизация радиоактивных отходов Работы с США Nuclear waste destruction Archimedes Technology Group (USA)

18 18/52 Утилизация радиоактивных отходов Работы с США Nuclear waste destruction Archimedes Technology Group (USA)

19 19/52 RF plasma torch for destruction of nuclear waste (10 MW, diameter of 800 mm) Утилизация радиоактивных отходов Работы с США Nuclear waste destruction Archimedes Technology Group (USA)

20 20/52 Разработка плазменных фильтров для очистки газообразных (дымовых) выбросов Совместная работа СПбГПУ и Университета Пьера и Марии Кюри (Париж) Depollution of gas waste by dielectric barrier discharge (DBD) Collaboration with University of Pierre and Mary Curie Вертикальный вариант

21 21/52 Горизонтальный вариант Разработка плазменных фильтров для очистки газообразных (дымовых) выбросов Совместная работа СПбГПУ и Университета Пьера и Марии Кюри (Париж) Depollution of gas waste by dielectric barrier discharge (DBD) Collaboration with University of Pierre and Mary Curie

22 22/52 Дуговой плазмотрон и плазменная струя Arc plasma torch and plasma jet

23 23/52 Дуговой плазмотрон и плазмохимический реактор в работе Operation of arc plasma torch and plasma chemical reactor

24 24/52 Работы с ракетно-космическим комплексом СССР Aero-space program in USSR Plasma torch 1000 kW, 0.44 MHz

25 25/52 Испытательный стенд Подлипки (г. Королев) Работы с ракетно-космическим комплексом СССР Aero-space program in USSR

26 26/52 Испытания лобовой части модели ракет Работы с ракетно-космическим комплексом СССР Aero-space program in USSR

27 27/52 Работы с ракетно-космическим комплексом СССР Aero-space program in USSR

28 28/52 Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Saint Petersburg State Polytechnic University Кафедра Электротехники и Электротехнологии Лаборатория высоких плазменных технологий High Plasma-Technology Laboratory Готовит студентов по специальности «Электротехнологические процессы и установки» Специализация – магистерская программа «Плазменная техника и технология»

29 29/52 Дисциплины специализации Плазменная техника и технология Физика термической плазмы Электротехнологические процессы и установки (ЭТУ) Экология Математическое моделирование плазменных технологических процессов Расчет электромагнитных полей в плазме Основы индукционного нагрева Источники питания ЭТУ Системы автоматического управления ЭТУ Электроснабжение ЭТУ Диагностика плазмы Физика неравновесной плазмы Основы проектирования плазменных установок

30 Идеология и математическое моделирование плазмы, плазмотронов, плазменных процессов

31 31/52 Плазменные процессы На основе дуговых плазмотронов Сварка металлов Резка металлов Напыление износостойких, декоративных и др. покрытий

32 32/52 На основе высокочастотных индукционных (ВЧИ) плазмотронов Спектральный анализ Сфероидизация порошков Оплавление поверхностей Разложение отходов Плазмохимия Плазменные процессы

33 33/52 Задачи моделирования Математическое моделирование позволяет: Оценить эффективность плазменного технологического процесса в заданном режиме работы плазмотрона Установить связь между эффективностью работы плазмотрона и параметрами режима его работы Подобрать режим работы плазмотрона, оптимальный для выполнения технологической задачи Математическое моделирование позволяет усовершенствовать существующие технологические процессы, а также разрабатывать новые Достоинства математического моделирования: Полнота информации Минимальные материальные затраты Малое время

34 34/52 Математическая модель Основные уравнения Уравнение баланса энергии Уравнения движения

35 35/52 Уравнение неразрывности Система электромагнитных уравнений Максвелла Граничные условия Математическая модель

36 36/52 Метод контрольного объема Основные положения метода контрольного объема: 1. Расчетная область разбивается на некоторое число непересекающихся контрольных объемов, внутри каждого контрольного объема задается узловая точка. 2. Дискретный аналог исходного дифференциального уравнения (УБЭ) строится таким образом, чтобы обеспечить выполнение соответствующего закона сохранения (закона сохранения энергии) внутри контрольного объема и на его гранях. 3. В результате получаем СЛАУ. 4. Процесс решения имеет итерационный характер.

37 37/52 Дискретный аналог уравнения баланса энергии где N W n w S r M E e s z z r

38 38/52 Результаты моделирования Распределенные параметры плазмы T(z,r), Vz(z,r), Vr(z,r), p(z,r), (z,r) Распределенные электромагнитные величины E(z,r), H(z,r) Интегральные параметры плазмы P пл, P rad, P стр, P ст, T m, Vz m Технологические параметры V рез, G п

39 39/52 Примеры ВЧИ плазмотрон 5.28 МГц для сфероидизации

40 40/52 Примеры ВЧИ плазмотрон 1.76 МГц для сфероидизации

41 41/52 Примеры ВЧИ плазмотрон МГц для спектрального анализа

42 42/52 Примеры ВЧИ плазмотрон МГц для спектрального анализа

43 43/52 Примеры ВЧИ плазмотрон 5 МГц (Франция) для обработки кремниевых пластин

44 44/52 Примеры ВЧИ плазмотрон 3 МГц (США) G=0 G=20 l/min

45 45/52 ВЧИ плазмотрон 3 МГц (США) Примеры

46 46/52 Дуга для напыления Траектории частиц: Примеры

47 47/52 Студенты Парижского университета Пьера и Марии Кюри каждый год начиная с 1998 года успешно проходят стажировку (2-3 месяца) на кафедре Электротехники и Электротехнологии Laure Ouvrelle (2001) Тема работы: «Учет испарения при моделировании процессов тепло- и массообмена между ВЧ плазмой и мелкими сферическими частицами» Темы работ: «Учет химических реакций при моделировании процессов тепло- и массообмена между ВЧ плазмой и мелкими сферическими частицами» Caroline Cartier (2002) Joulliette Jannes (2003)

48 48/52 Учебники по специальности

49 49/52 Учебник по курсу «Физика и техника плазмы»

50 50/52 Учебники по специальности

51 51/52 Учебники по курсу «Математическое моделирование плазменных технологий»

52 52/52 Учебники по курсу «Плазменная техника и технология»