О механизмах формирования винтовой формы электрической дуги во внешнем аксиальном магнитном поле

Проведено численное моделирование открытой электрической дуги постоянного тока во внешнем однородном аксиальном магнитном поле. Для численной реализации винтовой формы столба открытой электрической дуги используется схемный аналог флуктуаций температуры электронов, который генерирует случайным образом асимметрию распределения температуры электронов и, следовательно, других характеристик плазмы. Показано, что формирование винтовой формы столба дуги обусловлено несимметричным воздействием силы Ампера, которая смещает поперечные сечения дуги относительно центральной оси разряда. При этом сечения дуги вращаются вокруг центральной оси с различной скоростью. На начальном участке со стороны катода скорость вращения уменьшается вниз по потоку, а по мере приближения к аноду скорость вращения возрастает. Такой характер конвективного теплопереноса формирует винтовую форму дуги. Если направление внешнего аксиального магнитного поля совпадает с направлением электрического тока, пространственная ориентация винтовой дуги как целого является правовинтовой. В противном случае наблюдается левовинтовая структура столба дуги. Направления вращения участков дуги со стороны катода и анода противоположны друг другу. Винтовая форма открытой дуги не является постоянной во времени и периодически разрушается. Выявлены два режима разрушения: во-первых, в результате шунтирования витка спирали и, во-вторых, в результате трансформации нескольких витков в один виток. По-видимому, открытая дуга во внешнем аксиальном магнитном поле не может сохранять стабильную и неизменную во времени винтовую форму.