Струйный электрический разряд с жидкой плазмообразующей средой при взаимодействии с алюминием
Авторы: Петряков С.Ю., Бельгибаев Э.Р., Каюмов Р.Р., Гайсин А.Ф.
Опубликовано в выпуске: #2(170)/2026
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Представлены результаты экспериментально-теоретического исследования струйного электрического разряда с жидкой плазмообразующей средой при взаимодействии с алюминием. Разряд реализован в конфигурации «струйный анод — алюминиевый катод» при атмосферном давлении в различных диапазонах таких параметров, как напряжение, скорость струи (диаметр струи 2 мм), удельная электропроводность раствора, температура. По данным высокоскоростной визуализации установлены две типовые геометрии канала: продольная — вдоль тела струи и приповерхностная — в форме конусообразного светящегося объема на границе «жидкость — газ — металл». Выявлен пороговый переход от электрохимического режима (около 200 В, пузырькообразование, без формирования разряда) к импульсно-плазменному (около 700 В) с токовыми импульсами амплитудой 1,0…1,2 А и длительностью до 500 мкс. Эмиссионная спектроскопия показала присутствие полос ОН (A–X), (B–X) и линий H I, Na I, N I, Al I; по Штарк-уширению линий водорода оценена концентрация электронов. Термография зафиксировала локальный максимум температуры струйного анода в зоне контакта около 64 °C со спадом к комнатному фону.
EDN BNDWLP
Литература
[1] Гайсин А.Ф., Кашапов Н.Ф. Исследование физических процессов в зоне газового разряда между жидкими электродами. ПМТФ, 2018, т. 59, № 4 (350), с. 19–22. DOI: 10.1134/S002189441804003X
[2] Gaisin Al.F., Son E.E., Efimov A.V., Gil’mutdinov A.Kh., Kazhapov N.F. Spectral diagnostics of plasma discharge between a metal cathode and liquid anode. High Temperature, 2017, vol. 55, pp. 457–460. DOI: 10.1134/S0018151X17030087
[3] Kashapov N.F., Kashapov R.N., Kashapov L.N. Influence of the electrolytic cathode temperature on the self-sustaining mechanism of plasma-electrolyte discharge. Journal of Physics D: Applied Physics, 2018, vol. 51, paper 494003. DOI: 10.1088/1361-6463/aae334
[4] Bruggeman P., Kushner M.J., Locke B.R. et al. Plasma–liquid interactions: a review and roadmap. Plasma Sources Sci. Technol, 2016, vol. 25, art. 053002. DOI: 10.1088/0963-0252/25/5/053002
[5] Акишев Ю.С., Грушин М.Е., Каральник В.Б., Монич А.Е., Панькин М.В., Трушкин Н.И. и др. Создание неравновесной плазмы в гетерофазных средах газ–жидкость при атмосферном давлении и демонстрация ее возможностей для стерилизации. Физика плазмы, 2006, т. 32, № 12, с. 1142–1152. DOI: 10.1134/S1063780X06120087
[6] Баринов Ю.А., Школьник С.М. Разряд с жидким неметаллическим катодом (водопроводная вода) в потоке воздуха атмосферного давления. Журнал технической физики, 2016, т. 86, № 11, с. 155–158. DOI: 10.21883/jtf.2016.11.43833.1833
[7] Самитова Г.Т., Гайсин А.Ф., Мустафин Т.Б., Гайсин А.Ф., Сон Э.Е., Весельев Д.А., Гайсин Ф.М. Некоторые особенности многоканального разряда в трубке при атмосферном давлении. Теплофизика высоких температур, 2011, т. 49, № 5, с. 788–792. DOI: 10.1134/S0018151X11050208
[8] Сироткин Н.А., Титов В.А. Экспериментальное исследование нагрева жидкого катода и переноса его компонентов в газовую фазу под действием разряда постоянного тока. Прикладная физика, 2016, № 6, с. 25–31.
[9] Валиев Р.И., Хафизов А.А., Багаутдинова Л.Н., Гайсин Ф.М., Басыров Р.Ш., Гайсин Аз.Ф., и др. Электрические разряды переменного тока в газожидкостной среде раствора хлорида натрия при атмосферном давлении. Теплофизика высоких температур, 2021, т. 59, № 4, с. 634–637. DOI: 10.31857/S0040364421040219
[10] Гайсин Ал.Ф., Гайсин Ф.М., Желтухин В.С., Сон Э.Е. Высокочастотный разряд со струйным электролитическим электродом. Физика плазмы, 2022, т. 48, № 1, с. 71–78. DOI: 10.31857/S1063780X22010061
[11] Гайсин Ал.Ф., Сон Э.Е., Петряков С.Ю. Высокочастотный емкостной разряд с проточными жидкими электродами при понижении давления. Физика плазмы, 2017, т. 43, № 7, с. 625–633. DOI: 10.1134/S1063780X17070054
[12] Аверин К.А., Лебедев Ю.А., Шахатов В.А. Некоторые результаты исследования СВЧ-разряда в жидких тяжелых углеводородах. Прикладная физика, 2016, № 2, с. 41–45.
[13] Гайсин А.Ф., Каюмов Р.Р., Купутдинова А.И., Марданов Р.Р. Плазменно-жидкостной рециклинг металлического порошка для 3D печати. Физика и химия обработки материалов, 2023, № 1, с. 37–44. DOI: 10.30791/0015-3214-2023-1-37-44
[14] Гайсин А.Ф., Гильмутдинов А.Х. Электролитно-плазменная обработка изделия, изготовленного с применением аддитивной технологии. Физика и химия обработки материалов, 2020, № 2, с. 28–34. DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-28-34
[15] Гайсин А.Ф., Гильмутдинов А.Х., Мирханов Д.Н. Электролитно-плазменная обработка поверхности детали, изготовленной с применением аддитивной технологии. Металловедение и термическая обработка металлов, 2018, № 2 (752), с. 69–74. DOI: 10.1007/s11041-018-0250-1
[16] Петряков С.Ю., Мирханов Д.Н., Гайсин А.Ф., Басыров Р.Ш., Кашапов Н.Ф. Разряд постоянного тока между металлическим анодом и жидким неметаллическим катодом. ПМТФ, 2022, т. 63, № 5 (375), с. 20–32. DOI: 10.1134/S0021894422050029
[17] Касабов Г.А. Спектроскопические таблицы для низкотемпературной плазмы. Москва, Атомиздат, 1973, с. 8.
[18] Очкин В.Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы. Москва, Физматлит, 2006.