第 4 章 横風下の外部磁界によるアーク姿態の偏向抑制の解析 98
4.2 横磁束密度が及ぼすアーク温度と流速分布
図64に，横風吹付け時における横磁束密度が及ぼすアーク偏向距離を示す(91)。それぞれの プロットの位置を示すzは陰極から離れた距離を示し，z = 1 mmを陰極近傍，z = 2.5 mm をアーク軸中心部，z = 4 mmを陽極近傍として定義を行った。アーク偏向距離は，−Bex =
0.5 mTにおいて，いずれの軸方向位置においてもアーク偏向距離は0となり，変曲点を持った。
−Bex ≤0.5 mTの範囲では，横風の対流によって生じる力に比べて，横磁束密度からのローレ
ンツ力が小さく，横風の対流の力が働く方向にアークがシフトするため，アーク偏向距離が増 加した。これに対して，−Bex > 0.5 mTの範囲では，横風の対流によって生じる力に比べて，
横磁束密度からのローレンツ力が大きくなり，ローレンツ力が働く方向にアークがシフトする ため，アーク偏向距離が増加した。
図65 に，横風吹付け時における横磁束密度が及ぼすアーク温度と流速分布を示す(91)。Top
viewは，5,000 K以上の高温領域の横方向への広がりがピークである軸方向位置におけるXY平
面の分布であり，点線の近傍の値は算出した平面の軸方向位置を表す。また，流速と温度の凡 例は，横磁束密度を印加していない場合の流速分布と温度分布の下に示している。Y-Z平面に 示すように，−Bex = 0.5 mTの場合には，12,000 K以上の領域が陰極先端の直下方向に広がっ た。これは，横磁束密度とアークの軸方向の電流密度によって生じるローレンツ力がアークに 印加されることによって，陰極近傍で生じたプラズマ気流が偏向せずに，陰極先端の直下方向 にアークの流速が真っ直ぐに流れるためである。また，XY平面に示すように，−Bex = 0 mT
に比べてy = 20 mm付近で流速ベクトルがX方向に広がった。更に，横磁束密度を増加させ
ると，Y-Z平面に示すように，12,000 K以上の高温領域が横風流速と逆方向に移動すると共に，
これ以下の温度領域も移動した。これは，横風流速の方向とは逆方向の流速が増加し，対流に 伴う熱輸送が増加するためである。
100
Arc deflection length y
d[mm]
2.0 1.0 3.0
0 1.0 2.0 3.0
Transverse magnetic flux density -B
ex[mT]
-2.0 -1.0
-3.0
4.02.5 1.0
0
(Beside value : z [mm])
図 64 横風吹付け時における横磁束密度が及ぼすアーク偏向距離(91)
Fig.64 Arc deflection length between arc center and axial center with transverse magnetic flux density and lateral gas(91).
Cathode Nozzle
Z distance z [mm]
10 15 20 25
(a) vL = 3.0 m/s, -Bex = 0 mT
10 15 20 25 30 35 40
Y distance y [mm]
10 15 20 25 30 35 40
Cathode Nozzle
10 15 20 25 30 35 40
Y distance y [mm]
10 15 20 25 30 35 40
(b) vL = 3.0 m/s, -Bex = 0.3 mT
Z distance z [mm]
10 15 20 25
10 15 20 25 30 35 40
Y distance y [mm]
10 15 20 25 30 35 40
Z distance z [mm]
10 15 20 25
10 15 20 25 30 35 40
Y distance y [mm]
10 15 20 25 30 35 40
Z distance z [mm]
10 15 20 25
(c) vL = 3.0 m/s, -Bex = 0.5 mT
(d) vL = 3.0 m/s, -Bex = 1.0 mT Flow velocity v
50 m/s
X distance x [mm]
10 15 20 25 30 35 40
z = 12.1 mm
X distance x [mm]
10 15 20 25 30 35 40
X distance x [mm]
10 15 20 25 30 35 40
X distance x [mm]
10 15 20 25
Y distance y [mm]
10 15 20 25 30 35 40
30 35 40
z = 12.5 mm z = 11.8 mm z = 12.0 mm Side view
Top view jz×(-Bx)
Lateral gas
Temperature T [K]
13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000
jz×(-Bx) Lateral gas
図 65 横風吹付け時における横磁束密度を変化させた時のアーク温度と流速分布(91) Fig.65 Arc temperature and flow velocity distribution with transverse magnetic flux density and
lateral gas(91).
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