초록 ▼

본 보고서는 축 방항 대류를 고려한 수직 점등 고압 방전 아크의 물리적인 특성 및 방사 특성을 해석한 논문으로서 고압 방전 아크의 관경 방향 및 방향의 이차원 시변 모델을 제시하고 있다. 이 모델은 방전 기체의 에너지 및 운동량 방정식, 복사 전달식, 연속 방정식, 전기 회로 방정식 및 오옴의 법치가을 포함한 비선형 연립 방정식들의 해를 제공하고 있다. 그리고 이 방정식들을 모델 안에서 유한 차분 기법을 이용하여 전자 계산기를 사용하여 계산하였다. 여기서 방전 매체는 국부적 열역학 평형 상태를 가정하며, 아크는 축 대칭이고

본 보고서는 축 방항 대류를 고려한 수직 점등 고압 방전 아크의 물리적인 특성 및 방사 특성을 해석한 논문으로서 고압 방전 아크의 관경 방향 및 방향의 이차원 시변 모델을 제시하고 있다. 이 모델은 방전 기체의 에너지 및 운동량 방정식, 복사 전달식, 연속 방정식, 전기 회로 방정식 및 오옴의 법치가을 포함한 비선형 연립 방정식들의 해를 제공하고 있다. 그리고 이 방정식들을 모델 안에서 유한 차분 기법을 이용하여 전자 계산기를 사용하여 계산하였다. 여기서 방전 매체는 국부적 열역학 평형 상태를 가정하며, 아크는 축 대칭이고 시간적으로 방전 현상이 안정된 정상 상태 동작을 가정한다. 그리고 전계의 관경 방향 분포 및 기체 압력의 관경 방향 변화는 무시하며 각각의 물질 함수들은 기체의 압력에 영향을 받지 않는다고 가정한다. 본 보고서에서 고안된 모델의 계산 결과는 전계의 세기, 온도 분포, 방전 기체의 대류 속도 및 기체 압력들의 축방향 및 관경 방향의 시변 특성을 나타낸다. 이를 이용하여 본 보고서에서는 아크 플라즈마의 물리적인 제 특성 및 방사 특성에대하여 논의하엿다. 또한 전극무에서의 아크 특성에 대하여 기술하였으며 특히 하부 전극부에서의 아크의 수축과 이로인한 전극 손실에 관하여 고찰하였다. 연구 결과, 방전 기체의 대류 특성은 시변 특성과 시불변 특성에 차이가 있으며, 전극부 특성은 축 방향 대류의 영향을 강하게 받는 다는 것을 알았다. 또한 고압 방전 아크에서의 대류는 아크 내부의 에너지를 방전계 밖으로 전달하는 역할 뿐만 아니라 아크의 안정화에도 영향을 미친다고 예측 할 수 있다. 이 모델의 유용성을 검증하기 위하여 고압 수은 램프의 아크에 이 모델을 적용하여 고압 수은 아크의 제 특성을 해석하였다. 이 검증은 전기적인 방법으로, 방전관의 전류, 전압 특성의 계산값과 측정치의 비교, 분광학적 방법으로, 아크 중심부 온도 분포의 계산값과 측정치의 비교 등의 두 방법으로 시행 하였으며, 그 결과가 만족할 만하게 일치하였다. 또한 기존의 연구 결과와도 잘 일치하엿으며, 뿐만 아니라 기존의 연구 결과에 비하여 그 적용 범위가 확장 되었으며 개선되었다.

Abstract ▼

The report is concerned with extension of the vertical high-pressure arc discharge modeling to treat arcs in two dimensions of axial radial direction. This verticla high-pressure arc model has been modified to take into account the axial convection. This model provides a solution to the coupled

The report is concerned with extension of the vertical high-pressure arc discharge modeling to treat arcs in two dimensions of axial radial direction. This verticla high-pressure arc model has been modified to take into account the axial convection. This model provides a solution to the coupled nonlinear discharge equations - the energy and momentum equations for the discharge fluid, the radiation transfer equations, a current continuity equation, circuit equation and Ohm's law. These equations are solved using finite difference techniques in the computer. The discharge medium is assumed to exibit lacal thermodynamic equilibrium(LTE) ans steady state operation in time and neglect the radial pressure variation and radial electric field strength. The emphasis here is to determine the time-dependent behavior of the high-pressure arc discharge such that the arc parameter for the entire two dimensional vertical discharge column can be calculated with taking into the axial convection. This model well shows a arc characteristics in front of the electrode, specially lowwer electrode. Discharge features such as the hot contraction regions near the electrode examined. And from this modeling it can be shown that the electrode regions are strongly influenced by the axial convection. In this high-pressure arc discharge, convection influence the stability of the arc as well as the trasports energy away from the discharge. The procedure has been demonstrated by applying it to an ac 400W high-pressure mercury lamp arc. calculated lamp characteristics of the mercury arc agrees with previous paper. And calculated arc parameters are found to be in reasonable agreement with experimental data in a few ％ error bound.

목차 Contents

• 1. 서론...8
• 2. 고압 아크 방전의 특성...14
• 2.1 국부적 열역학 평형상태...14
• 2.2 아크의 수축...21
• 2.3 대류특성...24
• 2.4 방사특성...28
• 2.4.1 자기 흡수 현상...29
• 2.4.2 선 퍼짐...30
• 2.5 전도특성...33
• 2.6 전극강하...33
• 3. 방전 현상의 모델링...37
• 3.1 전제조건...37
• 3.2 모델 방정식...42
• 3.3 물질함수의 계산...47
• 3.3.1 전기전도도...48
• 3.3.2 방사에너지...54
• 3.3.3 흡수계수...56
• 3.3.4 열전도도, 비열 및 점성계수...62
• 4. 모델의 적용 및 검증...68
• 4.1 모델 방정식의 계산...68
• 4.2 직류 인가시의 특성해석...71
• 4.3 교류 인가시의 특성해석...81
• 4.4 모델의 검증...85
• 4.4.1 전압 전류 특성...85
• 4.4.2 분광학적인 방법...117
• 5. 결론...127
• 기호설명...129
• 인용문헌...131