Analytical Analysis of Segmented Arc Plasma Torch for Plasma Wind Tunnel Facility

․ Sooseok Choi** ․ Seongman Choi*** ․ Bong-Guen Hong*ABSTRACT A parametric study is conducted for the design of segmented arc plasma torch with the input power and current of 0.4 MW and 300 A, respectively. For this p urpose, we use the analytical relationship between input power, current condition, plasma temperature, inner diameter () and length () of the torch constrictor based on arc channel model. The resu lts reveal that arc plasma temperatures increase monotonically as  increases or  decreases for the ranges of  ≤ 7.5 mm and  ≤ 1.25 m. For larger valuse of  and  than 7.5 mm and 1.25 m, respectively, however, they show non-linear behavior corresponding to the variations of , which stands for the generation of unstable arc plasma. From this parametric study, optimum ranges of  and  are suggested as 5.5 mm ≤  ≤ 7.5 mm and 0.25 m ≤  ≤ 0.5 m for 0.4 MW class segmented arc plasma torch, under which stable arc plasma can be achieved at the input currents of ~300 A. 초 록 아크 채널 모델을 이용하여 플라즈마 온도를 매개로 플라즈마 입력전력과 전류 조건에 따른 간극 반지름() 및 간극팩 묶음 길이() 변수 계산이 가능한 해석해를 유도하고 이를 이용하여 300 A 전류조건에서 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치에 대한 해석적 설계 변수 해석을 수행하였다. 해석 결과,  ≤ 7.5 mm,  ≤ 1.25 m 인 범위에 대해, 이 길어지거나 이 작아질 때, 플라즈마 온도는 비례하여 증가하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 그 이상의 범위에서는 증가하다 감소하는 비선형 현상이 존재하여 주어진 전류 및 전력조건에서 아크 플라즈마의 형성이 불가능하거나 불안정할 것으로 예측되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 입력전류가 300 A 일 때, 아크 플라즈마 온도를 안정적으로 구현할 수 있을 것이라 여겨지는 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치의 간극 반지름  및 간극팩 묶음 길이 의 설계범위를 각각 5.5 mm ≤  ≤ 7.5 mm, 0.25 m ≤  ≤ 0.5 m 범위로 제안하였다.Key Words: Plasma Wind Tunnel(플라즈마 풍동), Segmented Plasma Torch(분절형 플라즈마 토치), Arc Channel Model(아크 채널 모델), Analytic Solution(해석해)