直流纯氮层流等离子体射流特性的实验研究

采用自行研制的直流非转移型等离子体发生器,对其产生的层流等离子体射流特性进行了实验研究。实验结果表明:该等离子体发生器在以纯氮气为工作气体时,呈现出高电压低电流的等离子体射流特性,该特性有助于提高等离子体发生器的电极寿命;在弧电流和工作气流量由小向大变化过程中,等离子体射流长度均呈现出先由短变长、再由长变短的变化规律;在等离子体射流长度由长变短的过程中,射流的形貌从相对集中、轴对称和稳定的状态向分散、非轴对称和不稳定的状态变化,即等离子体射流由层流形态向湍流形态转变,并且在此过程中射流产生的噪音逐渐增强。     

SDBD等离子体增强双股矩形射流掺混性能实验研究

为提高姿轨控液体火箭发动机同轴式喷注器掺混性能,设计了简化的双股矩形射流发生器,开展了等离子体控制射流实验,获得了射流流场结构与速度分布,结果表明与单股射流类似,双股矩形射流同样具有很好的相似性,随着射流速度差的增大,相似性进一步增强,混合点逐渐靠近射流发生器出口,混合角和混合率增大,而涡量最大值减小;等离子体对射流相似性的影响较弱,主要增大了发生器出口附近的速度,缩短了射流核心区长度,增大了射流宽度和混合角,使得混合点位置移向发生器出口,扩大了高涡量值区域范围,不过3种实验工况下射流涡量和的正、负值均比较接近,混合率也非常接近,并且随着射流速度差的增大,等离子体控制效果降低;总的来说,等离子体激励器应安装在低速射流中,增大混合角比控制混合点位置对提高混合率更有效.      

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通过构建等离子体数字测控系统,测量了等离子体发生器不同工况下的工作参数,包括工作气体流量、冷却水温升、弧电压与弧电流等。运用能量平衡原理,计算了等离子体发生器出口射流平均焓值、平均温度及其分布。结果表明,在等离子体发生器的出口处,射流温度呈抛物线分布,增加主气气体流量,射流焓值与温度呈下降趋势,而添加氢气为辅助工作气体时,射流焓值与温度将会得到显著提高。     

小型射流发生器的实验研究

通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器中使用射流发生器成功地得到激光输出.     

直流氩等离子体射流电子温度的测量

直流等离子体射流的电子激发温度,是等离子体射流物理特性中的一个非常重要的参数,并且影响着射流中其他众多特征参数。文章采用发射光谱诊断技术对直流氩等离子体射流进行实验研究,对实验所测得的射流的光谱强度信号进行分析,并采用玻尔兹曼曲线斜率法计算等离子体射流的激发温度。实验结果表明,等离子体射流的激发温度在等离子体发生器的轴向上的分布,随着离出口的距离增大,激发温度显著地下降。并且激发温度受电流和流量的影响较大,提高电源的输出电流,或者增加氩气的流量,激发温度都会升高。     

小型射流发生器的实验研究

通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器（COIL）中使用射流发生器成功地得到激光输出。     

小型射流发生器的实验研究

 通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器（COIL）中使用射流发生器成功地得到激光输出。     

等离子体射流产生与特性的实验研究

本文报道热等离子体射流产生及射流特性的实验研究结果。采用同一个直流等离子体发生器,工作气体流量小时产生出层流等离子体长射流,射流长度随气体流量或弧电流的增加而明显增加;工作气体流量大时则产生出湍流等离子体短射流,此时射流长度几乎与工作气体流量或弧电流无关;在层流与湍流等离子体射流工况之间,存在一个流动状况不稳定的过渡区,此时等离子体射流的平均长度随气流量的加大而减小,但随弧电流的加大而明显加大。层流等离子体长射流有相当好的刚性。     

直流纯氩层流等离子体射流的长度变化

采用主要由阴极、阳极以及介于阴极和阳极之间的中间段组成的直流非转移式电弧等离子体发生器,在大气压条件下,比较系统地研究了纯氩层流等离子体射流的长度随着弧电流、气体流量以及发生器结构而变化的规律。结果表明:层流射流的长度随弧电流和工作气流量的增加而增长;层流向湍流流动转变的临界气流量值随弧电流增大而提高;在发生器的伏安特性呈大梯度变化的情况下,射流长度随弧电流的变化幅度增大。     

两间隙毛细管等离子体射流发生器主放电数值模拟

 消融放电毛细管等离子体发生器产生的等离子体射流具有密度高和温度相对低的特性,在许多领域都具有潜在的应用前景。利用1维流体模型对两间隙毛细管等离子体射流发生器的主放电特性进行了模拟计算分析。模型考虑了焦耳热效应和管壁烧蚀对放电特性的影响。在管壁消融这种反馈稳定机制作用下,毛细管放电处于准稳态,其产生的等离子体温度在放电期间保持恒定。在放电能量为1 kJ的条件下,聚乙烯毛细管等离子体温度可达3 eV,电子密度可达1025 m-3量级,射流速度接近10 km/s。改变放电输入的焦耳热功率密度,等离子体温度和速度变化较小,但气压、质量密度以及等离子体电子密度等特性参数均可以获得较大幅度的改变。     

氩等离子体射流冲击平板壁面处电子温度的测量

本文对空气环境中氩等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的电子温度，采用静电探针方法进行了测量．研究了等离子体温度、速度以及平板至发生器出口距离等参数的影响．实验结果表明，在冷壁面附近，电子温度总是明显高于相应的重粒子温度，从而证明在等离子体射流冲击平板条件下冷壁附近的边界层显著偏离局域热力学平衡（ＬＴＥ）状态．实验结果还表明，探针污染是影响测量结果可靠性的一个重要因素．     

磁压缩等离子体电热炮

 电热炮（ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌｇｕｎ）是全部或部分地利用电能加热工质来推进弹丸的发射装置。一般地说,电热发射有两个含义：一是利用特定的高功率脉冲电源向某些工质放电,把工质加热而转变成等离子体状态,利用含有热能和动能的等离子体直接推进弹丸运动;二是利用加热产生的等离子体再去加热其他更多质量的低分子量的轻工质,使其化学反应变成热气体（含有少量等离子体）,借助这些热气体的热膨胀做功来推进弹丸。磁压缩等离子体电热炮是一种以炸药能量驱动的电磁“火炮”．它把化学能转变成磁能,然后利用磁能压缩等离子体推进弹丸前进。     

基于自发辐射光谱的超声速流场测速技术

等离子体状态参数测量是研究等离子体特性,开展等离子体模拟再入环境、等离子体隐身、等离子体减阻以及边界层控制等研究的重要基础。利用等离子体射流的自发辐射光谱,提出了一种基于光学多普勒频移效应的等离子体超声速射流测速的方法。首先,测量了等离子体中Ar原子产生的自发辐射光谱,选择696.54 nm的特征谱线,作为等离子体发生器测速实验的运动光源;其次,使用光谱仪、传能光纤、EMCCD相机和高光谱分辨法布里-珀罗（F-P）干涉仪,设计了高温等离子体速度测量光路;最后,在氩壁稳电弧等离子体发生器上,开展了超声速射流速度测量实验。实验中,同一测点的Ar原子产生的自发辐射光谱,分别被与等离子体射流运动方向成49°和90°夹角的收集透镜收集进入光谱仪,经光谱仪分光后仅保留特征谱线696.54 nm附近自发辐射光进入传能光纤,从而消除其他波长的自发辐射光的影响;光谱仪输出的特征辐射光谱,经光纤传输及透镜整形成平行光后,精细度30、自由光谱范围6.6 GHz的F-P干涉仪,形成多光束干涉圆环,并由EMCCD相机采集,实现对特征谱线的超高精度分辨;根据多普勒原理,不同角度收集的同一测点处Ar 696.54 nm特征谱线的频移将有所不同,EMCCD采集的干涉圆环半径也将不同,通过测量同一级次不同收集方向特征谱线形成的干涉圆环半径改变量,可测得高温等离子体射流流动速度。针对同一喷管开展了两车对比试验,实验测得两车射流轴向速度分别为791和783 m·s-1,具有较好的重复性。结果表明基于多普勒效应,利用高温气体自发辐射光谱,结合高光谱分辨F-P干涉仪,能够实现高温等离子体射流速度的精确测量,该方法属于非接触测量,不干扰流场,尤其适用于传统传感器难以应用的高温流场测量。     

氩电弧等离子体射流中温度分布的测定及局域热力学平衡状态的验证

只有当等离子体中存在局域热力学平衡状态时才有确切的温度定义。本文在局域热力学平衡的假定下,根据原子谱线辐射亮度与温度之间的关系,测定了氩等离子体射流中的温度分布。由ArI 4300,6965,7384,7504,7515,7635等谱线测得的温度分布符合得很好,从而在一定程度上验证了局域热力学平衡状态的存在。实验所用的等离子体发生器与工业应用的等离子体喷涂枪类似。本文使用的技术对测定喷涂枪的等离子体射流的温度分布具有实用价值。     

大气压射流等离子体放电特性及其灭菌效果

 介绍了一种同轴电极的射流等离子体发生装置,可以直接在大气中将生成的氦气辉光放电射流等离子体喷出进行杀菌消毒,无需反应容器和真空系统,并从电压、频率、流速等方面讨论了该同轴等离子体发生器的放电特性。在稳定的放电条件下,利用实验装置进行了大气压下的等离子体灭菌实验,验证了本装置在等离子体灭菌应用上的可行性和易操作性。灭菌结果表明：在最初的2 min内,细菌减小趋势明显,3 min后细菌几乎全部消亡。     

大气压等离子体射流中振转温度的发射光谱研究

通过发射光谱对大气压氦等离子体射流三个不同位置进行测量, 并采用光谱拟合获得氮气分子振转温度的方法, 研究了放电电压和气体流量以及离喷口的距离对射流的温度和化学活性的影响。发现大气压等离子体射流的气体温度和振动温度均随着放电电压增加而升高, 随着气体流量的增大而降低, 随着离喷口距离的增加而降低并逐步趋于稳定。通过对等离子体射流中振动温度的变化趋势并结合活性成分氧原子光谱强度的变化证实了等离子体射流的活性亦随着气体流量及离喷口距离的增大而降低, 随着放电电压增加而升高的结论。     

层/湍流等离子体射流波动特性实验研究

本文应用电压传感器、光电倍增管及水冷皮托管,对产生射入空气中的纯氩层流和湍流等离子体射流的弧电压波动、发生器出口处的射流光强波动以及沿射流轴线的滞止压力波动进行了测量。结果显示层流等离子体射流各参数的波动幅度远小于湍流射流的对应值;弧电压的波动幅度随气流量的变化明显,但随电流的变化很小;弧电压的波动幅度与其平均值之比随电流增加呈下降的趋势。     

23 mm电热化学发射装置研究

 简要介绍了23 mm电热化学发射系统的能源、控制、发射装置和测试技术。分析了过氧化氢浓度对辛烷与过氧化氢混合物发射性能的影响。介绍了几种配方液体推进剂的发射实验结果。     

大气压氩气/空气针-环式介质阻挡放电发射光谱诊断

为了更加深入地了解氩气/空气等离子体射流内的电子输运过程及化学反应过程,通过针-环式介质阻挡等离子体发生器在放电频率10 kHz,一个大气压条件下对氩气/空气混合气进行电离并产生了稳定的等离子体射流。通过发射光谱法对不同峰值电压下氩气/空气等离子体射流的活性粒子种类、电子激发温度及振动温度进行了诊断。结果表明,射流中的主要活性粒子为N₂的第二正带系、Ar Ⅰ原子以及少量的氧原子,其中N₂的第二正带系的相对光谱强度最强、最清晰,在本试验的发射光谱中没有发现N+₂的第一负带系谱线,这说明在氩气/空气等离子体射流中几乎没有电子能量高于18.76 eV的自由电子。利用Ar Ⅰ原子激发能差较大的5条谱线做最小二乘线性拟合对等离子体射流的电子激发温度进行了计算,得到大气压氩气/空气等离子体射流的电子激发温度在7 000~11 000 K之间。随峰值电压的增大,电子激发温度表现出先增大后减小的变化趋势,这说明电子激发温度并不总是随峰值电压的增长单调变化的。通过N₂的第二正带系对等离子体振动温度进行了诊断,发现大气压氩气/空气等离子体射流振动温度在3 000~4 500 K之间,其随峰值电压的增大而减小,这意味着虽然峰值电压的提高可有效提高自由电子的动能,但当电子动能较大时自由电子与氮分子之间的相互作用时间将会缩短,进而二者之间的碰撞能量转移截面将会减小,从而导致等离子体振动温度的降低。     

射流式氧发生器的三维模拟研究

实现了对射流式氧发生器的三维仿真模拟,给出了氧发生器内部流场结构、各组分的分布状态等信息。研究了射流孔结构对氧发生器性能的影响。指出即便是具有相同比表面积的不同射流孔排布方式,也会对发生器性能产生影响。此外,逆向射流式氧发生器反应器中气体从双侧进入对于减小发生器对气体的阻力具有重要作用。