氩-碳-硅等离子体热力学性质和输运系数计算

计算了广温度范围(300—30000 K)和广压力范围(0.1—10 atm, 1 atm=101.325 k Pa)下,不同混合物比例、碳和硅蒸气浓度的局域热力学平衡(LTE)和化学平衡(LCE)的氩-碳-硅等离子体组分、热力学性质和输运系数.等离子体气相平衡组分使用质量作用定律计算,同时凝聚相组分采用相平衡的方法计算.输运系数的计算包括黏度、电导率和热导率,使用拓展到高阶近似的Chapman-Enskog方法.采用文献中较新的数据得到了较为准确的碰撞积分,导出了Ar-C-Si等离子体的输运系数.结果表明,在相变温度以下,凝聚态物种的引入导致Ar-C-Si等离子体的热力学性质、输运系数与纯Ar等离子体接近,在相变温度点则会产生不连续点.压力、碳/硅蒸气浓度和比例对等离子体热力学性质和输运系数具有较大影响.最终计算值与文献数据对比符合良好,有望为氩-碳-硅等离子体传热流动数值模拟提供基础数据.     

双温度氦等离子体输运性质计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的等离子体输运性质是进行等离子体传热和流动过程数值模拟的必要条件.本文采用Saha方程计算等离子体组分, 采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法, 计算获得了电子温度(T_e)不等于重粒子温度(T_h)的情形下, 在300 K到40000 K的温度范围内氦等离子体的黏性、热导率和电导率. 研究结果表明压力和热力学非平衡参数(θ =T_e/T_h)对氦等离子体的输运性质有较大的影响. 在局域热力学平衡条件下,计算获得的氦等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好.     

氙等离子体输运性质计算

采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了温度范围在300—40000 K,不同压力条件下氙等离子体的黏性、热导率和电导率.热力学平衡条件下的计算结果与文献报道的实验和计算结果符合良好,验证了计算方法和结果的合理性与准确性.在此基础上,计算获得了电子温度(T e)不等于重粒子温度(T h)的热力学非平衡和化学平衡条件下氙等离子体的输运性质,并分析了输运性质随压力和热力学非平衡程度变化的原因.     

大气压直流氩等离子体光谱诊断研究

通过光谱诊断系统测量了大气压直流氩等离子体射流在弧室内和弧室出口的发射光谱,利用波尔兹曼曲线斜率法计算了射流的电子温度,根据Ar Ⅰ谱线的斯塔克展宽得到射流的电子密度,并对氩等离子体射流满足局域热力学平衡(LTE)状态的判定标准进行了分析,结果表明在文章的实验条件下大气压直流氩等离子体射流达到局域热力学平衡。     

空气等离子体双温度输运性质计算

本文采用将经典的Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了双温度化学平衡条件下空气等离子体的粘性、热导率和电导率。结果表明,压力和热力学非平衡程度的改变会影响空气组分解离和电离反应的温度区间,从而使气体的粘性和热导率的峰值区域产生变化。局域热力学平衡条件下空气等离子体输运性质的计算结果与文献报道结果符合较好,验证了本文结果的可靠性。     

局域热力学平衡态空气电弧等离子体输运参数计算研究

空气电弧等离子体的物性参数为空气电弧放电过程的仿真提供了可靠的微观理论基础和参数输入. 假定体系处于局域热力学平衡态, 基于Chapman-Enskog理论, 采用Sonine多项式三级展开(对黏滞系数采用二级展开) 得到的输运参数表达式, 数值计算得到了不同气压条件下(0.1 atm-20 atm, 1 atm = 1.01325×10⁵ Pa)、 不同温度范围内(300-30000 K) 空气电弧等离子体的输运参数(扩散系数、黏滞系数、热导率、电导率). 与以往的理论研究相比, 最新的相互作用势和碰撞截面研究成果被应用到涉及粒子的碰撞积分计算中, 提高了输运参数计算结果的精度和可靠性.     

应用Saha方程计算氩等离子体的Hugoniot物态方程

应用Saha模型加Debye-Huckel修正计算氩等离子体的Hugoniot物态方程,温度在10000-30000K之间,压力在0.0133-0.166GPa范围内,非理想参数Γ≈0.38.实验值和理论计算结果符合较好,说明Saha模型加Debye-Huckel修正能较好描述该热力学条件下氩等离子体的热力学行为.     

数值模拟辐射场对激光等离子体中物理过程的影响

利用研究非局域热力学平衡态下等离子体的程序包NIMP,就辐射场对等离子体中的激发和离化过程的影响进行了数值模拟研究,这对于未来研究辐射输运对天体物理过程影响的相关实验的设计具有一定的理论价值 关键词： 激光等离子体 离化态 局域热力学平衡     

大气压直流氩等离子体射流工作特性研究

介绍了一种新型大气压直流双阳极等离子喷枪,并对其电特性参数和发射光谱进行了测量.通过对氩等离子体射流的电信号进行时域和频域分析,研究了载气流量和弧电流的变化对射流脉动的影响,结果表明氩等离子体电弧的伏安特性呈上升趋势,射流脉动属于接管模式,电源特性中的交流分量引起的电压波动是影响氩等离子体射流脉动的主要因素. 通过光谱法测量了氩等离子体射流在弧室内和弧室出口的发射光谱,利用玻尔兹曼曲线斜率法计算了射流的激发温度,根据Ar I谱线的斯塔克展宽得到了射流的电子密度,并对等离子体射流满足局域热力学平衡(LTE) 关键词： 等离子喷枪 射流脉动 激发温度 局域热力学平衡     

基于N+2(B2∑+u→X2∑+g)的电弧等离子体振动温度和转动温度测量

通过光谱诊断系统测量大气压直流氩氮等离子体射流的发射光谱,在光谱紫外波段观察到氮的第一负带系N 2(B2∑ u→X2∑ g),利用N 2(B2∑ u→X2∑ g)跃迁的△v=0谱带系v'=0→v"＝0和v'＝1→v"＝1谱带,对实验测得的谱带和模拟计算得到的谱带进行点对点对比,得到了等离子体射流的振动温度和转动温度,并就仪器展宽、振动温度和转动温度对谱带结构和形状的影响进行了分析.结果表明在文章所述的实验条件下,等离子体的电子温度、振动温度、转动温度和化学动力学温度基本相等,大气压直流氩氮等离子体射流达到局域热力学平衡.     

Theoretical Computation for Non-Equilibrium Air Plasma Electrical Conductivity at Atmospheric Pressure

Based on the Chapman-Enskog theory, we calculate the electrical conductivity of non-equilibrium air plasma in the two-temperature model. We consider different degrees of non-equilibrium, which is defined by the ratio of electronic temperature to heavy particles temperature. The method of computing the composition of air plasma is demonstrated. After calculating the electrical conductivity from electron temperature 1000 K to 15000K, the present result is compared with Murphy＇s study [Plasma Chem. Plasma Process 15 （1994） 279] for equilibrium case. All the calculation is completed at atmospheric pressure. The present results may have potential applications in numerical calculation of non-equilibrium air plasma.     

The thermophysical properties of low‐temperature Pb plasma

The thermophysical properties of low‐temperature Pb plasma are calculated at temperatures 10–100 kK and densities below 0.2 of the solid‐state value. The thermodynamic values (pressure and internal energy) and transport coefficients (electrical conductivity, thermal conductivity, and thermal power) are considered. The plasma composition and thermodynamic parameters are obtained within the chemical approach, namely by means of the solution of the corresponding system of the coupled mass action law equations. Atom ionization up to +4 is taken into consideration. The electronic transport coefficients are calculated within the relaxation time approximation. The results obtained by means of the present model are compared with the available data of other models and experiments.     

汽液界面动力学行为与热力学性质的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法研究了热平衡条件下的汽液界面的动力学行为和热力学性质。统计获得了界面区的密度、压力张量及温度的分布,并且从分子层次观察分析了界面结构和动力学特性。研究表明汽液界面是一个随时间起伏涨落的曲面,界面层的分子并不是处于液相和蒸汽相之间的一种过渡状态,从汽相到液相密度的连续变化是长时间的统计结果,汽渡过渡区的厚度与汽液界面区的密度涨落的范围是一致的。对于平衡条件下的汽液界面,由于汽液相变的影响,在紧贴界面处存在一个分子平均动能非平衡分布的区域。此非平衡区域的存在与汽液两相的宏观热平衡并不矛盾,但可能对蒸发／凝结流率的估计有不可忽略的影响。     

真空弧Ti-H等离子体热力学参数的原子发射光谱双温度研究北大核心CSCD

金属氢化物作阴极的真空弧离子源,假设其放电产生双温度的非平衡态Ti-H等离子体,其内部的气体解离过程和粒子电离过程分别由Culdberg-Waage解离方程和Saha电离方程进行描述,结合原子发射光谱以及电荷准中性条件,求出Ti-H等离子体的电子温度Te、重粒子温度Th和粒子数密度之后,可更进一步对等离子体的质量密度、焓、比热容等热力学参数进行描述。在不同的电子数密度下,研究各参数随变量θ(电子温度Te与重粒子温度Th的比值)变化的情况。计算结果显示:电子数密度已知,随θ值升高,除氢气分子数密度外,等离子体温度和单原子粒子数密度的计算结果均变化甚微。高电子数密度时,等离子体中单原子粒子占绝对优势,热力学参数由其控制;低电子数密度下,随θ值的升高,等离子体逐步由单原子粒子占优势转为氢气分子占绝对优势,热力学参数的变化情况表现出相同的规律。     

稠密流体导热系数和粘度计算的新方程

根据热力学面上流体无量纲化剩余迁移性质曲线与对比密度曲线的相似性,通过关联无量纲化剩余导热系数和粘度与对比密度的方程,提出了一个推算卤代烃制冷工质稠密流体迁移性质状态方程。在常压下迁移性质计算的基础上,应用该方程只要已知物质的临界参数、分子量和偏心因子便可以计算稠密流体（气相或液相）的导热系数和粘度。该方法的提出使得迁移性质的计算像平衡性质一样通过状态方程便可以求出。与实验数据比较,本方法计算导热系数的总平均偏差为 4.8％,最大偏差为18.0％;计算粘度的总平均偏差为4.4％,最大偏差为 15.6％。     

Arc plasma devices: Evolving mechanical design from numerical simulation

Wide ranges of technological applications involve arc plasma devices as the primary plasma source for processing work. Recent findings exhibit the existence of appreciable thermal non-equilibrium in these so-called thermal plasma devices. Commercially available magnetohydrodynamic codes are not capable of handling such systems due to unavailability of non-equilibrium thermodynamic and transport property data and self-consistent models. A recipe for obtaining mechanical design of arc plasma devices from numerical simulation incorporating two-temperature thermal non-equilibrium model is presented in this article with reference to the plasma of the mixture of molecular gases like nitrogen and oxygen. Such systems are technologically important as they correspond to the plasma devices operating with air, oxygen plasma torches in cutting industries and plasma devices using nitrogen as shielding gas. Temperature field, associated fluid dynamics and electrical characteristics of a plasma torch are computed in a systematic manner to evaluate the performance of a conceived design using a two-fluid CFD model coupled with a two-temperature thermodynamic and transport property code. Important effects of different nozzle designs and plasma gases obtained from the formalism are discussed. Non-equilibrium thermodynamic properties are computed using modified two-temperature Saha equations and transport properties are computed using standard Chapman–Enskog approach.     

Thermal conductivity of indium at high pressures and temperatures under shock compression

The results of investigations of the electrical and thermal conductivity of indium in the pressure range up to 27 GPa and at temperatures up to 1000 K are presented. In this pressure range, the electrical resistance of indium samples is measured under multishock compression. The equation of state constructed for indium is used to calculate the evolution of the thermodynamic parameters of indium in shock wave experiments; then, the dependences of the electrical resistivity and thermal conductivity coefficient on the volume and temperature are determined. It is demonstrated that, in the pressure and temperature ranges under investigation, the thermal conductivity coefficient of indium does not depend on temperature and its threefold increase is caused only by the change in the volume under compression.