微束等离子体弧焊电弧物理特性多场耦合分析

根据磁流体动力学方程组,建立了微束等离子电弧模型,使用有限元分析软件COMSOL进行模拟计算。结果表明,电弧中心温度分布从钨针至焊件整体呈"毛笔"状,其中,喷嘴下方电弧形态呈"钟罩"形,在焊件上温度分布符合高斯分布特征;电弧等离子体在喷嘴内部速度较大,离开喷嘴后,其方向由喷嘴内的竖直向下逐渐变为到达工件时的向四周扩散;电流由焊件表面流出,经过弧柱区域流入钨针下端面,在钨针下端面附近取得最大值;电弧磁通密度分布呈"肺叶"状。最后进行了相应的熔焊试验,试验过程中拍摄的电弧轮廓与仿真电弧形态基本一致。     

纵磁作用下真空电弧单阴极斑点等离子体射流三维混合模拟

真空电弧的特性直接受到从阴极斑点喷射出的等离子体射流的影响,对等离子体射流进行数值仿真有助于我们深入了解真空电弧的内部物理机制.然而,磁流体动力学和粒子云网格仿真方法受限于计算精度和计算效率的原因,无法有效地应用于真空电弧等离子体射流仿真模拟.本文开发了一套三维等离子体混合模拟算法,并在此基础上建立了真空电弧单阴极斑点...     

电弧等离子体温度场中Abel逆变换的数值算法分析

针对电弧等离子体温度场分析中Abel逆变换的计算,提出了3种数值解法:三次样条插值法、Radon逆变换法以及离散数据曲线拟合法.通过对单峰、双峰型函数的验证,分析了3种方法各自的特点,得到这3种方法在精度、程序实现性以及积分奇异点处理等方面的比较,指出了在不同实际温度场分析计算中3种方法各自的优势.     

纳秒激光诱导空气等离子体的红外辐射特性研究

纳秒激光诱导空气等离子体存在从紫外、可见、近红外乃至射频微波的宽谱段辐射,但目前的研究大多关注紫外到可见波段的光谱辐射。激光等离子体作为一种新型的红外辐射源具有很多优势,相比于红外干扰弹以及红外干扰手段而言,空气等离子体红外辐射源可以灵活布置,成本低廉,因此研究空气等离子体的红外辐射特性就很有必要。针对目前脉冲激光诱导空气等离子体的红外干扰研究需要,对激光波长为532 nm的纳秒脉冲激光诱导空气等离子体的红外辐射特性进行实验研究,探讨激光能量对空气等离子体红外辐射强度的影响规律,以及空气等离子体红外辐射的角度分布特性,分析了等离子体红外辐射的可能产生机制。实验结果表明,激光诱导空气等离子体在950～1 700 nm范围内的红外光谱为线状谱和连续谱的叠加。其中线状谱主要是氮和氧的中性原子谱线,并且氮原子红外辐射占主导。随着激光能量的增加,由于空气击穿产生的氧和氮原子数量增加,导致空气等离子体红外辐射的谱线强度逐渐增大。随着红外探测角度的变化,在探测角度为75°时,OⅠ 1 128.63 nm和NⅠ1 246.96和1 362.42 nm谱线强度达到最大,在探测角度为120°时,NⅠ 1 011.46和1 053.96 nm谱线强度达到最大,这是因为空气等离子体红外辐射强度随探测角度变化呈现空间非对称性,表明空气等离子体内不同粒子的空间分布呈现非对称性。     

纳秒脉冲激光诱导空气等离子体的近红外辐射特性

开展纳秒激光诱导空气等离子体近红外辐射特性的实验研究,对波长为532 nm的脉冲ns激光诱导产生的空气等离子体的近红外光谱进行测量.结果表明:空气等离子体的近红外辐射在光谱范围为1100-2400 nm内由连续谱和线状谱组成,光谱指认表明线谱主要来源于N,O原子的中性原子谱和氮分子的振动光谱.通过对连续谱的分析得知,黑体辐射是连续辐射的主要来源.空气中波长1128 nm附近的辐射,可能是N和O中性原子谱的贡献.保持真空腔内气压不变,改变腔内氮气和氧气气体组分含量,分析测得的红外光谱数据,可知混合气体中氧气和氮气含量变化只对波长为1128 nm附近的辐射有影响.利用二元线性回归分析对数据进行分析后得知,氧气对波长为1128 nm附近的辐射贡献较大.最后从电离难易的角度分析造成这一结果的原因.     

大面积分散电弧等离子体的ICCD图像分析

用增强型电荷耦合检测器(ICCD)和窄带干涉滤光片相结合的方法拍摄了未饱和氩等离子体的分散电弧的非饱和图像。对不同励磁电流下电弧形态的分析比较,证实了在强电磁力的作用下弧柱趋于扩散。在电弧完全分散条件下,对ICCD拍摄非饱和图像的光强分析,表明分散电弧具有较为均匀的分布。所采集的电弧电压的脉动幅度显著降低,分散电弧稳定运行。实验中观测到了稳定的多阴极弧根和弥散阴极弧根的现象,这表明电弧已扩散。     

电弧放电等离子体诱导激波的计算

基于电弧放电物理过程,分析气动激励机理,建立用于电弧放电等离子体诱导激波数值模拟的爆炸丝传热模型.主要结论有:电弧放电等离子体气动激励的主要机理是热等离子体的热阻塞效应,热电弧放电对于超声速来流而言就像-个具有-定斜坡角度的虚拟突起;理论分析只适用于纵坐标较小的阶段;当传热的功率设为放电功率的10%时,本文所建立的模型能够用于电弧放电等离子体诱导激波的仿真研究;等离子体虚拟斜坡角度及其诱导激波角都随来流总压和速度的增大而减小,随着放电功率的增大而增大,在总压、速度和放电功率较小的阶段这种变化较明显,在总压、速度和放电功率较大的阶段这种变化较缓慢.     

磁驱动飞片的三维数值模拟及分析

磁驱动准等熵加载和超高速飞片发射是一种全新的冲击动力学和高能量密度物理实验加载技术。利用三维磁流体动力学软件,模拟了磁驱动飞片的物理过程,计算得到的飞片自由面速度与实验结果符合较好。通过计算飞片横断面的温度、密度和磁场分布,得到了加载过程中磁扩散速度和飞片的剩余厚度。飞片加载过程中飞片边缘的卷曲变形严重,分析认为是由电流和磁场分布的不均匀导致飞片边侧受斜上方较大的加载力所致,并且电流分布的不均匀是主要因素。实验设计时,可利用极板构型的变化调节加载面的电流分布,从而提高飞片的平面性,减小边侧的卷曲变形。     

激光等离子体辐射不透明度的细致模型

细致谱线模型是等离子体辐射不透明度精确计算的理论方法,涉及到很多原子物理过程,需要计算大量的、精确的原子参数.在高温、稠密等离子体环境下,谱线展宽、组态相互作用、电离能下降等效应与不透明度的准确计算密切相关.文章重点介绍了目前作者在辐射不透明度细致谱线模型研究方面取得的进展情况,并且与国内外典型的实验和理论结果进行了对比.     

DTA模型计算高温氟化钠等离子体的辐射不透明度

使用细致谱项模型(detailed term accounting,DTA)计算了局域热动平衡(local thermodynamic equilibrium,LTE)近似下氟化钠等离子体密度为0.01?g/cm3的等密度系列的谱分辨不透明度以及Rosseland和Planck平均不透明度,分析了钠和氟离子L→M跃迁对不透明度的贡献以及温度的升高对于两种元素的L→M跃迁吸收峰的影响.     

Narrow-band model for nonequilibrium air plasma radiation

A band model is developed for the prediction of radiative transfer in air plasma applications under equilibrium and non-equilibrium conditions. For non-equilibrium applications, the medium is described by rotational–translational and vibrational temperatures but the populations of electronic states can be arbitrary. A specific formulation of the statistical narrow-band (SNB) model is developed for optically thick electronic systems of diatomic molecules when their populations are described by an electronic temperature. Model parameters, deduced from line by line calculations in the Voigt regime, are shown to be also convenient for arbitrary distribution of molecular electronic populations. This model is then complemented to include optically thin electronic systems and the continuum radiation through the simple box model, and line by line calculations for atomic lines. Several tests including equilibrium, non-equilibrium, uniform, and non-uniform conditions show the ability of this hybrid model to provide accurate and efficient solutions for radiative transfer problems in air plasmas.     

Parameters of free-burning arc discharge plasma in air with silver-based electrodes

We have used optical spectroscopy to study the radial temperature profiles for an electric arc plasma between silver electrodes and electrodes made from composite materials based on silver (Ag-CdO). We studied the structural changes in the working layers of the electrodes by metallography. We established that the parameters of the arc discharge plasma are determined by the condition of the electrode surface. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 73, No. 3, pp. 375–379, May–June, 2006.     

用于脉冲等离子体推力器烧蚀过程仿真的新型机电模型

用于脉冲等离子体推力器(PPT)工作过程仿真的一维机电模型, 具有模型简单、计算周期短等优点, 在PPT设计过程中得到了广泛应用. 本文针对机电模型假设工质烧蚀质量为常数和不考虑烧蚀过程这一局限, 提出了一种采用Teflon一维烧蚀模型计算工质烧蚀质量的改进模型, 并以LES-6 PPT为研究对象进行了仿真. 通过与LES-6 PPT实验数据进行对比, 仿真结果与实验数据符合, 充分验证了模型的可靠性. 此模型能够对Teflon工质在PPT工作过程中的温度变化和烧蚀过程进行仿真, 弥补了机电模型忽略烧蚀过程对仿真结果所造成的影响, 同时, 此模型依然保持了机电模型简单易于实现的优点, 对于脉冲等离子体推力器的设计具有重要意义. 关键词： 脉冲等离子体推力器 机电模型 烧蚀模型 数值仿真     

纳秒激光诱导空气等离子体射频辐射特性研究

开展了波长为532 nm、脉宽为8 ns的纳秒激光诱导空气等离子体射频电磁辐射特性实验研究,基于锥形天线探测空气等离子体在30-800 MHz频谱范围有较强的射频电磁辐射,是等离子体内电偶极子振荡变速运动造成的.实验结果表明:随激光能量增加,30-200 MHz范围内射频辐射强度逐渐变强,但360-600 MHz频率范围射频辐射强度逐渐变弱.等离子体射频辐射的空间分布依赖于入射激光的偏振方向,当激光偏振方向与天线放置方向一致时,该方向上空气等离子体的射频辐射强度高,谱线较丰富.射频辐射总功率随激光能量先增加后降低,采用等离子体电子密度变化对等离子体频率及等离子体衰减系数影响(制约)关系,对射频辐射总功率随激光能量的变化规律进行了解释.     

Theoretical and numerical analysis of coherent Smith-Purcell radiation

Coherent enhancement of Smith-Purcell radiation has attracted people's attention not only in adopting a better source but also in beam diagnostics aspect. In this paper, we study the intrinsic mechanism of coherent Smith-Purcell radiation on the basis of the van den Berg model. The emitted power of Smith-Purcell radiation is determined by the bunch profile in transverse and longitudinal directions. For short bunch whose longitudinal pulse length is comparable with the radiation wavelength, it can be concluded approximately that the power is proportional to the square number of electrons per bunch.     

Theoretical and numerical analysis of coherent Smith-Purcell radiation

Coherent enhancement of Smith-Purcell radiation has attracted people's attention not only in adopting a better source but also in beam diagnostics aspect. In this paper, we study the intrinsic mechanism of coherent Smith-Purcell radiation on the basis of the van den Berg model. The emitted power of Smith-Purcell radiation is determined by the bunch profile in transverse and longitudinal directions. For short bunch whose longitudinal pulse length is comparable with the radiation wavelength, it can be concluded approximately that the power is proportional to the square number of electrons per bunch.     

非磁化等离子体和磁化等离子体的电磁辐射特性研究

本文研究非磁化和磁化双MAXWELL分布等离子体的电磁不稳定性色散方程和电磁辐射增长率.结果表明,非磁化等离子体不能辐射出电磁波,而磁化等离子体能够辐射出电磁波.并分析讨论了磁化等离子体在不同参数下的电磁辐射增长率随辐射频率、等离子体密度和温度的变化.     

大气中激光等离子体通道寿命的延长及测量分析

介绍了一种反卷积方法.利用该方法分析了实验中测得的等离子体通道的光电信号特征，获 得了空气中等离子体通道的真实寿命.还证明了利用双脉冲激光结构，可以将等离子体寿命 延长近5倍. 关键词： 反卷积 大气激光等离子体通道 等离子体寿命     

Terahertz radiation generation by beating of two chirped laser pulses in a warm collisional magnetized plasma

Analytical equations of terahertz(THz) radiation generation based on beating of two laser beams in a warm collisional magnetized plasma with a ripple density profile are developed. In this regard, the effects of frequency chirp on the field amplitude of the terahertz radiation as well as the temperature and collision parameters are investigated. The ponderomotive force is generated in the frequency chirp of beams. Resonant excitation depends on tuning of the plasma beat frequency,magnetic field frequency, thermal velocity, collisional frequency, and effect of the frequency chirp with the plasma density.For optimum parameters of frequency and temperature the maximum THz amplitude is obtained.