磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体

介绍了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体产生技术的一些基本特性,着重叙述了磁驱动滑动弧放电大气压非平衡等离子体的产生装置（ＧＤＭ）、基本原理、主要特性及应用中的一些问题。     

磁驱动滑动弧放电装置的磁路设计

大气压磁驱动滑动弧放电能产生具有约束性能较好的非平衡等离子体，在微电子工业，环境工程等领域有广泛的应用前景，利用磁导法对此装置进行了磁路设计，得出了磁感应强度，磁体厚度，气隙长度三者之间的解析表达式，所得出的结果与有限元分析结果进行了比较，偏差约为3.1%，但磁导法简捷方便，通用性强，经济性好，是一种更为可靠而实用的工程算法。     

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讨论了在相距25.0mm长度40.0mm的平行电极间的由强度可达6040Gs的外磁场驱动的滑移弧功率变化过程,分析了滑移弧等离子体所处的状态。当电弧运行在电极平行段时,电弧功率在0.65kW附近剧烈振荡;当电弧接近平行电极顶端时,电弧功率由约0.65kW迅速增加到约2.0kW。在一个放电周期内,电弧功率基本上是从小到大持续增加的,由弧电源提供能量来维持滑移弧等离子体的平衡状态。根据Ozlem Mutaf-Yardimici等人的理论,此时滑移弧等离子体仍处于平衡态。     

磁驱动高速飞片模拟中滑移界面处理

在二维单介质磁驱动数值模拟程序(MDSC2)的基础上,采用局部结构整体非结构的网格拼接方法,研制了处理滑移界面的二维多介质程序。二维多介质程序解决了单介质程序无法处理的电极与飞片之间相互作用的模拟问题,能更准确地模拟磁驱动发射实验的飞片状态。计算结果表明:发射飞片的自由面部分始终保持固体密度状态;自由面速度历史和VISAR测量的速度曲线相吻合;飞片中间部分在电流加载过程中始终具有良好的平面性,飞片两端出现拖尾质量,产生不稳定性,这是由于飞片两端与飞片中间部分的磁场强度分布不同造成的。     

磁驱动高速飞片模拟中滑移界面处理

在二维单介质磁驱动数值模拟程序（MDSC2）的基础上,采用局部结构整体非结构的网格拼接方法,研制了处理滑移界面的二维多介质程序。二维多介质程序解决了单介质程序无法处理的电极与飞片之间相互作用的模拟问题,能更准确地模拟磁驱动发射实验的飞片状态。计算结果表明：发射飞片的自由面部分始终保持固体密度状态;自由面速度历史和VISAR测量的速度曲线相吻合;飞片中间部分在电流加载过程中始终具有良好的平面性,飞片两端出现拖尾质量,产生不稳定性,这是由于飞片两端与飞片中间部分的磁场强度分布不同造成的。     

大气压直流滑动弧等离子体工作特性研究

对大气压直流滑动弧等离子体的电参数和发射光谱进行了测量,比较研究了不同气体种类下滑动弧等离子体电压的特性.以氮气滑动弧为例,分析了其在一个周期内电弧电压、电流、电阻和功率的变化特性.通过对电弧电压信号进行快速傅里叶变换频谱分析,研究了气体种类、气体流量和外部电阻值对滑动弧等离子体脉动特性的影响.结果表明随着气流量或外部电阻值的增加,其主要脉动频率变高,电弧周期变小.利用光谱法检测了氮气、氧气和空气滑动弧等离子体的主要自由基种类,并研究了外部电阻值对发射光谱强度的影响和沿电极中轴线在337.1 nm(N关键词： 滑动弧等离子体 非平衡等离子体 脉动特性 发射光谱     

磁旋转弧等离子体中的弧电压突变现象

利用光学成像系统观察到了磁旋转弧等离子体实验中的电弧电压突变现象,电弧电压突变的范围约在40～100V之间。实验结果表明,电弧电压的变化与电弧弧长的变化密切相关。     

磁螺度(helicity)注入电流驱动实验的平衡反演

磁螺度注入是一种国际上正处于探索性研究阶段的极富吸收力的电汉驱动方案,尤其对于球环堆芯更具有至和关重要的意义。对磁螺度注入电流驱动实验进行平衡反演工作,将实验数据进行理论分析研究,拟合所有的测量数据以确立实际的等离子体位形,平衡的磁拓扑结构以及环向电流的空间分布,从而确定闭合橛面区的驱动电流大小以及等离子体的性质,计算结果表明等离子体具有托卡马克型ｑ分布,环向电汉分布呈中空形,磁面结构为有三角形变     

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采用横向磁场驱动的滑移弧等离子体发生器产生非平衡、大气压下的等离子体。用氮分子谱和OH基谱来估算滑移弧等离子体射流中的重粒子温度。从实验数据的比较来看,从氮分子谱获得的重粒子温度相对较低,而从OH基谱获得的重粒子温度与磁稳滑移弧放电的重粒子温度比较接近,大约在2400~ 2700 K的范围内。     

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研究了滑动弧放电过程中电参数的变化,并对滑动弧等离子体中的非平衡度和各个参数之间的关系进行了讨论。应用双通道电弧模型,对电弧在气流作用下运动规律进行了数值模拟,模拟所得的结果有助于分析滑动弧非平衡等离子体的产生机理。     

滑动弧低温等离子体放电特性的数值模拟研究

滑动弧等离子体的电弧温度场、电场和导电区域尺寸是确定电子温度、电子密度、化学反应速率以及能量效率的重要参数.对气流量为1.43 L/min和6.42 L/min时50 Hz交流滑动弧放电的电参数进行了测量;用瞬态的电弧模型描述滑动弧的能量传递,并用近似的介质电导率和热扩散系数对模型进行简化,解决了由于电弧结构变化所导致的移动边界问题;模拟求得等离子体的电弧结构、电场强度和动态温度场等参数的演化.其中,电弧电场的模拟值与实验值基本符合,计算得到电弧轴心温度可以达到5700—6700 K.研究结果表明,气流直 关键词： 滑动弧等离子体 温度场 电场强度 导电半径     

Effect of an axial magnetic field on a DC argon arc

In this paper a commercial CFD （computational fluid dynamics） code FLUENT has been used and modified for the axisymmetric swirl and time-dependent simulation of an atmospheric pressure argon arc in an external axial magnetic field （AMF）. The computational domain includes the arc itself and the anodic region. Numerical results demonstrate that the AMF substantially increases the tangential component of the plasma velocity. The resulting centrifugal force for the plasma rotation impels it to travel to the arc mantel and as a result, a low-pressure region appears at the arc core. With the AMF, the arc presents a hollow bell shape and correspondingly, the maximal values of the temperature, pressure and current density on the anode surface are departing from the arc centreline.     

Voltage current and power relation in an arc plasma in a variable axial magnetic field

The variation of voltage, current and output power in a mercury arc plasma has been investigated in an axial magnetic field (0–1350 G) for three values of discharge current namely 3, 4 and 5 A. The voltage increases and current decreases almost linearly and the output power also increases with increase of the magnetic field. The conductivity value in magnetic field has been calculated and an analytical expression presented to represent the variation of conductivity in the magnetic field. Utilizing this expression the variation of output power with magnetic field can be explained.     

外加磁场、电流及弧柱半径对电弧螺旋不稳定性的影响

采用与时间有关的线性微扰理论，研究了存在气流作用下，外加磁场、弧电流以及弧柱半径对电弧螺旋不稳定性的影响，给出了稳定性条件和不稳定性增长率等定量结果. 关键词： 电弧 稳定性 轴向磁场 弧柱半径     

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...     

磁场引起的潘宁离子源阻抗变化研究

以11 MV回旋加速器潘宁离子源作为研究对象,通过调节磁场强度研究了磁场对工作在弧放电模式下的潘宁离子源的影响规律,深入分析了该放电模式下的放电自持机制、磁场引起的阻抗变化规律、异常发光现象。实验在6 mL/min氢气流量下,保持离子源弧流不变,调节磁场强度,记录磁场强度对弧压的影响。实验结果表明：二次电子发射机制与热电子发射机制在潘宁源自持放电过程中发挥了同样重要的作用;在强磁场情况下离子源阻抗受到磁场变化影响不大,在磁场小于0.15 T时磁场的作用才变得明显;当磁场减弱至等离子体进入阻抗增长区后,存在一段等离子体剧烈放电、光强突然增加的区域。在实验的基础上,得到了设计潘宁源的启发,并分析了磁场对等离子体电导率影响的微观物理机制,这些有助于研制或使用工作在弧放电模式下的潘宁离子源。