气流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,研究了气流作用下电弧等离子体的螺旋不稳定性,导出了相应方程和满足的边界条件,给出了临界Maecker’s数和不稳定性增长率等定量结果.计算结果表明,轴向气流对电弧稳定性起重要作用     

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     

二维等离子体电弧随时间演化的数值模拟

采用交错均匀网格、全隐欧拉后差格式,对二维轴对称等离子体电弧进行随时间演化的数值模拟.得到了平衡时的稳态温度场、电流场和随时间演化的气流速度场.发现其中有周期性传播的磁流体激波,激波速度各点不等,约为700～1000m/s,这与实验观测到的等离子体电弧不稳定性现象是一致的 关键词：     

等离子体放电柱磁螺旋不稳定性的线性理论

在静电磁流体方程基础上,提出了柱状放电电弧等离子体磁螺旋不稳定性的一种新的线性分析方法.通过数量级分析得到的简化扰动能量方程研究了外轴向磁场中阻抗粘滞m=1慢模,解析地给出了全部解和不稳定性增长率.并讨论了外加轴向磁场、弧电流和弧柱半径与外管壁半径相对大小等对电弧不稳定性的影响 关键词：     

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     

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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。     

电弧螺旋不稳定性理论的简化分析和数值研究

在静电磁流体方程基础上提出了柱状放电电弧等离子体的磁螺旋不稳定性的一种新的线性分析方法。通过数量级分析得到了简化扰动能量方程。数值研究了外加轴向磁场、输入功率和弧柱半径外管壁半径相对大小等对电弧不稳定性的影响。     

电弧螺旋不稳定性理论的简化分析和数值研究

在静电磁流体方程基础上提出了柱状放电弧等离子体的磁螺旋不稳定性的一种新的线性分析方法。通过数量级分析得到了简化扰动能量方程。数值研究了外加轴向磁场、输入功率和弧柱半径外管壁半径相对大小等对电弧不稳定性的影响。     

大功率电弧加热器起弧过程流场特性研究

电弧等离子体是通过电极之间击穿放电,产生热电弧,实现对冷态介质加热,目前大功率的电弧等离子体发生器在航空航天领域有重要的应用,是国内外开展飞行器防热材料筛选和考核研究最重要的地面模拟试验设备.本研究基于发展的高焓气流非接触式光谱诊断方法,开展对10 MW量级大功率长分段电弧加热器起弧过程流场特性的定量、定性研究,在线测...     

电弧螺旋不稳定性的一个简化线性分析

给出了具有抛物形电导率分布的电弧螺旋不稳定性的一个简化线性分析,得到了显式解析解。在外加均匀磁场情况下,理论结果与实验测量符合得很好。同时计算了由自磁场产生的不稳定性增长率,其结果与先前完全的、复杂计算的结果相一致。     

超声复合电弧声调控特性研究

超声复合电弧作为一种新的焊接热源, 在电弧焊接过程中可利用超声实现对熔融金属的深度处理, 但是超声与电弧等离子体间相互作用机理还不清晰, 这成为阻碍该技术工程应用的关键问题. 本文通过实验与相应理论针对外加超声场对焊接电弧调控特性进行了研究. 为说明电弧特性, 针对试验中高速摄像采集的电弧图片进行了处理. 对比未加超声情况, 超声复合电弧受内外声场共同作用等离子体拘束程度明显提高, 电弧亮度增强, 弧柱高温区范围扩展至阳极, 中间粒子出现团聚并以一定频率上下抖动. 通过改变超声激励电流大小和声发射端高度, 电弧结构产生显著变化, 在谐振点附近, 电弧挺直度最强, 脉动频率最大. 试验结果显示通过外加超声可以达到对焊接电弧热等离子体调控的目的. 最后结合波动方程和二维声边界元模型, 分析了电弧内部声传播过程以及声场结构对等离子体粒子的作用规律, 这为进一步理解超声对电弧的调控机理打下良好基础.     

最相邻后车综合信息对交通流不稳定性的影响分析

基于抑制交通流不稳定性所需的条件,分析司机后视获得的最相邻后车综合信息对交通流不稳定性的影响. 在司机关注前车信息概率大于关注后车信息概率与司机敏感系数大于0的现实条件下,解析分析以及仿真分析得到了以下结论:1)最相邻后车车头距信息减小了交通流的不稳定性,且关注概率越大,减小作用越大;跟驰车与最相邻后车的速度差信息增加了交通流的不稳定性,且关注概率越大,增加作用越大. 2)最相邻后车综合信息对交通流的不稳定性的减小作用大于增加作用,即最相邻后车综合信息减小了交通流的不稳定性. 3)司机距离差敏感系数越大,最相邻后车综合信息对交通流的不稳定性减小作用越大. 4)司机速度差敏感系数越大,最相邻后车综合信息对交通流的不稳定性增加作用越大. 关键词： 交通堵塞 交通流不稳定性 最相邻后车综合信息 跟驰模型     

考虑金属蒸汽的钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用三维数值分析

基于局域热平衡状态假设并考虑金属蒸汽的作用, 建立了钨极惰性气体保护焊电弧与熔池交互作用的三维数学模型. 电弧等离子体的热力学参数和输运系数由温度和金属蒸汽浓度共同决定, 并使用第二黏度近似简化处理金属蒸汽在氩等离子中的输运过程. 在考虑熔池流动时, 主要考虑了浮力、电磁力、表面张力和等离子流拉力的作用. 通过对麦克斯韦方程组、连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分输运方程的耦合求解, 得到了金属蒸汽在电弧中的空间分布、电弧和熔池的温度场、速度场和电流密度分布等重要结果. 通过与未考虑金属蒸汽的结果对比, 研究了熔池上表面产生的金属蒸汽对电弧等离子体行为的影响, 以及电弧等离子对熔池行为的影响. 结果表明, 金属蒸汽主要富集在熔池上表面附近; 金属蒸汽对电弧等离子体有明显的收缩作用, 而对等离子速度和电势影响较小; 金属蒸汽的出现对熔池上表面速度分布和剪切力分布以及熔池形貌并无明显影响. 求解结果与已有的实验结果和计算结果符合良好.     

磁场中电弧等离子体柱的螺旋不稳定性

讨论了具有抛物互形电流分布的电弧等离子体柱在磁场中的不稳定性问题，从磁流体力学方程组出发，推导出电弧柱扰动满足的方程与边界条件，求得了这些方程的解析解，进而导出了在趋中心电流分布情形下电弧运动所满足的微分方程，由此给出了稳定性判据。将所得结果与均匀电流分布情形做了比较，稳定区域增宽，与实验结果相符。     

液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.     

脉冲电流作用下TIG电弧的数值分析

建立了脉冲电流下自由燃烧的TIG电弧的二维轴对称数学模型,利用FLUENT软件,通过选择合适的边界条件和强烈耦合控制方程组对脉冲TIG电弧进行了数值模拟,得到了在焊接电流周期性变化下电弧形态、电弧温度场、电弧轴线方向上的温度和速度及焊接工件表面电弧压力的变化情况;针对电弧压力,得到了不同峰值电流、占空比、脉冲频率作用下的分布情况,并分析了它们在脉冲电流作用下的周期性变化规律.分析结果表明:当脉冲电流发生突变时,它们的变化滞后于脉冲电流的变化,且从基值电流向峰值电流变化时的响应速度更快,并最终达到一个相对稳 关键词： 脉冲TIG焊 电弧 数值模拟 FLUENT     

磁场中反应热对弧螺旋不稳定性的影响

采用抛物型电导率、势物型透明辐射和与时间有关的线笥微扰理论,考虑存在反应热情况下,给出了热势分布（温度分布）、稳定性条件以及不稳定性增长率等定量结果。得出反应热对电弧螺旋不生的影响是降低稳定性的结论。     

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采用纳秒脉冲电源,在静止空气条件下,开展了不同气压、放电距离和电压条件下的大体积纳秒脉冲放电实验研究.研究表明,当长度固定为200mm时,气压为250Pa时,随着电压的增大,放电区域从圆锥电极附近扩展到整个通道.当电压为12kV时,放电布满整个通道;随气压升高,初始放电电压增大.实验中发现在电压升高到一定程度时纳秒脉冲电离出现不稳定性,表现在气压相对较低时等离子体出现径向波动,气压相对较高时非平衡等离子体放电向电弧放电转变.分析认为,为了实现大体积均匀放电等离子体的产生,阻止放电不稳定性发生,应该采用上升沿时间更短,脉宽更小,电压更高的纳秒脉冲电源.     

强流脉冲电弧作用下石墨电极蒸发特性

气体开关电弧的热侵蚀作用是电极损耗的主要成因。石墨电极在电弧作用下发生蒸发并在多次放电后有明显的质量损耗,改变了开关内的气体环境和电极间距,导致开关动作可靠性降低。为研究石墨电极在脉冲电弧冲击下的侵蚀特征,基于开关电弧瞬态扩散特征和石墨材料参数,在弧根区域建立了电弧-电极能量耦合模型,得到了等离子体-固体区域的传热特性。考虑石墨电极的相变特征,计算瞬态热作用下石墨电极的加热范围以及临界相变点,研究瞬态电弧热冲击作用下的石墨电极相变机制。研究结果表明,电弧-电极界面热流主要集中在电弧接触面中心,电弧沉积的能量密度最高可达109 W/m2,石墨在电流上升初期基本处于加热状态,在能量积聚作用下,石墨转变为升华状态,传热强度随半径急剧衰减,蒸发区域略小于电弧半径。通过实验记录了5种开关工况下石墨电极烧蚀形貌和质量损失情况,结果表明,电极质量损失与电弧沉积在电极表面的能量线性相关,近似为0.015 mg/J。研究了电弧关键参数对电极质量损失速率的影响,为延缓电极损耗提供数据支撑。     

双钨极耦合电弧数值模拟

基于流体力学方程组和麦克斯韦方程组, 在合理的边界条件下, 建立了双钨极耦合电弧三维准静态数学模型. 通过对方程组的迭代求解, 获得了不同钨极间距和电弧长度下耦合电弧的温度场、流场、电弧压力和电流密度分布等重要结果, 与已有的实验研究符合良好. 模拟结果表明: 与相同条件下的钨极惰性气体保护焊电弧相比, 双钨极耦合电弧的最高温度和最大等离子流速较低, 阳极表面电弧压力和电流密度峰值明显减小; 钨极间距和弧长对耦合电弧的温度场、流场、电流密度和电弧压力等都具有显著的影响, 且耦合电弧阳极的电弧压力和电流密度分布不能用高斯近似进行描述. 关键词： 耦合电弧 三维模型 数值模拟