直流电弧等离子体发生器结构设计及其关键技术研究

本文通过对国内外各类等离子体发生器的分析,结合在等离子体发生器设计领域的最新研究成果,首先对等离子体技术领域的相关基本概念进行了阐述与说明;然后基于相应研究成果,对直流电弧等离子体发生器设计过程中常见的三类关键技术:电弧产生、大尺度分流现象、双弧现象进行了概略性分析;接着基于直流电弧等离子体发生器的发展历程,分析了典型等离子体发生器结构;最后提出直流电弧等离子体发生器的发展趋势。     

等离子体测量方法研究现状及其发展趋势

等离子体是近年来发展的用于优化和强化燃烧的手段,在工程运用中拥有较好的发展前景。为更好的利用等离子体,需要对等离子体进行测量和分析。等离子体的测量手段目前主要有单片机光强测量、电容层析成像技术、激光测量以及常用的探针法、质谱法和光谱法。随着时代的发展和等离子体测量对工程的重要性,现阶段的等离子体测量方法略显不足。为实现对等离子体测量更高的要求,基于机器视觉系统的测量成为等离子体测量的发展趋势。     

等离子体发生器结构对热效率的影响研究

为了研究层流等离子体发生器结构对发生器热效率的影响,进而指导层流等离子体发生器的设计,通过实验获取了两种不同结构层流等离子体发生器在相同工作参数下的弧压和热效率。根据实验结果对两种不同结构层流等离子体发生器的弧压特性和热效率进行对比分析。分析结果表明：采用纯氮气作为工作气体时,在相同工作参数下,虽然分段式阳极结构层流等离子体发生器的弧压较高,但其热效率较传统两极式层流等离子体发生器低。     

层流等离子体发生器设计关键技术研究之双弧现象

分段式结构设计通常被应用于层流等离子体发生器的结构设计中,以避免产生大尺度分流现象,进而避免层流等离子体射流产生脉动。然而,在分段式层流等离子体发生器中,当中间电极长度较长时,经常在该中间电极上产生一个新的阳极弧根和阴极弧根（即双弧现象）,导致该电极热负荷严重,造成电极的严重烧蚀和等离子体射流的波动。为了延长层流等离子体发生器中间电极寿命,提高层流等离子体射流稳定性,必须对双弧现象加以抑制。本文基于假设条件,首先建立了层流等离子体发生器正常工作时和产生双弧现象时的分析模型,分析了双弧现象产生机理,并基于最小电压原理,推导出层流等离子体发生器不产生双弧现象对中间电极的尺寸要求;然后,基于前述双弧现象产生原理分析和理论推导,确定了抑制层流等离子体发生器产生双弧现象的措施如下：一是,增加冷气膜击穿电压U_b,使电弧与弧室壁的电势差不足以击穿二者间的冷气膜;改善等离子体发生器冷却通道,优化其对弧室壁的冷却效果,进而降低冷气膜的温度;增大工作气体流量,增强对电弧的压缩,进而增加冷气膜的厚度。二是,限制中间电极轴向长度,降低电弧在对应中间电极区间的电压降,即任意中间电极在轴向的长度均满足最小电压要求。     

湍流等离子体发生器的结构设计与实验研究

基于等离子体发生器结构设计理论，介绍了自制湍流等离子体发生器结构设计要点，通过LabVIEW虚拟仪器技术、MATLAB软件、电路设计与数据采集技术设计了一套诊断系统，然后利用该系统对湍流等离子体发生器的射流特性进行了实验研究。实验结果表明：通过增加中间电极的数量并限制其长度能够有效抑制双弧现象，不仅提高了等离子体发生器的工作功率，而且有利于提高湍流等离子体发生器的使用寿命；在满足U*₍(z))>ΔU₍(z))的情况下，限制阳极轴向尺寸可以避免大尺度分流现象，从而提高湍流等离子体发生器的射流稳定性；此外，工作条件的变化会对等离子体射流特性产生明显的影响。