铜蒸气对CO_2电弧等离子体物性参数的影响

CO_2气体因其全球变暖潜能值低和低温导热性好等优点而逐渐作为一种SF6替代气体应用于断路器中以充当灭弧介质,触头烧蚀产生的铜蒸气会改变电弧基本特性,影响断路器开断性能。为此,利用最小Gibbs自由能法和Chapman-Enskog理论计算了气压为0.5 MPa、热力学温度区间为2 000~30 000 K时的CO_2-Cu混合气体电弧等离子体的物性参数,分析了铜蒸气质量分数对电弧等离子体粒子组分、热力学参数以及输运系数的作用规律。研究结果表明:触头烧蚀引入的铜蒸气会比电弧中的其他非金属粒子更早电离,即使是少量的铜蒸气(质量分数为5%)也会使低温时电弧等离子体的电子数密度增大,进而显著提高电弧等离子体在低温区(热力学温度低于8 000 K)的电导率,最大约提升1个数量级;增大铜蒸气质量分数会在整个热力学温度区间增大电弧等离子体质量密度并减小比定压热容、黏滞系数以及热导率,但对于比焓则在低温区和高温区呈现出相反的作用规律;少量的铜蒸气(质量分数为5%)对热力学参数和除电导率之外的输运系数的改变极其微小,但是大量铜蒸气(质量分数高于25%)会明显改变各个物性参数。这些电弧等离子体物性参数的计算结果对于探究铜蒸气对电弧基本物理性质的影响具有参考价值,并可以为建立考虑触头烧蚀下的电弧磁流体(MHD)模型提供输入参数。     

滑动弧等离子体在废水处理应用中的研究进展

滑动弧放电是一种可在常压下产生非平衡等离子体的新型低温等离子体技术。通常在2或3个及更多的电极间形成电弧,在电弧区形成热或冷的等离子体。为比较完整地了解滑动弧放电在水处理方面的进展,综述了滑动弧放电在水处理方面的文献。阐述了滑动弧放电等离子产生的基本原理及处理废水的机理;介绍了滑动弧放电等离子体处理废水的两种装置及其优缺点;分析了水处理过程中产生的活性离子种类、检测方法及研究现状;介绍了目前滑动弧放电等离子处理废水的现状;最后展望了滑动弧等离子处理废水的前景。     

外部磁场对直流电弧等离子体放电特性的影响及其机理

通过外部磁场驱动电弧旋转产生相对均匀的等离子体是一种可能的改进等离子体放电特性的有效手段。利用高速摄像技术和虚拟仪器技术,观察并测量了大气条件下、非均匀磁场驱动的直流电弧等离子体阳极弧根运动以及电弧电压波动。结果发现:相比无外部磁场,非均匀外部磁场驱动下的直流电弧等离子体在旋转力和稳弧力的作用下阳极弧根旋转,均匀性提高;其电弧电压波动幅度增大,放电模式发生改变;伏安特性曲线向上平移,电弧等离子体炬放电功率提高。另外,由于等离子体射流的高速运动而引起的等离子体射流在喷口处径向扩张,使等离子体射流横截面扩大,进一步提高了射流的均匀性。从结果中可以看出,外部磁场改善了直流电弧等离子体炬的基本特性,对直流电弧等离子体炬应用效率的提高具有重要的意义。     

低压电器电弧投影温度场的重建

电弧是开关电器触头间产生的低温等离子体。给出了电弧投影温度的数学定义,建立了电弧辐射图像采集的光学系统模型,设计并实现了基于比色测温原理和高速CCD的实验装置,重建了低压电器开关电弧的投影温度场。     

PTFE掺杂浓度对高温CO2气体物性参数的影响

由于SF6气体温室效应显著,CO_2气体作为目前具有潜力环保型SF6替代气体之一,以CO_2气体作为绝缘和灭弧介质的断路器已经得到应用。实际上,喷口材料烧蚀将导致PTFE蒸汽作为杂质影响电弧等离子体的物性参数从而影响断路器的开断性能。为了建立物理模型研究和优化断路器开断性能,必须首先确定电弧等离子体物性参数。因此文中研究了0.6 MPa下温度区间为300～30 000 K时的CO_2-PTFE电弧等离子体物性参数。首先基于最小Gibbs自由能法确定了电弧等弧等离子体粒子组分,其次利用标准热力学公式计算了电弧等离子体热力学参数,最后基于Chapman-Enskog理论计算了电弧等离子体输运系数(电导率、热导率和粘滞系数),讨论了PTFE浓度对物性参数的影响。结果表明:添加PTFE对电弧等离子体物性参数产生影响,其中,对粘滞系数,热导率和低温时电导率影响显著,少量的PTFE(少于25%)对电弧等离子体电导率影响很小。     

等离子体稳定性对气吹断路器中熄弧的影响

对高温等离子体、低温等离子体,特别是时气吹断路器中的等离子体不稳定性的类型进行了概述和讨论。分析表明开关电弧的流动不稳定性、磁不稳定性可明显提高断路器的开断能力,而振荡不稳定性对灭弧的影响似乎是可以不考虑的。     

特约主编寄语

<正>等离子体是物质的第四态,占宇宙空间可观测物质总量的99%。近年来,大气压低温等离子体在环境保护、材料改性、生物医学、气流控制等领域的应用获得了广泛的重视,已经成为放电等离子体领域非常活跃的一个发展方向。气体放电是产生等离子体的一个主要方式,但它同时也和电气工程学科中的高电压与绝缘技术方向密切相关。例如,高电压工程中常见的电晕与电弧就是典型的气体放电现象,外绝缘中的沿面闪络则是一种典型的气固界面上的     

利用低温等离子体点燃煤粉和稳定燃烧

目前，开始利用电弧等离子体发生器产生的低温等离子体，进行无重油点燃煤粉和稳定燃烧。据资料介绍，其等离子体点火系统的运行和维护费用，是重油点火系统费用的28％。     

采用光谱诊断法测量长间隙空气电弧温度

电弧温度是表征长间隙空气电弧物理特性的重要参量。采用光谱诊断法测量长间隙空气电弧温度,为分析输电线路潜供电弧的自熄特性提供了依据。基于空气电弧等离子体辐射的光谱诊断原理,由附加光学预处理装置的高速图像采集系统来拍摄电弧图像,结合数字图像处理技术、阿贝尔(Abel)变换和光谱相对强度比色法,计算得到电弧等离子体的温度分布。研制了长间隙空气电弧温度的测量系统,对小电流电弧温度特性进行测试分析。结果表明,所提出的光谱诊断测温法能有效测量长间隙空气电弧等离子体的温度分布,为研究潜供电弧的自熄机制提供了重要手段。     

基于可见光图像处理的双射流直流电弧等离子体放电稳定性分析

为保障等离子体设备安全运行,推动等离子体在材料加工领域的实际应用,指导等离子体发生器系统设计及优化运行,通过分析采集到的可见光图像与放电电压信号,提出了一种对双射流直流电弧等离子体的放电稳定性进行诊断的方法。基于双射流等离子体实验平台,采集随固定时间变化的可见光图像和放电电压;针对可见光图像,引入图像处理领域的8方向Freeman链码分析技术,从时域和频域2个方面定义了周长、面积、相关系数、幅度谱4个定量指标,并结合放电电压对等离子体电弧–射流区形状特征和稳定性进行定量分析。结果表明:周长和面积确定了电弧–射流区边界的几何尺寸,相关系数描述了电弧–射流区边界的形状差异,幅度谱分布则很好地反映了电弧–射流区边界形状的平滑性。     

低温等离子体化学毒剂洗消技术研究进展

该文主要探究低温等离子体化学毒剂洗消技术的研究进展.首先指出化学毒剂的种类、危害性以及洗消化学毒剂的必要性,并探讨传统洗消技术和催化剂洗消技术的可行性与发展状况,分析其优势和不足;其次介绍了低温等离子体技术并总结了等离子体射流、介质阻挡放电、微波等离子体等放电形式在化学毒剂洗消中的应用,归纳了等离子体洗消毒剂的反应对象、反应条件、放电时间、降解效率;然后,对等离子体协同催化洗消化学毒剂技术进行了展望,并探讨等离子体洗消化学毒剂机理;最后指出了等离子体洗消技术发展成为大型洗消设备和系统存在的技术难题.该研究对促进低温等离子体技术在化学毒剂中洗消应用具有一定的参考价值.     

局部热力学平衡态电弧等离子体的电导率计算研究

将精确计算的粒子配分函数和德拜理论的修正应用到Eindhoven微观电弧模型中,计算了电弧等离子体的粒子数密度;在此基础之上,分析了Sptizer模型的局限性,推导出了库伦对数的精确表达式,提出了一种新的电导率的模型;模拟计算了温度范围为400—50000K,不同压强(0.1、1和10MPa)条件下水中放电等离子的电导率变化;模拟结果表明:水中放电等离子体的电导率随温度的升高整体呈上升趋势;低温条件下,电导率随压强的增大而减小,而高温条件下,电导率随压强的增大而增大。     

第七届国际气体放电及其应用学术会议在伦敦召开

<正> 第七届国际气体放电学术会议于1982年8月31日至9月8日在英国伦敦帝国理工学院召开。来自23个国家的170余名代表参加了会议,宣读和讨论了148篇论文。 我国派代表团参加了会议,并在会上宣读了两篇论文。 与会学者以较大的兴趣对电弧的静态特性、电弧的动力特性以及电弧等离子体诊断等应用理论方面的问题进行了讨论。许多学者通过试验研究,阐明了影响断路器开断能力的主要因素;如气吹介质的速度及压力分     

第九届开关电弧现象国际会议

第九届开关电弧现象国际学术会议 ( 9ｔｈＩｎ ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｗｉｔｃｈｉｎｇＡｒｃＰｈｅ ｎｏｍｅｎｏｎ) ,简称ＳＡＰ 2 0 0 1 ,于 2 0 0 1年 9月 1 7～2 0日在波兰罗兹 (Ｌｏｄｚ)市召开。我国西安交通大学和镇江电气设备厂共 4位代表参加 ,本人被会议聘为国际科学委员会委员 ,这也是连续 4届担任此职务。会议论文集共收集来自 1 3个国家的 5 6篇论文 ,分 8个栏目 ,它们是 :空气中的电弧 ;真空中的电弧 ,ＳＦ6 和其它气体中电弧 ;熔断器电弧 ;电弧等离子体分析与诊断 ;与触头有关的现象 ;电弧等离…     

等离子体流动控制与点火助燃研究进展

等离子体流动控制与点火助燃在改善飞行器气动特性与推进效能方面具有广阔前景,为此主要综述了国内外等离子体流动控制与点火助燃的研究现状,并对未来发展中的关键科学与技术问题进行展望。等离子体流动控制研究方面,介质阻挡放电、电弧放电等离子体气动激励原理与特性,以及等离子体气动激励抑制分离流动、减弱激波强度的原理取得重要进展;推迟附面层转捩、抑制激波/附面层干扰成为新的研究热点;部分技术已转向关键技术攻关。等离子体点火助燃研究方面,实现了缩短点火延迟时间、改变火焰稳定模式、低温点火等显著效果;发现了氧原子的主要产生渠道及其助燃机制、NOx对点火的催化效应;建立了简单碳氢燃料的等离子体助燃模型;部分技术已经应用。等离子体流动控制与点火助燃的未来发展将呈现交叉融合的趋势,在机理研究层面,将发展新的等离子体产生方式,建立多时间、空间尺度的原位测试与耦合模拟方法,揭示等离子体对流动和燃烧的作用机制,提升高速、高压等复杂环境下的流动控制与点火助燃效果;在技术研究层面,将进一步突破小型化高效电源、长寿命等离子体激励器等关键技术,提高技术成熟度。     

触头打开过程中低压空气电弧等离子体的动态分析

本文针对触头打开过程中低压空气电弧等离子体动态特性的研究,以磁流体动力学为基础,采用动态网格技术,建立了空气电弧等离子体的模型.计算获得了触头打开过程中电弧弧柱温度和流场的分布,同时给出了该过程中不同触头速度下弧柱电压降的变化过程,并与试验测试进行了对比分析.分析表明,气流场随触头间距增大而增强,电弧弧柱在气流场的作用下不断地膨胀;随着触头的打开,电弧电压随时间的上升变化并非完全呈线性.     

大电流真空电弧磁流体动力学模型与仿真

为了对大电流真空电弧进行深入研究,以真空电弧双温度磁流体动力学模型为基础,通过计算流体动力学软件FLUENT,采用控制容积法,对大电流真空电弧特性进行了仿真研究。对于大电流真空电弧而言,等离子体的流动处于亚音速状态,因此,在阴极和阳极边界条件的选择上将区别于超音速流动的真空电弧。同时对等离子体密度、轴向电流密度、等离子体速度、马赫数、离子温度、电子温度、离子压力、等离子体压力以及注入阳极的能流密度分布的形成机理进行了分析。从仿真结果可以发现,大电流真空电弧等离子体压力的最大值出现在阴极附近,等离子体将在压力梯度的作用下从阴极到阳极做加速运动,这一点明显区别于超音速流动的真空电弧。另外,仿真结果与高速CCD照片也是吻合的。     

合成医用NO的等离子体温度的光谱测量与计算

为了有效控制电弧边界层电子温度,获得既能高效率产生NO、又能尽量不产生NO2的最合适电弧温度,利用光学多通道分析仪测量了不同气体体积流量下的脉冲电弧放电等离子体发射光谱;根据激发原子的玻耳兹曼分布公式,计算了不同条件下的等离子体电弧温度;在测量光谱的同时,同步测量了体积分数φ(NO)、φ(NO2)及其比值φ(NO2)/φ(NO),分析了等离子体温度对体积分数φ(NO)、φ(NO2)及其比值φ(NO2)/φ(NO)的影响。结果显示,可以采用光学多通道摄谱仪记录的各发光谱线的强度求解脉冲电弧放电的等离子体温度;脉冲电弧放电等离子体的温度随着气体体积流量的增加而呈非线性变化;体积分数φ(NO)、φ(NO2)及其比值φ(NO2)/φ(NO)与等离子体温度呈非线性关系,可能与不同气体体积流量下等离子体密度和电子温度的空间分布不同有关。     

等离子体放电技术在环境工程中的应用

等离子体放电技术尤其是非平衡态等离子体放电（低温等离子体）在三废（废水、废气及固体废弃物）处理方面具备特定的优势。总结了低温等离子体放电的种类和方式,并且对各种等离子体的放电机理与特性进行了分析和比较。总结出低温等离子体放电技术在不同废弃物处理方面的优势。     

激光诱导增强电弧等离子体的放电状态研究

为了研究激光诱导增强电弧复合焊接过程中复合等离子体的放电状态,采用高速摄影结合光谱诊断的方法,对复合堆焊镁合金的熔深状态、等离子体行为和光辐射特性进行了对比分析。结果表明:激光和电弧有3种复合方式,即激光未穿过电弧时电弧根部与激光"匙孔"分离、激光穿过电弧等离子体时电弧根部与"匙孔"分离、电弧根部处于"匙孔"处。当电弧根部作用于激光"匙孔"处时,"匙孔"等离子体与电弧等离子体连接并形成复合等离子体。复合等离子体在"匙孔"内部分具有较高的电导率(1.2×104 S/m)并接近局域热力学平衡状态,这导致激光诱导增强作用下的电弧等离子体在"匙孔"内部具有极高的电流密度(可达到103 A/cm2)和能量利用效率。