高温氮气电弧等离子体物性参数的计算分析

等离子体的宏观特性与其内部的微观过程紧密联系在一起。研究电弧等离子体不同粒子组分构成以及对组分有强烈依赖关系的热力学参数、输运参数,将为深入了解电弧等离子体的形成机理奠定微观理论基础,并为利用磁流体动力学(MHD)仿真研究电弧特性提供前提条件。假定氮气电弧等离子体处于局部热力学平衡态(LTE),介绍了求解电弧等离子体物性参数的基本原理,采用最新的配分函数计算方法和碰撞积分参数,给出了不同气压条件下(0.01、0.1、0.3、0.5和1 MPa)、不同温度范围内(300~40 000 K)氮气电弧等离子体热力学参数与输运参数的最新计算结果,并与以往文献中的部分结果进行了对比与分析。结果表明,氮气电弧等离子体热力学参数与输运参数的计算结果与文献中较近的计算结果十分接近;微小差别的产生,主要来源于配分函数和碰撞积分的差异。     

平衡态与非平衡态电弧等离子体微观特性计算研究综述

以SF_6、CO_2、C_3F_8、C_5F_(10)O等气体为主要介质,介绍了近三十年来国内外对平衡态与非平衡态电弧等离子体微观特性计算的研究进展。平衡态等离子体的微观特性研究,以粒子组分、统计热力学参数、输运系数以及混合扩散系数等物性参数计算为主。而非平衡态等离子体的微观特性研究是在量子化学计算理论的支持下,以化学反应和化学反应速率研究为基础,通过建立双温化学动力学模型来描述粒子浓度的时间演化规律。     

平衡态与非平衡态等离子体物性参数计算模型研究

等离子体的宏观特性和内部微观过程紧密联系在一起。研究等离子体粒子组分构成以及对组分有强烈依赖关系的热力学参数、输运参数等物性参数,将为深入了解等离子体的形成机理奠定微观理论基础。笔者从元素化学计量守恒、道尔顿分压定律、质量作用定律、等离子体电荷准中性条件出发,总结了计算平衡态和非平衡态等离子体化学组分的基本方法。在此基础上,介绍了等离子体热力学参数(质量密度、焓值、熵值与比热)和输运参数的计算方法,并阐述了目前等离子体物性参数计算研究中存在的主要问题。     

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。     

平衡态和非平衡态等离子体的微观模型研究

总结和比较了当前主要的几种等离子体微观模型: Potapov模型、Eindhoven模型、基于动力学的模型和基于最小吉布斯自由焓原理的模型。前两种模型的理论依据都是道尔顿分压定律、质量作用定律、电荷准中性条件与化学计量平衡条件,但质量作用定律和配分函数的表达式不同:后两种一个是从化学反应动力学的角度,一个是从热力学和统计物理的基本定义出发,来描述等离子体的微观过程。分平衡态和非平衡态阐述了模型的变化:推荐了Eindhoven模型作为工程计算用的首选模型。     

氪等离子体热力学非平衡输运性质的计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的热力学和输运性质是进行氪等离子体传热和流动过程研究的必要输入条件。为此,采用双温度Saha方程进行计算得到了氪等离子体的组分;采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法,计算获得了电子温度(Te)与重粒子温度(Th)比范围为1～4、电子温度范围为300～30 000K、压力范围从0.01p0～10p0(p0=101.325kPa)的氪等离子体的粘性、热导率和电导率。研究结果表明,热力学非平衡参数(θ=Te/Th)和压力对氪等离子体的输运性质有较大的影响。随着压力的降低和热力学非平衡程度的增加,氪等离子体的粘性降低;偏离热力学非平衡的程度对热导率的峰值有显著影响,压力越大,高温区域的平动热导率就越大;高温区,电导率随着压力的升高而增大,在低温区,电导率随着压力的降低而增大。在局域热力学平衡条件下,计算获得的氪等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好。     

气密继电器电弧等离子体热物性参数计算分析

建立气密继电器电弧流体仿真模型的基础是获得电弧等离子体的热物性参数特性。文中为了获得在300~20 000 K温区,压强0.1、0.4、0.8、1.0 MPa,银蒸汽的比例为1%、10%、50%条件下的N_2-Ag等离子体热物性数据,通过最小吉布斯自由能模型计算了N_2-Ag等离子体的热力学特性。利用新的势能模型计算了N_2-Ag混合等离子体的碰撞积分,进而确定了N_2-Ag等离子体的输运特性。同时着重讨论了热物性特性在不同压强和不同银蒸汽含量时的演变情况。结果表明,增大压强能抑制等离子组分的分解反应和电离反应。银蒸汽含量达到50%时对N_2-Ag等离子体的热物性参数有显著影响。通过与其他文献比较,计算数据得到有效性验证,可以应用于具有银触头的气密继电器电弧等离子体的仿真建模。     

水中脉冲电晕放电等离子体特性及气泡运动

介绍了为研究大间距水中脉冲电晕放电建立的放电模型和实验系统。理论和实验结果分析证明水中电晕放电为过阻尼过程,无振荡,无二次放电。采用高速摄影仪研究放电及气泡的运动过程发现,放电仅在高压电极端部形成球形等离子体,不存在贯通的电弧通道,产生的气泡无二次涨缩过程。     

基于ANSYS的空气电弧放电等离子体温度数值模拟

吸入一氧化氮(NO)疗法因其具有疗效快、非创伤性及高选择性等优点,在临床救治新生儿急性肺损伤和持续肺动脉高压等相关疾病方面逐步得到广泛应用.电弧放电是产生NO的一种新方法.因此,研究控制空气电弧放电合成NO的等离子体参数,对实现电弧放电合成医用NO在临床上的应用具有重要意义.本文根据磁流体动力学理论,建立了脉冲电弧放电等离子体轴对称数学模型,运用ANSYS软件,对电弧放电等离子体温度场分布和电流密度进行了数值模拟.结果表明,当电流增大时,阳极附近温度增大,阳极电流密度增大;当弧长增加时,阳极附近温度增大,阳极表面电流密度增大,阴极电流密度略变小.温度的升高,有利于NO的合成及抑制NO2的生成.     

密封式继电器稳态热平衡条件下的电弧等离子体微观参数计算

在电弧等离子体处于稳态热平衡条件下,针对密封式电磁继电器,从主要的化学反应过程出发,考虑反应产生的化合物都是气态的假设,建立了描述电弧微观特性的物理模型,并以铜触头和高纯氮气氛条件为例,分别计算了纯氮气和混有一定量铜蒸气的高纯氮气工作环境下电弧的微观参数.计算结果表明,在氮气为主体的情况下,氮和铜元素的比例变化对电弧等离子体中各种粒子的数密度的影响很小.     

EXCEL迭代功能在热力计算中的应用

依据《ASMEPTC6—1996汽轮机性能试验规程,》提出了应用EXCEL迭代功能,无需编程进行热力计算的方法;该方法可简便适用于汽轮机性能试验计算和系统修正计算。     

Numerical Calculation of Electrical Conductivity of Porous Electroceramics

A numerical method for the calculation of the electrical conductivity of porous ceramics for gas sensing applications is developed, which takes into account detailed microstructural features by mapping a mesoscopic irregular resistor network onto the microstructure. The overall conductance of the ceramic sample is obtained by solving the Kirchhoff equations for the irregular network using an efficient iterative algorithm. The method is designed to handle the widely varying conductivities of different microstructural components present in ceramic gas sensors. The evolution of the macroscopic conductance of the model systems during a phase field simulation of sintering is obtained and several characteristic stages are distinguished. The potential applications of the method in computer aided microstructural optimization for ceramic gas sensors is discussed.     

煤气化过程中含硫化合物生成特性的热力学研究

对于复杂的煤气化反应系统,可借助热力学平衡分析工具对反应过程中主要含硫化合物的生成特性及其主要影响因素进行预测.该文以4种典型煤为研究对象,气化条件选取温度范围373～1 673 K,压力4.0 MPa,利用FactSage对系统进行热力学平衡模拟.结果表明:在还原性气氛下,煤中硫主要转化为气相H2S,其次为COS,以及极微量的CS2,固相含硫化合物的主要为CaS、FeS2、FeS;H2S的生成与煤中含Ca、Fe化合物含量密切相关;Ca/S、Fe/S以及O/C摩尔比的变化都会影响H2S的生成.     

大气压液体阴极等离子体的电学特性

大气压液体电极放电是近年来兴起的一种产生大气压等离子体的新方法,此方法因为结构简单、成本低廉、操作方便等优点而具有广泛的应用前景。为此,采用水平面为放电阴极、金属棒为放电阳极,产生了大气压辉光放电等离子体;试验测量了放电等离子体的伏安特性,表明放电发生在反常辉光放电模式,在40～100mA范围内,随着放电电流的增加,放...