毛细管消融等离子体及其射流压力特性研究

为研究消融等离子体及其射流在点火和增强火药的燃烧效应时对电热发射内弹道过程的影响,通过实验得到了毛细管内消融等离子体及其射流压力随时间的变化规律,并对脉冲等离子体射流产生的推力进行了初步测试,采用推力计算公式结合等离子体射流的动力学参数对射流的推力进行了计算.实验结果表明:毛细管内消融等离子体及其射流的压力幅值取决于放电能量,射流的压力相对毛细管内等离子体的压力有一定的滞后,并且耗散得更快;脉冲射流产生的推力具有冲击震荡效应,其最大值和射流压力基本同步;利用推力计算公式得到的推力和实验结果具有一致性.     

火花放电等离子体射流耗电特性研究

对火花放电等离子体射流发生器进行能耗研究实验,将功率计串联接入实验系统以检测放电回路的功率,考察其能耗特性。通过改变电源频率和占空比大小调节发生器工作状态,用皮托管测量其所产生的射流速度,同时测量整个试验回路所耗功率,从而得到火花放电等离子体射流发生器耗能特性,并分析所耗功率对射流速度的影响。试验结果表明,放电回路的功率与电源的占空比呈正相关关系,而与电源的频率呈负相关关系。总体而言,射流速度越大耗电功率也越大。     

等离子体合成射流的能效特性实验研究

针对两电极火花放电等离子体合成射流发生器,提出以发生器出口射流动能与所耗电能之比的无量纲参数——能效因子η,用以表征合成射流发生器的能效特性;分别采用皮托管测量射流出口流速,采用功率计测量合成射流发生器耗用的电能。经过实验考察加载电参数、电极间距对射流发生器功率与射流速度的影响,从而得出能效因子η的变化规律。研究成果可为火花放电等离子体合成射流的应用提供参考。     

轴对称等离子体射流的实验研究

等离子体射流具有广泛的应用前景。建立了轴对称等离子体射流的模型,得出层流状态下等离子体射流的长度与流量成正比。采用Ne、He、Ar在大气压下用介质阻挡放电的手段得到了等离子体射流,发现层流状态下等离子体射流长度与模型结论一致,但是随着激励电压的升高和气体流量的增大,等离子体射流会发生从辉光放电到丝状放电、从层流到湍流的转捩,射流长度会先增大后减小;工作气体的不同对等离子体射流的性质也有重要影响。     

压力对双射流电弧等离子体特性的影响

该文采用实验测量方法研究了气体压力对双射流直流电弧等离子体弧电压、放电稳定性及等离子体电弧-射流区二维投影温度场的影响规律。通过引入可见光测温技术,对不同工况下的热等离子体放电图像进行采集,并采用二值化阈值分割方法求取投影温度场对应的等灰度线,利用8方向Freeman链码对特定边界进行描述,从而对热等离子体电弧-射流稳定性进行评估。研究结果表明:在其他参数保持不变的情况下,随着反应器内工作压力的降低,电弧-射流区二维投影温度场高温区面积增大,同时,电弧的稳定性也会受到一定影响;但随着工作气体流量的增大,反应器内工作压力对电弧-射流二维投影温度场高温区面积变化的影响减弱;在本文实验研究参数范围内压力对弧电压的影响较小。     

伴燃等离子体射流的计算公式

从等离子体的基本方程出发，提出了煤粉锅炉点火与伴燃用等离子体射流的计算公式。本文的结果为进一步进行等离子体点火装置的优化设计及结构分析提供了新的手段。     

基于图像处理技术的等离子体射流稳定性研究

在等离子体技术领域,目前主要基于分析等离子体电弧弧压波动情况间接的研究等离子体射流稳定性。提出一种利用CCD相机以一定频率拍摄等离子体射流图像并基于MATLAB程序分析等离子体射流稳定性的方法。首先利用高速CCD相机按照设定的拍摄频率拍摄等离子体射流图像信息并保存;然后利用MATLAB程序将拍摄的等离子体射流图像转化为灰度图,并求取灰度图中像素大于阀值的像素长度;接着根据预先测量的单位像素长度与等离子体射流实际长度的比值获取等离子体射流实时长度值;最后求取等离子体射流长度与平均长度值的差值和平均长度的比值,定量的分析射流的稳定性。此外,基于此分析方法,通过实验对层流等离子体射流稳定性进行了分析,结果表明此法可有效在线或离线分析等离子体射流稳定性,且等离子体射流的实际波动情况并不与等离子体电弧的波动情况完全保持一致。     

非稳态等离子体射流在液体中的膨胀特性

该文采用数字高速摄影测试技术对电弧等离子体射流在液体中膨胀特性、泰勒空腔发展过程进行了实验研究。通过对录像图片的分析，初步获得了放电能量及喷嘴结构对等离子体射流结构特征和泰勒空腔在轴向和径向的发展过程的影响。测得的泰勒空腔头部发展速度与前人的实验结果相同，但在射流结构上有新的发现，相间界面存在明显的冷却暗区，泰勒空腔有时出现间断。     

等离子体合成射流激励器的流场特性分析

等离子体合成射流作为一种新型的主动流动控制技术,是针对传统合成射流激励强度差而设计的。利用Fluent 6.3软件,采用结构化网格,对等离子体合成射流激励器流场进行了二维非定常数值模拟,研究单次放电激励器流场的演化规律,并且比较了不同放电时间尺度对激励器出口速度的影响。研究表明:等离子体合成射流激励器能够产生高速射流,最大速度达到439 m／s,大大增加了流场湍流度;激励器放电时间越长,出口峰值速度越大。计算结果表明等离子合成射流激励器能够应用于高速流动控制。     

电弧等离子体射流核脉动及射流形貌

电弧等离子体射流中的脉动是等离子体射流的典型物理现象之一。采用电弧等离子体光谱诊断及数字高速摄影的方法对常压电弧等离子体射流核进行了研究 ,采用了Fourier变换的方法分析弧电压和射流光谱强度信号 ,发现电源的交流分量和阳极弧点运动对整个射流核的脉动特性都有影响 ,射流并不存在一个处于稳定状态的核心区域。相反 ,从谱线强度脉动和弧电压脉动的 FFT分析图中可以看到 ,射流核的脉动是由电弧电压脉动及电弧分流现象共同造成的 ,这可能是射流核脉动的最主要原因。等离子体射流的高速摄影照片表明 ,等离子体喷枪的功率也对射流的脉动特征有着重要的影响     

面向喷涂技术的等离子射流特性研究

结合纹影成像等测试技术和数值模拟技术，考察、记录和分析等离子喷涂过程中的现象与数据，揭示等离子射流动力学和热物理特性，研究上述特性对涂层质量的影响规律．结果表明，冷空气强烈卷入，导致射流温度、速度、浓度沿射流轴向和径向衰减很快，有必要采取附加保护喷嘴等措施，减缓空气卷入对涂层质量造成的负面影响．所建模型可为提高等离子喷涂涂层质量提供有益的指导．     

氩氢摩尔比对直流电弧等离子体喷射法等离子体放电特征影响的计算

假定氩-氢等离子体处于局部热力学平衡状态,利用理想气体分子运动论和经典查普曼-恩斯科格( Chapman-Enskog)方法,在获取符合直流电弧等离子体喷射法实际工况的等离子体热力学和输运参数的基础上,基于FLUENT软件进行二次开发,添加电磁场相关的电流连续方程、安培定律等方程及洛伦兹力、焦耳热等源项,模拟研究氩氢摩尔比对等离子体放电特征影响规律。结果表明：在气压为8 kPa,工作电流150 A,氩氢摩尔比由3：1降至1：3时,等离子体最大流速由829 m· s-1增至1127 m·s-1,最高温度由20600 K逐渐降低至16800 K,电弧对基体的加热能力逐渐增强的同时使基体表面温度均匀性变差。在其他条件不变的前提下,氩氢摩尔比为1：2时能获得适宜金刚石生长且相对均匀的基体表面温度。     

外加电压参数对大气压等离子体射流形貌的影响

大气压等离子体射流可以在开放的空气环境中产生富含多种活性粒子的低温等离子体羽,在材料合成、表面改性、生物医疗、环境保护等多种领域具有广泛的应用前景. 等离子体羽的形貌与活性粒子的时空分布有关,研究其形貌对等离子体射流的应用具有重要意义.针对目前等离子体形貌还不够丰富的问题,本文利用氩气等离子体射流,通过改变外加电压参数(电压峰值、驱动频率和偏置值)产生了几种形貌的等离子体羽(弥散圆锥状、丝加晕形、念珠串状和空心锥状),从而进一步丰富了等离子体羽的形貌.通过对比放电的电压和发光信号波形,发现除丝加晕形等离子体羽外,其他3种等离子体羽在每个外加电压周期均放电1次.不同的是,弥散圆锥状和念珠串状等离子体羽的放电出现在电压负半周期,为负放电.而空心锥状等离子体羽的放电出现在外加电压正半周期,为正放电.丝加晕形等离子体羽每个电压周期存在1个负放电和1个正放电.此外,还利用高速成像设备对这几种形貌等离子体羽的时空演化进行了研究.相关结果表明,负放电对应负流光的传播过程,而正放电对应正流光的过程.视觉上不同形貌的等离子体羽是正流光、负流光及其组合时间叠加的结果.本文的结果对大气压等离子体射流中等离子体羽形貌的深入研究及流光动力学的进一步发展均具有重要价值.     

直流电弧等离子喷射法沉积大面积金刚石厚膜的研究

在自行研制的直流电弧等离子喷射化学气相金刚石膜设备上,初步研究了衬底温度、甲烷浓度、输入功率和循环气量等工艺参数对沉积金刚石膜的影响.总结出了制备各种级别金刚石膜的一般规律.并以11μm/h的沉积速率制备了直径60mm、厚度均匀的高质量自支撑金刚石膜,热导率可达18W/cm·K,厚度为0.7mm,其热导率已接近天然金刚石.     

基于格子玻耳兹曼的等离子射流场数值模拟

采用格子玻耳兹曼(LB)方法建立了等离子射流温度场和速度场的计算模型，与传统数值方法相比，LB方法具有直观的物理背景．用正六边形7-bit网格划分计算区域，通过选取适当的两套平衡分布函数和采用Chapman-Enskog展开及多尺度技术导出了等离子射流场的宏观方程，并将计算结果与已有文献的实验结果进行了比较，验证了计算模型的有效性；计算结果表明，减小紊流粘度可以提高射流的能量密度和有效长度．     

非转移弧等离子体射流稳定性研究

本文提出了一种分析等离子体射流在整个工作时间内的稳定性的方法。该方法通过分离等离子体的弧压信号中稳定与不稳定的时间段,求出稳定时间段占整个工作时间的比例,进而判断等离子体射流的整体工作状态。经实验验证,该方法与等离子体射流实际工作状态相符。     

特厚钢板阵列射流淬火的表面换热

采用特厚钢板专用辊式射流淬火试验装置和多通道钢板温度记录仪,测试出射流速度3.39~26.8 m·s-1、雷诺数12808~117340、水流密度978.7~6751.5 L·(m2·min)-1条件下,84 mm厚钢板淬火冷却曲线;进而基于反传热修正方法计算高温钢板淬火过程壁面温度和热流密度,描绘出沸腾曲线,分析多束圆孔阵列射流对特厚钢板淬火表面换热的影响.结果表明:射流速度、水流密度等参数影响钢板表面射流滞止区和平行流区换热机制,进而影响最大热流密度分布.射流速度较低时,壁面平行流区观察到混合换热和"热流密度肩"现象;随射流速度增大,膜沸腾换热机制消失,最大热流密度移至较低壁面过热度处.相关研究将对特厚钢板淬火过程温度场计算和组织性能调控提供有益的帮助.     

等离子体喷枪氩等离子体辐照棉织物后亲水性"即时效应"的研究

本文介绍了使用一种等离子体喷枪的常压低温氩等离子体对棉织物进行了辐照亲水性实验，发现使用Ar等离子体处理棉织物一定时间后的亲水性“即时效应”在合适的辐照时间情况下也能得到比较有效的抑制。随着放置时间的延长，在实验中还发现有亲水速率变快的迹象，具体原因还需要以后进行更深入的研究加以确认。这种抑制“即时效应”的方法若能获得实际应用，将有助于推广干法处理纺织品的技术，从而能缓解或解决纺织品处理中的水污染问题。