滑动弧等离子体激励对旋流燃烧室节油熄火特性的影响

针对航空发动机燃烧室在快速节油条件下扩稳防熄的迫切需求,为验证等离子体助燃(PAC)技术在拓宽动态熄火边界等方面的显著优势,建立了快速节油单头部旋流燃烧实验平台,并开展了滑动弧等离子体基于快速节油条件下的熄火特性研究。实验通过采集快速节油燃烧过程中OH*化学自发光信号,分析燃烧室熄火演化过程,对比研究了不同节油速率和流量下滑动弧等离子体激励对熄火特性的影响。研究表明,在动态节油下熄火边界明显小于准稳态条件下的熄火边界,随动态节油和进气流量的增大,熄火边界变窄;施加PAC后,助燃效果显著,节油条件下的贫油熄火油气比明显降低,尤其在较大节油速率和流量下仍能维持稳定燃烧。进气流量为15 m^(3)/h、节油速率为0.09/s时边界拓宽最大,由0.064拓宽到0.052,拓宽程度达到23%。

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。

三维旋转滑动弧等离子体助燃激励器的光谱特性实验

为研究不同射流流量和放电电压下三维旋转滑动弧等离子体助燃激励器的光谱特性规律,对3种不同几何结构的电极,在大气压下进行了交流滑动弧放电等离子体的光谱信号测量。结果表明:当流量和电压越大时,三维旋转滑动弧放电等离子体的振动温度越高,即振动激发强度越强。同时,比较A、B、C 3种滑动弧放电等离子体电极结构的光谱特性后发现,A型电极在滑动弧放电过程中产生的等离子体的振动温度最高,最有利于激发产生等离子体。综合考虑以上几种因素发现,流量对振动温度的影响最为明显,流量越大,OH、O2和O等粒子的相对发射强度也越强。例如,在U0=120V下,当Q=40g/min时O的平均相对发射强度约为1 800a.u.unit,当流量增大到Q=100g/min时,O的平均相对发射强度为2 800a.u.unit。

过滤真空弧等离子体沉积成膜系统的磁过滤管道传输特性的实验

介绍了采用90°螺旋管的过滤真空弧等离子体沉积成膜系统，对磁过滤管道的传输特性进行了实验研究．实验观察到，弧源聚焦磁场和过滤管道正偏压越高，过滤管道的传输效率越高．但聚焦磁场高过一定阈值时，会出现起弧不稳现象，此阈值的大小同过滤管道磁场及偏压的大小有关．过滤管道正偏压在40～60V范围内，管道磁场在7～11mT时传输效率较高，偏压越高达到最佳传输效率所需的过滤管道磁场越高．

等离子体弧柱动态特性的研究

等离子体射流径向尺度的波动频率为300Hz,波动幅值为10％。找出了引起弧柱径向尺度波动的主要原因。一、引盲目前国内外应用的较大功率的等离子体加工设备,总存在一定的交流分量,属调制弧类型.

滑动弧放电等离子体激励的值班火焰头部放电特性实验

滑动弧放电等离子体在拓宽燃烧室点熄火边界、缩短点火延迟时间、提高燃烧效率等方面具有显著优势。在已有燃油裂解头部的基础上,优化滑动弧放电位置,创新地研制了基于滑动弧放电等离子体激励的燃烧室值班火焰头部,并对其放电特性开展了实验研究,着重分析了不同空气流量和输入电压对电弧动态特性、滑动模式、平均击穿电压、平均功率、平均旋转角速度的影响。结果表明:提出的方案能在文氏管与燃油喷嘴之间形成稳定的旋转滑动弧放电区域,同时存在两种不同的放电模式,即steady arc gliding(A-G)模式和breakdown gliding(B-G)模式,受空气流量和输入电压的显著影响,当空气流量小于200L/min时,在140~240V的输入电压下,主要以A-G模式放电,随着空气流量的增加向B-G模式发展,而随着输入电压的增加,A-G模式占比逐渐增大;放电平均击穿电压、旋转角速度随着输入电压的增加或空气流量的减小而减小,但平均功率随输入电压的增大而增大。

等离子体切割的弧特性研究

基于弧柱双区域近似的简单理论，研究了空气等离子体切割产生的等离子体弧特性；给出了不同工作条件（空气流速及喷嘴直径）下，弧的半径、电压及喷嘴出口处压强随弧电流变化的计算结果。研究结果表明，计算与实验结果符合得较好。同时讨论了空气流速及喷嘴直径对等离子体功率及作用力的影响。

滑动弧放电等离子体重整甲烷关键技术分析

滑动弧放电等离子体技术在甲烷重整制取氢气或合成气方面的应用很广泛且显示了良好前景。为此,主要就滑动弧的结构和特性及其在该方面的研究进展进行了总结分析。结果表明：在滑动弧用于天然气或沼气重整技术中,甲烷转化率约为3%~52.6%,而氧气或水的加入可以在一定程度上优化反应效果,此外,在催化剂的协同作用下,CH4转化率可升至100%,H2选择性也达93%;在甲烷部分氧化重整和甲烷裂解制氢方面,旋转滑动弧的重整效果明显优于传统刀片式滑动弧,在处理能力得到明显提升的同时,CH4转化率和H2选择性均明显升高,分别可达91.8%和100%,同时,制氢电耗维持在较低水平;滑动弧进行甲烷水蒸气重整的研究较少,尽管CH4转化率不高,但其制氢电耗可低至1.08 k J/L。

层／湍流等离子体射流的稳定性与三维特性的实验观测研究

采用普通照相和短时间曝光成像的ICCD照相技术,观测了低于大气压条件下产生的纯氩和氩-氢直流电弧等离子体射流的高温区的瞬时形貌及其变化,结合电弧弧根在阳极表面贴附行为的观测结果,对射流的稳定性与三维特性和弧根行为之间的关联进行了分析。结果表明,层流等离子体射流的高温区长度明显长于湍流射流情形,并且具有很好的轴对称性和时间稳定性;湍流射流的高温区瞬时形貌则表现出明显的三维特征;等离子体射流的三维特性与弧根在阳极表面的贴附行为没有直接的联系。

电流对多级弧放电装置中的氩等离子体

使用PLASIMO模拟了不同外加电流对多级弧放电产生的非热平衡下的氩等离子体特性的影响。在模拟中,腔体两端所加电流分别为30,50,70和90 A;模拟结果表明,在模拟区域内,电子密度呈先增大后减小的趋势,并且随着外加电流的增加,中心轴线上出口处的电子密度、电子温度和重粒子温度均逐渐增大。电子的电导率和电子以及重粒子的热导率也随着外加电流的增加而增大。

基于等离子体的新型燃烧室头部工作特性实验研究

目前战斗机和无人机的航空发动机均面临着高空点火性能不足的困难,急需解决该问题以提高发动机性能。设计了一种基于三维旋转滑动弧的航空发动机新型燃烧室头部,该头部可以在保持原有燃烧室结构不变的基础上,实现对燃烧室的点火和助燃。进行了新型燃烧室头部的放电特性实验,分析了稳定电弧滑动(A-G)模式和击穿伴随滑动(B-G)模式两种放电模式的特点。探究了两种放电模式对振动温度的影响,以及空气流量和电压对OH,O2,O3,NO四种粒子光谱发射强度的影响。结果表明,B-G模式电弧的放电功率更大,达到84W,放电模式对振动温度的影响取决于空气流量和电压的变化,而光谱发射强度则是A-G模式大于B-G模式。

阳极微弧等离子体扩渗表面处理技术的研究进展

阳极微弧等离子体扩渗是一项新颖的材料表面处理技术,其突出的表面处理优势使该技术极具发展潜力。结合现有的国内外研究理论和自身的试验经验,综述了对目前发展的阳极微弧等离子体扩渗技术的基本认识。从热特性、传质特性、电特性、电化学特性特等几个方面论述了阳极微弧等离子体扩渗过程的物理及化学特性,详细介绍了阳极微弧等离子体扩渗技术的研究现状,并展望了阳极微弧等离子体扩渗技术的研究和应用前景。

预燃式等离子体射流点火器射流特性

设计了一种使用交流电源供电的预燃式等离子体射流点火器,探究了点火器射流长度H等参数在不同工况下的特点,分析了点火器供气流量W_(a)和调压器U_(a)以及是否通入煤油对等离子体射流的影响规律.实验结果表明,在无煤油参与时,调压器电压越大,点火器供气量越小,射流长度越大,其中在W_(a)=10 L/min、U_(a)=240 V时,射流长度达到最大,H=9 mm;当有煤油参与时,点火器存在点燃与未点燃两种状态,调压器电压越高,点火器供气量越小,点火器越易点燃.

等离子微弧氧化膜的抗静电特性

等离子体微弧氧化技术可以在铝合金表面原位生长 2 0 2 0 0 μm的陶瓷氧化膜 ,该膜具有很高的硬度 ,大大改善铝合金表面的耐磨、耐蚀特性 .对于某些抗静电要求较高的电子元件 ,除需有较高的耐磨、耐蚀特性外 ,还要求表面电阻控制在 10 610 10 Ω之间 .通过对氧化膜厚度的调整 ,可有效地控制表面电阻的大小 ,从而满足抗静电要求 .

Ar流速对多级弧放电装置中Ar等离子特性的影响

采用PLASIMO程序模拟了入口处Ar流速对多级弧放电产生的非热平衡Ar等离子体特性的影响。模拟结果发现:从入口处到出口处,沿中心轴线,压强逐渐降低,电子平均能量基本保持不变。当流速一定时,从器壁到中心轴线处,电子数密度呈增大趋势;从入口处到出口处,电子数密度呈先增大后减小的趋势;当流速分别为50,100,150和200cm3/s时,电子数密度最大值分别为10.13×1021,16.31×1021,18.98×1021和26.33×1021 m-3;随着流速的增大,其电子数密度逐渐增大。当流速一定时,从器壁到中心轴线处,电子温度逐渐增大;从入口处到出口处,电子温度呈先增大后减小再增大的趋势,并在中心轴线处距入口55～60mm有最大值,当流速分别为50,100,150和200cm3/s时,其最大值分别为1.299,1.234,1.157和1.132eV;由于入口处和器壁处的电子温度都为0.517eV,所以随着Ar流速的增大,其电子温度逐渐减小。当Ar流速一定时,从器壁到中心轴线处,离子温度逐渐增大;从入口处到出口处,离子温度呈先增大后减小的趋势,并且在中心轴线距入口20～30mm离子温度取得最大值,当流速分别为50,100,150和200cm3/s时,离子温度最大值分别为0.815 6,0.907 02,0.975 2和1.014eV。随入口处流速的增大,电弧腔体内的离子温度逐渐增大。

等离子体点火器放电研究

通过放电实验,研究工质气体在不同流量下对稳定滑动模式下的滑动弧滑动阶段、放电功率和滑动特性的影响。结果表明:稳定滑动模式下的滑动弧周期性放电存在3个放电阶段,即击穿滑动阶段(B-S)、稳定滑动阶段(S-S)和不稳定滑动阶段(U-S);工质气体流量增加时,B-S阶段时间增加,S-S和U-S阶段时间减小;滑动弧放电功率与放电阶段、电弧长度有关,当处于B-S阶段时,放电功率与电弧长度成反比,当处于S-S和U-S阶段时,放电功率与弧长成正比;滑动弧最大滑动高度、最大弧长和滑动时间会随着流量的增加而减小,滑动速率会随着流量的增加而增加。

基于静电探针测量对双潘宁离子源的弧特性研究

本文介绍了采用静电探针的逐点测量法和锯齿渡扫描测量法来测量离子源放电中等离子体参数,在此基础上利用静电探针所测量的离子饱和流信号作为控制部分反馈变量,使用闭环控制对22厘米双潘宁离子源的等离子体进行调节,并且利用探针所测量的结果对弧特性进行了初步的分析。

大气压直流滑动弧等离子体工作特性研究

对大气压直流滑动弧等离子体的电参数和发射光谱进行了测量,比较研究了不同气体种类下滑动弧等离子体电压的特性.以氮气滑动弧为例,分析了其在一个周期内电弧电压、电流、电阻和功率的变化特性.通过对电弧电压信号进行快速傅里叶变换频谱分析,研究了气体种类、气体流量和外部电阻值对滑动弧等离子体脉动特性的影响.结果表明随着气流量或外部电阻值的增加,其主要脉动频率变高,电弧周期变小.利用光谱法检测了氮气、氧气和空气滑动弧等离子体的主要自由基种类,并研究了外部电阻值对发射光谱强度的影响和沿电极中轴线在337.1nm(N2(C3Πu→B3Πg),Δv=0)处发射光谱强度的变化.结果表明发射光谱强度随外部电阻值增加而变小,沿电极中轴线先增加后减小,在等离子体区域外急剧减小.

大气压交流滑动弧的放电特性

为研究不同射流体积流量和放电电压下滑动弧放电的电信号特征和电弧运动规律,对3种不同几何结构的电极进行了大气压交流滑动弧放电的电信号测量和图像拍摄。结果表明:滑动弧放电过程中存在两种滑动模式,即稳定电弧滑动(A-G)和击穿伴随滑动(B-G);两者在电信号特征和电弧运动形态上存在明显不同,并受来流体积流量、放电电压、电极结构的影响;流场环境对电弧的形态及发展过程影响显著,随着射流体积流量的减小,滑动弧放电向A-G模式发展,体积流量越小,电弧滑动范围越大,周期也越大;对A型电极,当体积流量小于33.3 L/min后,A-G模式放电占比超过66%。

大气压交流旋转滑动弧的放电特性

为研究气体流量和施加电压对旋转滑动弧放电的电信号与电弧运动规律的影响,采用3种不同几何结构的电极分别进行了大气压交流旋转滑动弧放电实验,并记录了其电信号和放电图像。结果表明:滑动弧放电过程中存在2种滑动放电模式,即稳定滑动放电(A-G)和伴随击穿滑动放电(B-G),2者在电信号特征和电弧运动形态上存在明显不同,并受气体体积流量、施加电压等因素的影响;流场环境和施加的电压对电弧形态及发展过程影响显著,随着气体体积流量的增大,滑动弧放电由A-G模式向B-G模式发展;对于E-1型电极,当气体体积流量较大时(77 L/min),电弧滑动周期较小(9 ms),且出口截面电弧旋转速度较大(11 m/s);随着施加电压幅值的增大,电弧滑动放电模式由B-G模式向A-G模式发展,且出口截面电弧旋转速度增大。实验结果对于揭示大气压交流滑动弧放电机理具有参考价值。