无开关毛细管等离子体射流发生器的研制与实验

利用三电极两间隙的触发放电方式配合相应的电源调波电路构成了一种无开关的毛细管等离子体射流发生器装置。实验研究了开关时延的特性 ,分析了毛细管放电的击穿发展过程 ,验证了无开关毛细管等离子体发生器概念的可行性。

两间隙毛细管等离子体射流发生器主放电数值模拟

消融放电毛细管等离子体发生器产生的等离子体射流具有密度高和温度相对低的特性,在许多领域都具有潜在的应用前景。利用1维流体模型对两间隙毛细管等离子体射流发生器的主放电特性进行了模拟计算分析。模型考虑了焦耳热效应和管壁烧蚀对放电特性的影响。在管壁消融这种反馈稳定机制作用下,毛细管放电处于准稳态,其产生的等离子体温度在放电期间保持恒定。在放电能量为1 kJ的条件下,聚乙烯毛细管等离子体温度可达3 eV,电子密度可达1025m-3量级,射流速度接近10 km/s。改变放电输入的焦耳热功率密度,等离子体温度和速度变化较小,但气压、质量密度以及等离子体电子密度等特性参数均可以获得较大幅度的改变。

底喷式等离子体发生器射流的输出特性

通过自行设计的可以综合评定等离子体射流速度、温度、压力分布等特性的实验装置,研究了底喷式等离子体射流特性。采用压电测量装置、光电测量装置和数字高速摄影研究了射流在一定距离上的压力分布特性、射流速度及射流形貌特征。结果表明,该发生器所产生等离子体射流随着距射流中心位置距离的增大迅速衰减,等离子体射流速度约500m/s,射流运动过程可分为两个阶段:第一阶段是电爆炸丝产生高温、高压等离子体射流;第二阶段是消融管消融所产生的射流。

两间隙毛细管等离子体发生器主放电特性研究

通过在约1 kJ电能水平上对两间隙聚乙烯毛细管的消融放电实验,研究了毛细管的几何尺寸、主放电电容初始放电电压等参数变化时及同一毛细管重复放电时的放电规律。结果表明:主放电电容初始充电电压相同时毛细管尺寸的变化对放电功率的影响很小;毛细管尺寸相同时,随着充电电压的增大其放电电流、功率均明显增大,而电弧电阻相应减小;小能量情况下的消融控制电弧毛细管放电非定常流动特征不强,放电处于准稳态的时间随毛细管长度的增大、充电电压的降低而减小;在重复放电次数不很大时各次放电特性基本一致。

两间隙毛细管等离子体发生器出口参数研究

消融放电毛细管等离子体发生器产生的等离子体射流具有高密和相对低温的特性,在许多科学研究和工业应用领域都具有潜在的应用前景。为此,利用数值模拟的方法考察了在1 kJ放电能量水平下两间隙毛细管的长度和半径、主放电电容器组的电容和起始充电电压等放电参数对毛细管出口参数的影响。研究表明,各放电参数的改变都能引起出口处的质量密度、压强的大幅度改变,而出口温度和出口速度相对保持稳定。其中,主放电电容器组充电电压、电容值增大、毛细管半径变小时,所有的出口参数都相应增大;而毛细管长度增大时,密度和压强随之增大,温度和速度反而减小。

两间隙毛细管等离子体发生器触发放电数值模拟

两间隙毛细管等离子体发生器利用触发间隙放电产生等离子体射流连通主放电间隙,引发主放电形成高温等离子体射流。建立一个一维流体模型对两间隙毛细管触发放电进行模拟,对考虑管壁烧蚀和不考虑管壁烧蚀条件下的触发放电的特性进行计算,分析触发放电过程对主间隙击穿的影响。由于管壁烧蚀补充毛细管内由于开口端流出的质量损失,因此在放电期间毛细管内的气体压强、流速和温度基本保持稳定状态;管壁烧蚀降低了放电时毛细管内的气体温度,但加快了高温区向毛细管开口端的传播速度,因而缩短了主间隙的击穿时延。

消融毛细管等离子体发生器一维数值仿真

消融毛细管等离子体发生器是电热化学发射系统中重要的组成部分。针对一种用于生成等离子体的标准消融材料———聚乙烯 ,本文建立了适用于等离子体发生器的一维控制方程组 ,并利用MacCormack的显隐格式进行数值求解 ,仿真出了等离子体发生器放电特性参数以及发生器内的一维流动情况 ,并由实验得到了验证。

等离子体射流及其发生器研究进展

等离子体射流是近年来学术界兴起的新型研究领域。文中阐述了等离子体射流的基本概念和分类以及其技术优势,并从电极结构和驱动电源分类上重点介绍了国内外等离子体射流发生器的研究现状和前景展望。

脉冲成形网络与毛细管等离子体发生器的计算

电容储能脉冲成形网络和消融毛细管等离子体发生器是电热发射系统的两个重要组成部分,电网络的放电电流和等离子体负载在整个放电过程中是互相耦合的。文中将电容储能脉冲成形网络电路的简化模型与等离子体发生器一维模型结合,对等离子体发生器放电实验进行预测,并与实验结果进行了对比,这种计算对脉冲成形网络和等离子体发生器的设计和运行都具有指导意义。

毛细管等离子体发生器放电特性研究

多极触发起弧等离子体发生器实验装置分别对不同贮能水平、不同毛细管几何参数以及不同毛细管材料等情况进行放电实验研究及分析,可得出负载效率、最高温度、平均电阻等测量参数与贮能水平和毛细管几何参数之间的关系。

毛细管等离子体发生器电流波形的调节研究

介绍一种新型的毛细管等离子体发生器电源系统的工作原理并计算了电流波形。该系统采用带耦合电感和电容器的调波电路给毛细管提供电能 ,它结构简单 ,无需大电流开关。

高密封性等离子体发生器一致性实验研究

毛细管放电等离子体发生器是电热化学炮中的关键部件,其工作特性直接影响着等离子体的点火效果。发生器工作的一致性则是实现发生器输出优化的基础,也是实现电热化学炮优势的重要保障。为验证并优化发生器的工作一致性,以放电中的电参数与射流压强作为表征参数,对一种典型的等离子体发生器设计结构开展了相同条件下的重复性实验。结果显示发生器不同次实验的输出特性一致性较差,且实验后的发生器中可见明显的烧蚀痕迹与大量炭黑。实验结果表明发生器内部密封性不足是造成输出不一致性的最主要原因。针对这一问题,设计了一种特殊截面的电极结构以增强发生器的密封性,验证性实验结果显示改进的发生器方案可明显改善发生器的内部密封性与工作一致性。

中心式等离子体发生器的实际消融模型

根据电热化学炮中心喷射式等离子体发生器毛细管的实际消融结果 ,综合分析毛细管的消融过程 ,建立了比较符合实际情况的毛细管消融数学模型 ,为模拟等离子体的成形过程 ,特别是为工程设计应用 ,毛细管的结构强度分析 。

高压受限电弧等离子体发生器实验研究

电热化学发射中 ,等离子体发生器的放电是电能转化为热能的重要阶段。该文在自由喷射等离子体发生器实验装置上分别对不同毛细管几何参数、不同贮能水平以及不同毛细管材料等 3种情况进行了放电实验研究及分析 ,得出了负载效率、峰值电流。

SPETC炮等离子体发生器自由喷射放电特性研究

从多个方面对固体工质电热化学 (SPETC)炮中等离子体发生器的自由喷射放电特性进行了研究。通过在不同毛细管几何参数、不同消融毛细管材料、不同PFN放电参数、不同脉冲叠加方式等条件下的百余次放电实验 ,结合数值分析 ,得出了在上述不同条件下 。

毛细管等离子体射流技术研究现状及应用前景

毛细管放电等离子体是近年来发展起来的一种新型脉冲高能粒子源,可以产生高温、高密和高速等离子体射流,具有推进、发射、加速等功能,可以加热或引燃化学工质,具有广泛的应用前景。介绍了毛细管等离子体的基本原理和特点,综述了国内外研究现状,对毛细管等离子体应用前景进行了展望,以期引起我国对这一技术研究的重视,促进毛细管等离子体技术的发展。

底喷式等离子体发生器的输出特性研究

等离子体点火是发射药燃烧的一种新型点火方式,等离子体发生器性能会影响等离子体的输出效果。为了实现发射药高效的等离子体点火作用而研究等离子体发生器的输出性能。通过调整底喷式等离子体发生器内部关键参量,分析了发生器输出特性影响规律,优化了等离子体发生器内部结构参数,并在30 mm火炮中进行了试验。结果表明:等离子体发生器效率和输出电压及等离子体射流压强随毛细管孔径增加而下降,但随放电通道长度增加而增加;增加脉冲功率源的充电电压能够提高等离子体射流动能和压强峰值;聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)两种材质对等离子体发生器输出特性影响不显著;经优选后的底喷式等离子体发生器能够在火炮装置中有效地点燃发射药。

等离子体发生器内外流场数值模拟

采用守恒元与求解元(CE/SE)方法对耦合的流体力学方程和麦克斯韦方程求解,同时对等离子体发生器内部流场和外部射流过程进行了数值模拟,讨论了等离子体射流的形成过程和内外流场不同时刻温度、压力、马赫数的变化。结果表明,随着电流的增大,等离子体的温度升高,马赫数增大,最高温度出现在靠近阴极的中心轴线附近;等离子体射流过程的温度随时间而变化,发生器内外流场相互影响,在射流范围内形成高温高速区域。

一种中心电弧等离子体发生器的理论模型与实验研究

电热化学发射中,烧蚀毛细管等离子体发生器的放电是电能转化为热能的重要阶段。目前,国内外的研究主要集中在对喷管式的毛细管进行实验和理论分析。但喷管式的毛细管却有其不可克服的缺点。因此,笔者提出了采用中心电弧式的毛细管,并从理论上对其进行了描述,同时针对一种通用的材料———聚乙烯在多种贮能条件下进行了放电实验研究,得出了一些规律性的认识。实验表明:中心电弧等离子体发生器在电弧稳定性以及能量转换等方面都有独特的优点。

用于煤粉点火的电弧等离子体发生器性能研究

介绍了一种用于电站锅炉煤粉点火的等离子体发生器,实验研究了发生器电弧的电压特性,对等离子体发生器的工作气压范围进行了性能评估,并得出了气压与电弧电压的对应曲线,利用焓探针测量了发生器出口轴线方向的温度分布.实验结果表明:此等离子体点火器的工作稳定可靠,工作气压范围广,发生器出口50mm处轴线温度超过3300K,有效点火长度可以达到500mm,有利于点燃煤粉.