直流电弧空气等离子体炬阴极材料的烧蚀研究

空气等离子发生器中阴极材料的烧蚀行为直接影响阴极寿命,阴极材料和工作环境不同是影响阴极烧蚀的重要因素。通过直流电弧空气等离子体炬切割实验,研究了两种切割电极用阴极材料(Hf和Ag)烧蚀行为,采用扫描电镜(SEM)深入分析了阴极烧蚀机制。发现在同等条件下,Hf阴极的烧蚀量和烧蚀率远低于Ag阴极,Hf阴极的抗烧蚀性能较好。随着工作时间间隔的延长,Hf阴极和Ag阴极的烧蚀率都会降低,并且在连续工作时间大于60 s后,两种阴极材料的阴极烧蚀率都逐渐趋于一定值。分析表明,阴极烧蚀量的大小主要取决于阴极液化区域的大小以及液体或气体溅射量的大小,在工作环境下,阴极的导热性和电子逸出功对阴极的烧蚀量都有着至关重要的影响。在影响阴极烧蚀性能诸因素中,阴极材料的电子逸出功占据主导地位,为主要因素;阴极材料的导热性和熔点占据次等地位,为次要因素。

直流电弧等离子体炬物理场的数值模拟研究

直流电弧等离子体炬内部温度较高,物理场情况复杂,较难进行实验研究,因此对等离子体炬内部物理场的研究一般采用基于磁流体动力学模型的数值模拟研究。以一种直流电弧等离子体炬为研究对象,在给定的电流大小以及工作气体流量条件下对其温度场、速度场等物理场进行了数值模拟研究,研究结果表明:在电流大小200 A、工作气体流量0.0014 kg/s的工作模式下,直流电弧等离子体炬射流在出口处中心温度可达到13000 K,出口最大流速可达到2400 m/s。高温等离子体的温度分布主要与电流密度的分布有关,其能量来源主要是电弧产生的焦耳热。台阶形的阳极结构主要对等离子体射流的流速产生影响。

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。

直流电弧等离子体炬的特性研究

介绍了局部热力学平衡下描述直流电弧等离子体炬的磁流体力学模型 ,采用数值模拟方法研究了等离子体炬内等离子体的传热和流动特性、湍流对等离子体炬内等离子体特性的影响 ,以及等离子体炬运行参数对等离子体特性的影响 .

5 kV快速中压直流空气断路器的研发

为满足大容量中压直流供配电系统的保护需求,开展了中压直流空气断路器的研制工作。针对中压直流空气断路器大电流分断的技术难点,结合仿真分析及试验研究,建立了空气电弧的3维磁流体动力学模型,计算得到了断路器分断过程中灭弧室内部温度场及压力场数据,并利用高速摄影仪记录大电流分断时电弧的运动过程,验证了仿真模型的有效性。最后,根据研究结果研制5 kV/110 kA直流断路器样机,并进行了大电流分断试验。试验结果表明,该快速中压直流空气断路器成功分断了峰值110 kA的短路电流,分断电流为91.8 kA,全分断时间为17 ms。

大面积高光学质量金刚石自支撑膜的制备

介绍了一种新型的磁控／流体动力学控制的大口径长通道直流电弧等离子体炬，并据此设计建 造了 １００千瓦级高功率 ＤＣ Ａｒｃ Ｐｌａｓｍａ Ｊｅｔ ＣＶＤ金刚石膜沉积系统 讨论了该系统采用的半封闭式 气体循环系统的工作原理。