等离子体射流的流体力学模拟和输运系数计算
发布时间：2022-02-20 18:13
对等离子体射流的流体力学进行了力学模拟,分析了场强与电极厚度及极间距离的关系;分析和探讨了在不同初始速度下,氦气流速、摩尔分布在轴向和径向的变化关系;分析和探讨了减弱场强对电离系数、He*的激发系数和N2（C3Πu）的激发系数的影响.实验结果表明:场强的最大值与最小值都出现在阳极附近,为了增强阳极附近电场,可在一定程度上减小电极板的厚度d和减小两电极板之间的距离D2;在轴向上,随着z的增大,VHE逐渐衰减,氦气的摩尔分布逐渐降低;在径向上,随着r的增大VHE逐渐衰减,氦气的摩尔分布逐渐降低;随着电场减小,电离系数、He*的激发系数和N2（C3Πu）的激发系数三者起初变化不太大,当电场继续减小时,三个系数下降的幅度变得越来越大,越来越明显.
【文章来源】：东北电力大学学报. 2019,39(03)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
速度(左)和摩尔分布(右)随着位置的变化关系图(摩尔分布都用实际值/44．6转化为百分数)图8轴线上摩尔分布的曲线(当初始速度为93．4m/s时把紊流计算结果用虚线加上)
45×10－17V·cm2时，对应的He*的激发系数为10－12/cm3s－1，当E/N0为15．20×10－17V·cm2时，对应的激发系数为10－16/cm3s－1．在氮气分子产生的发射光谱中，由于第一正带系B3Πg－A3Σ+u与Herman’sIR带系重叠严重，且第二正系即谱带N2(C3Πu)能量最强最清晰，故将谱带N2(C3Πu)作为氮气分析的特征谱线［29］．不同氦－空气混合物下约化场强对应的N2(C3Πu)的激发系数，如图11所示．在标准大气条件下，当E/N0一定时，氦气浓度越高，N2(C3Πu)的激发系数越大．例如，当E/N0为13．70×10－17V·cm2时，浓度为90%氦气对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－12/cm3s－1，浓度为80%氦气对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－14/cm3s－1，浓度为50%氦气对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－18/cm3s－1;当浓度一定时，随着E/N0的约化，起初N2(C3Πu)的激发系数变化不大，当E/N0继续约化时，N2(C3Πu)的激发系数下降的幅度变得越来越大．例如，以浓度为50%氦气为例，当E/N0为67．50×10－17V·cm2时，对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－10/cm3s－1;当E/N0为34．53×10－17V·cm2时，对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－12/cm3s－1;当E/N0为17．56×10－17V·cm2时，对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－
构与文献［23，27，28］中采用的电极配置相似，毛细玻璃管内径和外径分别为0．5mm和1．5mm，两个可移动电极厚度和宽度分别为35μm和1cm，其中两电极距离D2为1cm，阳极距端口距离D1为1cm，电极宽度W为1cm，电极厚度d为35μm;不同流速对应的射流图像，如图3所示．实验装置布置图图2双电极的等离子体射流示意图(a)76．4m/s;(b)93．4m/s图3不同流速的射流图像2仿真模型玻璃管微元分析图，如图4所示．玻璃管长为L，管内径为R，取水平射流方向为Z，入口压强为P1，出口压强为P2．图4玻璃管微元分析图2．1层流模型(1)质量守恒方程单位时间内微元体中流体质量的增加等于同一时间间隔内流入该微元体的净质量，即?ρ?t+?(ρu)?x+?(ρv)?y+?(ρw)?z=0，(1)引入矢量符号!·α=div(α)=?αx?x+?αy?y+?αz?z，(2)故公式(1)可写成?ρ?t+!·(ρU)=0．(3)在此实验条件下可近似地将流动视为稳态，则密度ρ不随时间变化，即!·(ρU)=?(ρu)?x+?(ρv)?y+?(ρw)?z=0．(4)61东北电力大学学报第39卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气压He-Ar射频容性放电Ar亚稳态粒子数密度[J]. 何永乐,高俊,左都罗,王新兵. 强激光与粒子束. 2017(05)
[2]纳秒脉冲火花放电等离子体发射光谱特性研究[J]. 李威,王志新,史莉. 电工电能新技术. 2016(11)
[3]短间隙的击穿及其短路放电特性研究[J]. 钟久明,刘树林,王玉婷,段江龙. 电工电能新技术. 2016(04)
[4]用于网格状金属切割的等离子切割电源控制策略研究[J]. 陈桂涛,刘春强,孙强,钟彦儒. 电工电能新技术. 2015(08)
[5]短间隙磁控放电离子电流特性及影响因素研究[J]. 胡上茂,姚学玲,陈景亮. 电工电能新技术. 2015(08)
[6]不同电极结构中SF6/N2混合气体正向流注电晕放电特性[J]. 李锰,汪沨,王湘汉. 电工电能新技术. 2015(03)
[7]大气压放电氦气等离子体射流特性[J]. 侯世英,罗书豪,孙韬,曾鹏. 高电压技术. 2014(04)
[8]大气压放电等离子体射流研究进展[J]. 林德锋,罗书豪,侯世英,郑锐,陆海东,张禹. 中国高新技术企业. 2013(34)
[9]高压电晕放电后孔洞与微米功能电介质材料的表面电荷动态衰减特性分析[J]. 赵珩,张嘉辉,单良,姜智文,刘少洋. 东北电力大学学报. 2013(05)
[10]双环电极大气压氦气等离子体射流的特性及其影响因素[J]. 侯世英,罗书豪,刘坤,曾鹏,肖旭,张闯. 高电压技术. 2013(07)
博士论文
[1]DNA折纸术模板构建金属纳米图案及其表面等离子体性质的研究[D]. 贾思思.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014
[2]低温等离子体和脉冲电场灭菌技术[D]. 郑超.浙江大学 2013
[3]飞行器等离子体鞘套对电磁波传输特性的影响研究[D]. 郑灵.电子科技大学 2013
[4]吸附催化协同低温等离子体降解有机废气[D]. 陈杰.浙江大学 2011
[5]雷达隐身目标电磁散射计算与实验研究[D]. 李毅.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]导弹雷达舱等离子体隐身原理研究[D]. 朱冰.西北工业大学 2006
本文编号：3635568
【文章来源】：东北电力大学学报. 2019,39(03)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
速度(左)和摩尔分布(右)随着位置的变化关系图(摩尔分布都用实际值/44．6转化为百分数)图8轴线上摩尔分布的曲线(当初始速度为93．4m/s时把紊流计算结果用虚线加上)
45×10－17V·cm2时，对应的He*的激发系数为10－12/cm3s－1，当E/N0为15．20×10－17V·cm2时，对应的激发系数为10－16/cm3s－1．在氮气分子产生的发射光谱中，由于第一正带系B3Πg－A3Σ+u与Herman’sIR带系重叠严重，且第二正系即谱带N2(C3Πu)能量最强最清晰，故将谱带N2(C3Πu)作为氮气分析的特征谱线［29］．不同氦－空气混合物下约化场强对应的N2(C3Πu)的激发系数，如图11所示．在标准大气条件下，当E/N0一定时，氦气浓度越高，N2(C3Πu)的激发系数越大．例如，当E/N0为13．70×10－17V·cm2时，浓度为90%氦气对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－12/cm3s－1，浓度为80%氦气对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－14/cm3s－1，浓度为50%氦气对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－18/cm3s－1;当浓度一定时，随着E/N0的约化，起初N2(C3Πu)的激发系数变化不大，当E/N0继续约化时，N2(C3Πu)的激发系数下降的幅度变得越来越大．例如，以浓度为50%氦气为例，当E/N0为67．50×10－17V·cm2时，对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－10/cm3s－1;当E/N0为34．53×10－17V·cm2时，对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－12/cm3s－1;当E/N0为17．56×10－17V·cm2时，对应的N2(C3Πu)的激发系数为10－
构与文献［23，27，28］中采用的电极配置相似，毛细玻璃管内径和外径分别为0．5mm和1．5mm，两个可移动电极厚度和宽度分别为35μm和1cm，其中两电极距离D2为1cm，阳极距端口距离D1为1cm，电极宽度W为1cm，电极厚度d为35μm;不同流速对应的射流图像，如图3所示．实验装置布置图图2双电极的等离子体射流示意图(a)76．4m/s;(b)93．4m/s图3不同流速的射流图像2仿真模型玻璃管微元分析图，如图4所示．玻璃管长为L，管内径为R，取水平射流方向为Z，入口压强为P1，出口压强为P2．图4玻璃管微元分析图2．1层流模型(1)质量守恒方程单位时间内微元体中流体质量的增加等于同一时间间隔内流入该微元体的净质量，即?ρ?t+?(ρu)?x+?(ρv)?y+?(ρw)?z=0，(1)引入矢量符号!·α=div(α)=?αx?x+?αy?y+?αz?z，(2)故公式(1)可写成?ρ?t+!·(ρU)=0．(3)在此实验条件下可近似地将流动视为稳态，则密度ρ不随时间变化，即!·(ρU)=?(ρu)?x+?(ρv)?y+?(ρw)?z=0．(4)61东北电力大学学报第39卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气压He-Ar射频容性放电Ar亚稳态粒子数密度[J]. 何永乐,高俊,左都罗,王新兵. 强激光与粒子束. 2017(05)
[2]纳秒脉冲火花放电等离子体发射光谱特性研究[J]. 李威,王志新,史莉. 电工电能新技术. 2016(11)
[3]短间隙的击穿及其短路放电特性研究[J]. 钟久明,刘树林,王玉婷,段江龙. 电工电能新技术. 2016(04)
[4]用于网格状金属切割的等离子切割电源控制策略研究[J]. 陈桂涛,刘春强,孙强,钟彦儒. 电工电能新技术. 2015(08)
[5]短间隙磁控放电离子电流特性及影响因素研究[J]. 胡上茂,姚学玲,陈景亮. 电工电能新技术. 2015(08)
[6]不同电极结构中SF6/N2混合气体正向流注电晕放电特性[J]. 李锰,汪沨,王湘汉. 电工电能新技术. 2015(03)
[7]大气压放电氦气等离子体射流特性[J]. 侯世英,罗书豪,孙韬,曾鹏. 高电压技术. 2014(04)
[8]大气压放电等离子体射流研究进展[J]. 林德锋,罗书豪,侯世英,郑锐,陆海东,张禹. 中国高新技术企业. 2013(34)
[9]高压电晕放电后孔洞与微米功能电介质材料的表面电荷动态衰减特性分析[J]. 赵珩,张嘉辉,单良,姜智文,刘少洋. 东北电力大学学报. 2013(05)
[10]双环电极大气压氦气等离子体射流的特性及其影响因素[J]. 侯世英,罗书豪,刘坤,曾鹏,肖旭,张闯. 高电压技术. 2013(07)
博士论文
[1]DNA折纸术模板构建金属纳米图案及其表面等离子体性质的研究[D]. 贾思思.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014
[2]低温等离子体和脉冲电场灭菌技术[D]. 郑超.浙江大学 2013
[3]飞行器等离子体鞘套对电磁波传输特性的影响研究[D]. 郑灵.电子科技大学 2013
[4]吸附催化协同低温等离子体降解有机废气[D]. 陈杰.浙江大学 2011
[5]雷达隐身目标电磁散射计算与实验研究[D]. 李毅.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]导弹雷达舱等离子体隐身原理研究[D]. 朱冰.西北工业大学 2006
本文编号：3635568
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