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非转移直流电弧等离子体炬的三维稳态数值模拟
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作者 程文博 武瑾 +2 位作者 吴楠 黄齐平 范俊鑫 《电工技术学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期14-24,共11页
非转移直流电弧等离子体炬是放射性废物等离子体熔融处理系统中的核心设备,射流的物理场参数不仅是设计和优化等离子体炬的重要指标,也是提高系统能量利用率和玻璃体生成物质量的关键。该文针对一款级联阳极结构的等离子体炬,基于磁流... 非转移直流电弧等离子体炬是放射性废物等离子体熔融处理系统中的核心设备,射流的物理场参数不仅是设计和优化等离子体炬的重要指标,也是提高系统能量利用率和玻璃体生成物质量的关键。该文针对一款级联阳极结构的等离子体炬,基于磁流体力学理论,采用有限元仿真软件COMSOL对氮气热等离子体射流流入冷氮气域现象进行三维稳态数值模拟,建立电-磁-流-热的多物理场耦合模型,计算射流物理场参数,将计算结果与相关实验数据进行对比,并分析固定电流强度工况下改变输入气流量对等离子体炬性能的影响。结果显示模型能够较好地预测实际情况,所得到的射流温度场、速度场数据以及电极表面的温度、电流密度分布数据可为等离子体炬的设计和优化提供参考。 展开更多
关键词 非转移直流电弧等离子体炬 放射性废物处理 数值模拟 多物理场耦合
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直流双阳极电弧等离子体炬的数值模拟 被引量:4
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作者 陈伦江 唐德礼 朱海龙 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期218-223,共6页
为了提高等离子体废物处理效率,根据磁流体动力学理论,利用计算流体力学软件FLUENT,采用磁矢量势的方法对直流双阳极非转移型电弧等离子体炬进行了二维轴对称数值模拟。计算中采用了SIMPLE算法。数值模拟得到了等离子体的温度、速度等... 为了提高等离子体废物处理效率,根据磁流体动力学理论,利用计算流体力学软件FLUENT,采用磁矢量势的方法对直流双阳极非转移型电弧等离子体炬进行了二维轴对称数值模拟。计算中采用了SIMPLE算法。数值模拟得到了等离子体的温度、速度等分布。结果表明,等离子体的温度随着轴向距离的增加而减小,随弧电流增加而增加;其速度随着轴向距离的增加而先增大后减小,随弧电流增加而增加;等离子体炬出口处的温度和速度随着径向距离的增加而减小。这些结果与实验结果基本相符。 展开更多
关键词 转移 等离子体 磁流体动力学 数值模拟
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直流非转移弧热等离子体喷枪加热效率分析 被引量:1
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作者 严志军 高阳 安连彤 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期43-48,共6页
利用计算机模拟技术,采用有限容积方法,针对自制的低能耗、高效率内送粉等离子喷涂设备,对喷枪内部影响喷涂热效率的因素进行了分析。研究结果表明通过适当提高进气流量、提高混合气体中的氮气或氢气含量和减少喷枪通道长度,均能提高等... 利用计算机模拟技术,采用有限容积方法,针对自制的低能耗、高效率内送粉等离子喷涂设备,对喷枪内部影响喷涂热效率的因素进行了分析。研究结果表明通过适当提高进气流量、提高混合气体中的氮气或氢气含量和减少喷枪通道长度,均能提高等离子喷枪热效率。而电流的大小以及喷枪的通道直径对热效率无显著影响。 展开更多
关键词 等离子喷涂 加热效率 直流转移弧热等离子体喷枪 进气流量 能量分布 电流 气体成分
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外部磁场对直流电弧等离子体放电特性的影响及其机理 被引量:17
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作者 胡明 万树德 +2 位作者 夏洋洋 任真诚 邱志坚 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1655-1660,共6页
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:... 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。 展开更多
关键词 直流电弧等离子体 外部磁场驱动 旋转阳极弧根 电弧电压波动 伏安特性曲线 等离子体射流
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双阳极电弧等离子体炬的磁流体动力学分析 被引量:9
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作者 陈伦江 唐德礼 +1 位作者 程昌明 童洪辉 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1724-1728,共5页
为了更好地研究直流电弧等离子体炬内的流动与传热,根据磁流体动力学(MHD)理论建立了等离子体电弧区的数学物理模型,采用磁矢量势A的方法来计算磁感应强度B的大小,利用通用软件FLUENT并进行二次开发,采用用户自定义函数(user defined fu... 为了更好地研究直流电弧等离子体炬内的流动与传热,根据磁流体动力学(MHD)理论建立了等离子体电弧区的数学物理模型,采用磁矢量势A的方法来计算磁感应强度B的大小,利用通用软件FLUENT并进行二次开发,采用用户自定义函数(user defined function,UDF)加入磁流体动力学方程组中的源项和物性参数,并利用用户自定义标量方程(user defined scalar,UDS)的方法加入Maxwell方程组,采用SIMPLE算法对电弧区域进行了数值模拟。计算结果表明:等离子体炬内的弧电压随着气体质量流量的增加而增加;等离子体炬内的温度随着气体质量流量的增加而减小,而速度随着气体质量流量的增加而增加;出口处的温度和速度随径向距离的增加而减小,但温度减小的速率增加。这一结果可为实验提供理论指导和参考。 展开更多
关键词 转移 温度 速度 等离子体 磁流体动力学 数值模拟
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氩气电弧等离子体炬提纯大鳞片石墨研究 被引量:7
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作者 程月 俞哲 +4 位作者 李金懋 宋春莲 赵智豪 路丹丹 张小芳 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期180-189,共10页
石墨材料作为一种工业原料,特别是纯度在99.9%以上的高纯石墨被应用在各大高科技领域,现有物理法和化学法的石墨提纯技术成本高、酸碱对设备和环境破坏严重、工艺流程复杂,因此开发一种优良有效的石墨提纯技术,已成为近年来国内外研究... 石墨材料作为一种工业原料,特别是纯度在99.9%以上的高纯石墨被应用在各大高科技领域,现有物理法和化学法的石墨提纯技术成本高、酸碱对设备和环境破坏严重、工艺流程复杂,因此开发一种优良有效的石墨提纯技术,已成为近年来国内外研究的热点。建立了一种利用非转移电弧等离子体炬提纯大鳞片石墨的方法,利用电弧可快速产生高温的特性,对黑龙江省鸡西市纯度为94.18%的大鳞片石墨样品进行高温处理。研究显示在本文电弧装置下提纯石墨的最佳放电参数范围气流量为25 L/min、电流为400 A、功率为10 kW,此时的电弧表面温度高达3350℃,利用扫描电子显微镜等对电弧处理前后石墨样品的微观结构对比发现石墨样品出现粉碎、断裂等特点,根据石墨化学分析方法国家标准GB/T 35212008对石墨纯度及其杂质进行研究分析,经电弧处理后石墨纯度提高到99.21%。 展开更多
关键词 转移电弧 大鳞片石墨 石墨提纯方法 高温提纯法 等离子体
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阴极边界条件对双射流电弧等离子体特性影响的二维数值模拟 被引量:11
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作者 李和平 吴贵清 +1 位作者 李鹏 包成玉 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1549-1556,共8页
在电弧等离子体的数值模拟研究中,阴极表面的温度及电流密度等参数的分布会直接影响到电弧弧柱区的等离子体特性。为了研究不同边界条件对电弧弧柱区等离子体特性的影响规律,采用双温度流体模型,通过给定阴极鞘层外缘不同的电流密度、... 在电弧等离子体的数值模拟研究中,阴极表面的温度及电流密度等参数的分布会直接影响到电弧弧柱区的等离子体特性。为了研究不同边界条件对电弧弧柱区等离子体特性的影响规律,采用双温度流体模型,通过给定阴极鞘层外缘不同的电流密度、电子及重粒子温度分布,对双射流直流电弧等离子体弧柱区的特性进行了二维数值模拟研究,并通过与实验测量结果的比较,讨论了不同边界条件的合理性。研究结果表明,在电弧弧电流及发生器几何参数不变的情况下,阴极鞘层外缘重粒子温度边界条件对计算得到的电弧弧柱区等离子体特性的影响可以忽略不计,电流密度对弧柱区等离子体流动特性有显著影响,而电子温度边界条件则对弧柱区电弧形貌及传热与流动特性均有显著的影响。 展开更多
关键词 直流电弧 双温度等离子体 平衡效应 边界条件 阴极鞘层 数值模拟
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直流电弧等离子炬温度场-电场分布特性数值模拟 被引量:8
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作者 黄卫星 武劭恂 +2 位作者 司徒达志 张子炜 李晴 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期236-241,共6页
由于热等离子体技术能源利用率高、工艺清洁且效果良好,在固体废弃物焚烧处理中已成为热点开发技术,其中,直流电弧等离子体是近年来放射性固废处理领域的重点研究技术。工业用等离子炬作为实现这一技术的核心装置,其内部温度极高、温度... 由于热等离子体技术能源利用率高、工艺清洁且效果良好,在固体废弃物焚烧处理中已成为热点开发技术,其中,直流电弧等离子体是近年来放射性固废处理领域的重点研究技术。工业用等离子炬作为实现这一技术的核心装置,其内部温度极高、温度场与电磁场耦合,且实验测试困难,因此发生装置的开发和优化设计必须借助数值模拟手段。以直流非转移弧等离子炬为对象,基于Fluent软件用户自定义函数(user-defined function,UDF)与用户自定义标量(user-defined scalar,UDS)的二次开发功能,通过分析热等离子体的热力学特性,将数值模拟过程与工质气的物性参数(热力学系数、输运系数)、控制方程组源项变化及电极电流分布进行动态链接,建立了2维轴对称的磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)计算模型;并采用合理的边界条件,通过求解流体力学控制方程组与麦克斯韦方程组,得到了等离子炬内特征物理参数的分布规律。结果显示:阴极附近电位降显著,电流密度分布集中;层流条件下弧柱区温度分布均匀,中心温度为全流域最高,区域边缘温度梯度较大;阳极附近存在电流密集分布区域,可作为弧根位置预测依据。针对电弧在电极表面的附着现象,后续可继续进行电极-等离子体的耦合模型计算,以得到设备内壁面更加准确的温度分布。 展开更多
关键词 等离子 直流转移 固废处理 数值模拟 Fluent二次开发
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洛伦兹力对自由燃烧弧和壁稳非转移弧流场的影响 被引量:2
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作者 彭翊 黄河激 潘文霞 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期52-56,共5页
通过耦合迭代求解流体力学方程和电磁场方程,数值模拟了转移式自由燃烧电弧和具有细长中间段及突扩阳极结构的壁稳式非转移直流电弧的流场,分析了洛伦兹力对这两种典型直流电弧流场的影响。结果显示:在自由燃烧电弧情况下,电流自感磁场... 通过耦合迭代求解流体力学方程和电磁场方程,数值模拟了转移式自由燃烧电弧和具有细长中间段及突扩阳极结构的壁稳式非转移直流电弧的流场,分析了洛伦兹力对这两种典型直流电弧流场的影响。结果显示:在自由燃烧电弧情况下,电流自感磁场的洛伦兹力对流场特性有显著影响,自磁压缩是约束电弧的主要机制;而在壁稳式非转移直流电弧情况下,相对于强壁面约束和气动力作用而言,洛伦兹力对流场的影响有限。特别在中间段出口以后,洛伦兹力与气动力的比值小于0.010,因此,当主要考虑壁稳式非转移直流电弧发生器出口参数时,为了提高数值模拟效率,可忽略洛伦兹力的作用。 展开更多
关键词 直流电弧 自由燃烧弧 壁稳转移 流场 洛伦兹力 气动力
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