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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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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 直流电弧等离子体炬 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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直流电弧喷射等离子体炬阳极喷嘴积碳现象的研究 被引量:3
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作者 陈荣发 左敦稳 +3 位作者 李多生 相炳坤 赵礼刚 王珉 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 2006年第1期20-24,共5页
采用高功率直流电弧等离子体喷射化学气相沉积工艺,制备了不同厚度的自支称金刚石厚膜。实验发现,等离子体炬阳极喷嘴积碳是沉积过程中最突出的问题之一。从理论和实验两个方面研究了阳极积碳产生的原因,并通过激光拉曼光谱分析了碳球... 采用高功率直流电弧等离子体喷射化学气相沉积工艺,制备了不同厚度的自支称金刚石厚膜。实验发现,等离子体炬阳极喷嘴积碳是沉积过程中最突出的问题之一。从理论和实验两个方面研究了阳极积碳产生的原因,并通过激光拉曼光谱分析了碳球的结构和成分。结果表明,碳球由金刚石层、混合层和最外面的石墨层构成。详细分析了甲烷浓度、冷却水温度、放电电弧的局部高温、阳极喷嘴的表面质量对积碳形成的影响,并提出了改进措施。 展开更多
关键词 阳极碳球 结构与成分 等离子炬 工艺改进
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强电流直流扩展弧金刚石沉积技术的研究 被引量:2
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作者 刘素田 黑立富 +2 位作者 耿春雷 唐伟忠 吕反修 《表面技术》 EI CAS CSCD 2006年第3期42-44,共3页
采用自行研制的Q-500金刚石涂层沉积设备,同时采用两种不同结构的等离子体炬对经酸碱二步法处理后的硬质合金钻杆(YF06)分别进行了金刚石涂层的沉积,并对沉积后的样品表面进行了分析和研究。初步的研究结果表明:等离子体炬的结构对金刚... 采用自行研制的Q-500金刚石涂层沉积设备,同时采用两种不同结构的等离子体炬对经酸碱二步法处理后的硬质合金钻杆(YF06)分别进行了金刚石涂层的沉积,并对沉积后的样品表面进行了分析和研究。初步的研究结果表明:等离子体炬的结构对金刚石涂层的沉积影响很大,改进前的等离子体炬所产生的弧柱不稳,导致沉积温度波动幅度大,而改进后的等离子体炬能产生稳定的弧柱,沉积温度变化不大并且沉积的金刚石涂层具有大面积、均匀性好和高质量的特点。 展开更多
关键词 强电流直流扩展弧 等离子体炬 改进 金刚石涂层 均匀性
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外磁场对直流等离子体炬放电特性的影响 被引量:1
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作者 王守国 谢纪康 +3 位作者 邬钦崇 于书永 施嘉标 沈克明 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 1999年第2期105-109,共5页
介绍了新研制的磁约束直流等离子炬设备,计算了螺旋管线圈的磁场分布,通过实验研究了磁场变化对等离子体炬放电特性和伏安特性的影响。在氩-氢等离子体的放电体系中,利用静电双探针测量了离阳极喷口80mm处等离子体电子温度和密... 介绍了新研制的磁约束直流等离子炬设备,计算了螺旋管线圈的磁场分布,通过实验研究了磁场变化对等离子体炬放电特性和伏安特性的影响。在氩-氢等离子体的放电体系中,利用静电双探针测量了离阳极喷口80mm处等离子体电子温度和密度沿径向的分布。结果表明,外磁场的存在使等离子炬运行参数范围增大。 展开更多
关键词 直流 等离子体炬 磁场分布 放电特性 磁约束
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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 等离子炬 直流非转移弧 固废处理 数值模拟 Fluent二次开发
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直流等离子体炬放电特性研究
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作者 王守国 谢纪康 +2 位作者 邬钦崇 于书永 施嘉标 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 1999年第3期178-182,共5页
对于磁约束直流等离子体炬,用氩-氢等离子体的放电体系,研究了等离子体炬几何结构、真空室气压、弧电流、外磁场及气体配比变化等对等离子体炬放电特性的影响,得到了影响等离子体炬宏观和微观参数变化的一些基本规律。
关键词 直流 等离子体炬 放电参数 伏安特性 磁约束
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层流等离子体炬在快速成形制造中的应用 被引量:2
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作者 王建龙 杨宽 +2 位作者 张一川 李唤 朱晓东 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期308-311,共4页
本文开展了层流状态的直流等离子体炬在金属快速成形制造中应用研究。在放电电流70~80 A条件下,氩等离子体射流长度约为18 cm,而氮气作为工作气体时等离子体射流的长度明显高于氩气,可达40 cm。利用氩等离子体射流,进行了高约3 cm、外... 本文开展了层流状态的直流等离子体炬在金属快速成形制造中应用研究。在放电电流70~80 A条件下,氩等离子体射流长度约为18 cm,而氮气作为工作气体时等离子体射流的长度明显高于氩气,可达40 cm。利用氩等离子体射流,进行了高约3 cm、外径约为2.8 cm的铜管状部件的快速成形制造。对部件截面进行了扫描电子显微镜和和X射线衍射分析,发现在截面上存在着微米量级的裂纹,这是由于快速成形制造过程中的相邻层间温度梯度诱发的热应力所致,裂纹外的组织结构均匀、致密;在截面上除了强的铜特征峰,还存在微弱的Cu^(2+)1O衍射峰,表明在成形过程中有氧气卷入,成形件内部出现微弱氧化。 展开更多
关键词 直流等离子体炬 层流 快速成形制造
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气流量对磁控直流等离子体炬传热与流动特性的影响
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作者 魏建平 唐达培 杜天宇 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2014年第S1期5-9,共5页
以磁控直流等离子体炬为研究对象,根据磁流体动力学模型,利用二次开发的FLUENT软件对炬内多耦合场进行仿真,模拟和分析入口气流量对等离子体炬传热与流动的影响。结果表明,入口气流量越大,炬出口等离子体的温度越低,轴向速度越大,径向... 以磁控直流等离子体炬为研究对象,根据磁流体动力学模型,利用二次开发的FLUENT软件对炬内多耦合场进行仿真,模拟和分析入口气流量对等离子体炬传热与流动的影响。结果表明,入口气流量越大,炬出口等离子体的温度越低,轴向速度越大,径向速度和旋转速度越小。 展开更多
关键词 磁控直流等离子体炬 磁流体动力学 气流量 FLUENT软件
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