高速流动及强磁场条件下大气压放电特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qinlou
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大气压放电产生及维持系统结构简单,在工业及军事领域均具有广泛的应用前景。然而大气压放电本身的放电特性容易受到外环境的影响,不同场效应作用下的大气压放电机理及放电特性研究一直是大气压放电研究中的关键问题。本文以面向航空应用的大气压等离子体放电为研究对象,对典型高速流场及强磁场环境下的放电开展了相关研究。研究内容包含了单一场效应及耦合场效应下的放电机理及放电特性。论文中以航空应用中百米/秒量级的气体流动定义为高速流动,气流处于大气压环境,强磁场指磁场强度处于特斯拉量级范围内的磁场环境。本文首先从认识单一场效应与放电的耦合途径出发,探究了流动及强磁场对放电特性的影响,揭示了流动(流态及流速)输运作用下的等离子体非线性变化特性以及强磁场作用下的放电空间偏转特性;利用时空尺度分析方法对强磁场/流场与等离子体之间的作用关系进行了解耦,研究结果表明流动影响放电空间中大质量粒子的运动过程,而强磁场显著影响电子及离子的空间运动形式。采用实验手段进一步探索了单一强磁场作用下的大气压放电机理及规律,揭示了强磁场作用下的放电模式转换特性,探讨了磁场效应对宏观离子风特性的影响。计算并分析了磁场强度对放电电离、吸附及漂移过程的影响,探索了强磁场作用下的粒子运动路径。在此基础上分析了磁场位形对放电过程及放电效应的影响,通过计算不同磁场位形下放电中的电子电流及离子电流特性表征了磁场主要影响电离过程。在前述流动输运影响放电大质量粒子分布的基础上,进一步研究了高速流动下的放电等离子体特性,并利用流动的输运作用及含能粒子的预电离作用设计了具有多电极结构的放电装置,实现了高速流动环境下放电强度的提升。通过实验研究了多级放电结构下的放电强度增强及饱和特性,探讨了电极间距、放电级数目对放电增强及饱和特性的影响,揭示了流动环境下的放电增强及饱和特性与放电空间中粒子寿命的关系。最后,面向基于磁流体效应的流动控制应用,分析了磁场与流场耦合、磁场与电场耦合作用下的放电特性,研究了多场效应下的放电模式及放电增强特性。构建了磁流体实验系统,验证了等面积条件下的双级放电结构有效提升对气流的加速效果。综上所述,本文针对高速流动及强磁场条件下的大气压等离子体放电机理及放电特性开展了相关研究,认识了高速流动及强磁场条件下的典型放电特性及相应的放电机理,并将实验结果在磁流体系统中进行了验证,研究结果为大气压放电等离子体应用提供了有益支撑。
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