电弧等离子体由于具有温度高、能量集中和反应环境可控等特点，在工业及许多高新技术领域中有着极为广泛的应用。设计高电流、大气压下的大面积、均匀等离子体的电弧等离子体发生器是当前工业应用中所面临的问题，但由于受实验条件和技术的限制，使得等离子体发生器的设计仍停留在半经验状态。所以，需要在理论上研究电弧等离子体的平衡性质和螺旋不稳定性，进一步弄清其物理机制，给出稳定性判据和不稳定性增长率等定量结果。另外，由于电弧不稳定性的解析研究方法需要做出某些假定，而且往往得到的也只是近似解，有关电弧区内部的流场的分布演化情况解析方法无法给出，所以需要对电弧等离子体做随时间演化的数值模拟，研究发生器及反应器中的传热与流动规律，为电弧等离子体发生器的优化设计和实验室模拟实验提供参考依据。本文主要对电弧等离子体的螺旋不稳定性及其温度场和流场的传热和流动特性进行了研究。用线性微扰理论分析了电弧的螺旋不稳定性，讨论了不同因素对不稳定性的影响，并对直流电弧等离子体发生器和反应器内传热和流动的演化规律进行了讨论。具体内容为：(1)综述介绍了电弧等离子体的基本概念、基本特性及研究意义和发展现状。(2)采用解析方法，从磁流体力学方程(MHD)组出发，利用与时间有关的线性微扰理论，讨论有辐射存在时辐射对螺旋不稳定性的影响。给出了电弧的稳定性条件，不稳定性增长率，临界Maceker数等定量结果。计算结果表明，对于小电流电弧，辐射使得电弧的不稳定性增加，电弧的稳定区域减小。(3)研究有外加磁场时对螺旋不稳定性的影响。通过求解磁流体力学方程(MHD)组，利用简化了的扰动方程，推导出螺旋不稳定性增长率和临界Maceker数的解析表达式。数值求解可知；外加轴向磁场对电弧的稳定性作用效果显著。正向磁场能够使短波长的扰动稳定，而反向轴向磁场能够使长波长的扰动稳定。还讨论了其它因素如弧半径、弧电流和电导率等对电弧的影响。(4)采用二维轴对称磁流体模型对大电流直流电弧等离子体发生器进行了随时间演化的数值模拟，得到了电弧柱内、外的电流场分布、温度场分布及气流速度场分布随时间的演化结果。对不同的辐射模型，不同的阴极电极形状，不同的阴极电流密度分布等分别进行了讨论。(5)通过建立实验室中模拟飞行器返回大气层的物理模型并进行数值模拟，给出等离子体反应器内部传热与流动的演化过程，特别讨论了侧向冷气注入对反应器内高温气体传热与流动的影响。结果表明：侧向注入冷气流的压强和角度都会影响流场内的温度和速度分布。最后，给出本文研究工作的主要结论及对未来工作的展望。