等离子弧穿孔熔池的数值模拟

根据流体力学理论和传热学机理，采用有限元法建立了运动等离子弧作用下穿孔焊接熔池流场、温度场的三维瞬态数值分析模型，根据计算出的温度场，模拟并图形显示了熔池形状和穿孔熔池的形成过程。计算表明，所建立的数值分析模型可用于等离子弧穿孔焊接熔池流场和温度场的有限元计算、熔池形状和穿孔熔池形成过程的模拟，为等离子弧穿孔焊接在工程实际中的应用提供理论依据。     

电弧加热器高温流场激光吸收光谱诊断

气流温度和组分粒子数密度是定量评估电弧加热器运行参数和流场品质的关键，常规测试手段难以适应电弧加热器内高温气流的恶劣环境，电弧加热器等离子体气流诊断研究一直缺乏有效手段。本研究应用激光吸收光谱技术，选用原子O（777.19nm）谱线，基于局部热化学平衡等离子体假设，对电弧加热器内高温离解空气（＞5000K）试验气流进行在线诊断。试验测得了总焓H₀=15.8，17.4MJ/kg 2组工况下，电弧加热器内等离子体气流温度和原子O粒子数密度。2组工况获得平均气流温度分别为5843和6047K，对应高温平衡气流表获得气流温度为5950和6335K。测得加热器运行稳定后2组工况的原子O总粒子数密度在（1.1~1.2）×1018cm-3之间，低能级5S₂0粒子数密度在（1.0~1.6）×1010cm-3之间，2组工况原子O总粒子数密度的差异与NASA-CEA平衡计算结果一致，验证了电弧加热器气流局部热力学平衡假设的有效性。本研究工作验证了激光吸收光谱技术可作为高焓电弧加热器常规诊断手段。     

大尺寸金刚石膜生长中等离子体弧源的稳定性

保持等离子体弧源稳定性对于制备大尺寸平面金刚石膜极其重要,故从理论和实验两个方面对等离子体弧源稳定性进行了分析。研究表明,为了保持弧源的稳定,必须在生长过程中,保持稳定的电子温度和均匀的活性原子及原子基团密度。金刚石膜在某些条件下长时间生长时,会发生阳极环积碳现象,导致等离子体弧源扰动失稳,从而引起生长的金刚石膜含有石墨杂质。通过预处理阳极环、控制碳源、加大氢气量等措施可保持弧源稳定。在此条件下生长金刚石膜,经SEM,Raman分析表明,其晶粒均匀、晶界清晰,仅有金刚石特征峰出现。     

大型连续式高速风洞热交换器设计关键技术研究

随着大型连续式高速风洞运行功率和精细化测试要求的提高,对风洞热交换器性能提出了越来越高的要求,集中体现在换热压损性能、温度场均匀性和气流扰动特性3个方面。结合近年研究成果,对大型连续式高速风洞热交换器设计中的关键技术及研究成果进行了综述。分析了风洞热交换器的需求特点,总结了影响各种性能的主要因素。介绍了高效低压损设计技术、温度场均匀性控制技术和气流扰动控制技术,给出了热交换器换热效率和压力损失综合权衡的设计原则,阐述了换热芯体排列方式、冷却水流量及进水方式、热交换器段截面形状等对温度场均匀性的影响,以及来流条件和热交换器结构对气流扰动的特性。     

消融控制电弧等离子体发生器放电特性的实验研究

通过衬套材料消融补充等离子体从而控制电弧生长的技术具有很好的应用前景。利用一个总贮能800kJ的模块化电容基脉冲功率源系统为消融控制电弧等离子体发生器强流放电提供电能输入，在一定的参数变化范围内，实验研究了脉冲功率源初始放电参数、等离子体发生器几何参数以及消融材料对消融控制电弧放电特性的影响规律。借助于理论分析，也可定性获得消融控制电弧等离子体压力和温度对上述影响参量变化的依赖关系。     

电弧风洞真空氩气起弧技术研究

为解决传统金属丝熔融法起动电弧风洞准备时间长、可靠性差、熔渣影响设备安全和参数测试等问题,研究分析了电弧风洞采用真空氩气起弧技术起动的可行性。通过试验对比分析了起弧间距、进气方式以及控制时序等参数对电弧风洞起动特性的影响,利用一级触发、逐级拉弧的方式实现数米长电弧加热器的安全起动。结果表明,真空氩气起弧技术可以稳定、可靠、快速起动电弧风洞;起弧间距为25mm时,起动时间短,平均电流低,设备烧损小,起动最可靠;采用阴极尾部通氩气的进气方式,起动稳定、操作方便、维护简单;该起弧技术具有最佳的控制时序,确保了起动稳定可靠。     

具有气体动力和物理化学非均匀性的超声速物体绕流(英文)

本文研究的问题是超声速气流流过物体时产生的气体动力和物理化学非均匀性及其对物体空气动力特性的影响。就有关流动非均匀性对温度剖面和密度的效应作了详细探讨，还仔细描述了激波与热层相互干扰时以及在激光辐射脉冲的作用下先行激波生成的情况。值得指出的是超声速气流中加入激光辐射能可能改变流动结构，在局部能量释放区域后面呈现的较高和较低压力，有助于控制飞行中物体的运动。可采取某些措施以改进飞行品质。     

磁控等离子体对圆管内流动和传热的影响

数值研究了不同强度磁场作用下,等离子体隔离高温气体和圆管壁的可行性.计算采用磁场作用下的修正k-ε湍流模型和诱导磁场方程,并利用标量输运方程的求解器对它们进行求解.结果表明磁控等离子体改变了边界层内的对数律速度分布,降低了壁面摩擦系数;磁场有效地抑制湍流并阻止高温气体对等离子体的掺混,并有一定量的等离子体随高温气体喷出,继续包裹尾气.在强磁场作用下,等离子体内流动和传热出现各向异性,整体的传热能力被减弱,从而降低了圆管壁面温度.     

电弧等离子体射流光谱学诊断系统及软件包

本文描述了电弧等离子体射流光谱信号自动化ＣＣＤ测量系统，介绍了自行研制的诊断软件包的功能。我们采用的ＣＣＤ测量系统，数据采集和处理由ＰＣ机实施，其测量速度达到毫秒级，、波长分辨率为０．０１ｎｍ，一次测量光谱范围为２２．０ｎｍ。利用该系统对纯氩和氩、氮混合电弧等离子体射流进行了测量，获得了射流的原子和分子光谱谱图。     

涡旋式等离子体反应器流场的试验研究

本文给出了用激光多普勒测速仪（ＬＤＡ）测量涡旋式电弧等离子体化学反应器流场的实验研究结果。实验表明：这类等离子体反应器中，旋流切向速度分量和轴向速度分量径向分布划分成近轴、过渡和近壁区。喷入电弧等离子体射流对等离子体反应器流场的影响区域是近轴区，对过渡区和近壁区没有影响。提高旋流强度，轴向截面上旋流的两个速度分量径向分布分别呈相似的分布形式，等离子体反应器呈层流流动状态。     

外加纵向磁场作用TIG焊温度场的数值模拟

外加纵向磁场可以改变电弧加热有效半径进而影响焊接温度场分布。为了得到外加纵向磁场作用TIG焊的电弧加热有效半径,采用拍摄TIG焊水冷铜阳极板时电弧外观形态照片并对比照片的方法,测得外加纵向磁场对电弧加热有效半径的影响系数。通过数值模拟分析外加磁场TIG焊温度场的分布,模拟结果与实际相符。     

外加磁场对CO2焊的影响

针对CO2气保焊飞溅大的缺陷,本课题组在研究其短路过渡机理和飞溅产生原因的基础上,开展了用纵向磁场控制CO2气体保护焊飞溅的初步尝试.在进行了大量的工艺实验基础上,得到了以下的结论在一定的焊接规范下,外加纵向磁场有效的控制了CO2焊短路过渡中的焊接飞溅,获得较好的工艺效果;同时,存在一个最佳的纵向磁场范围,在这个范围内,磁场对飞溅的控制效果较佳.     

惰性气体?空气混合电弧流场特性研究

理论上小流率惰性气体添加到大流率空气电弧中不会影响对热防护材料的性能评估。采用控制电弧电流和惰性气体质量流率的方法,在电弧风洞实验平台上研究了分别在空气电弧中添加氦气（He）、氖气（Ne）、氩气（Ar）、氪气（Kr）等惰性气体?空气混合电弧的特性,测量了超声速喷管出口驻点热流密度、驻点压力和出口气流平均焓值等参数,分析了电弧电流、气体总质量流率、惰性气体质量流率占比等因素对流场特性的影响。实验结果表明:氦气质量流率占比11.46%、总质量流率0.2 kg/s、电弧电流1300 A条件下的氦气?空气混合电弧的出口气流平均焓值和热流密度分别比纯空气电弧增加了6.07%和1.02%;氖气、氩气和氪气等惰性气体?空气混合电弧在超声速喷管出口的焓值和驻点压力均低于纯空气电弧,且随混合气体总质量流率和电弧电流的增大而增大,其增大程度与添加气体介质的种类和质量流率占比有关。     

两电极等离子体高能合成射流流场及其冲量实验研究

两电极等离子体高能合成射流激励器通过腔体内电极间的瞬时电弧放电加热腔内气体,在激励器出口产生压差并喷出高速射流,从而产生反作用力和冲量。针对两电极等离子体高能合成射流响应快、持续时间短的特点,设计了单丝扭摆式微冲量测量系统,并结合高速阴影系统,对两电极等离子体高能合成射流的流场发展过程及其单脉冲冲量特性进行了实验研究。实验结果表明,两电极等离子体高能合成射流响应时间小于10μs,射流持续时间约为1ms,射流前锋最大速度约为190m/s,射流流场发展过程中存在多道强压缩波,并以当地声速向下游传播。单丝扭摆式微冲量测量系统可实现μN·s量级冲量测量精度,单脉冲冲量约为32μN·s,并且在低频状态下射流总冲量随激励器放电频率成线性增加。     

CO2焊外加纵向磁场的数值计算

针对CO2焊时与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在励磁电流作用下产生的外加磁场，采用积分方程法建立了磁控CO2焊外加纵向磁场的计算模型，对CO2焊外加磁场进行了数值计算，该方法具有模型简单、计算速度快和精度高等优点，并与实际测量结果进行了比较。计算及实验结果表明，利用所建模型计算得出的外加纵向磁场分布是准确的、可靠和有效的。     

电弧加热流场湍流度对尖锥边界层转捩影响的研究

电弧加热流场的热环境特性直接影响热防护系统的地面试验数据,由于电弧加热器高温气流和参数波动的原因,直接测量湍流度非常困难.为研究电弧加热流场湍流度对于边界层转捩的影响,采用红外热图热像仪,在电弧加热流场中进行了5°尖锥模型边界层转捩研究.结合数值计算,将试验结果与常规风洞的尖锥边界层转捩结果进行了比较.结果表明:马赫数影响的雷诺数转捩判别准则可以用于计算电弧加热流场的转捩雷诺数;电弧加热流场的尖锥边界层转捩雷诺数显著小于常规风洞的转捩雷诺数,表明在该试验条件下,电弧加热流场的湍流度显著大于常规风洞.     

微机控制能量补偿型TIG焊电源的研究

本文通过对电弧形态的分析，弧长波动对熔宽和电弧电流分散度的影响等测试，提出在纯氩气氛中，当弧长波动时，欲使有效热功率恒定，最佳电源外特性应用是能量补偿型电源外特性，通过大量薄板ＴＩＧ焊接实验，建立了能量补偿电源外行性数学模型，并成功地研制了８０９８单片微机控制的能量补偿型ＴＩＧ焊电源系统。     

高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置

笔者在已研制的壁稳电弧等离子体发生器基础上,改进了阳极结构、加置Laval喷管,建立了一套可长期连续运行的高稳定性电弧等离子体超声速喷管流动装置,超声速电弧射流的不稳定度为1％(纯氩)和3％(氮氩),电弧射流具有很好的稳定性、再现性和对称性。测量表明：超声速电弧射流的电子温度沿流动方向呈现出波浪形周期升降的变化规律。     

磁性流体研磨加工的实验研究

随着科学技术的发展,电子、光学和军品零件加工精度和表面质量的要求日益提高。采用普通研磨加工方法,虽然加工表面粗糙度和形状精度可符合要求,但表面加工变质层会使零件的机械物理性能降低。为此,开发研究出许多精加工技术。磁性研磨法是70年代新开发研究的一种加工方法,具有高精度、高效率和加工表面无变质层的特点,特别适合难研磨材料和复杂形状表面的研磨加工,并能在研磨加工过程中控制研磨效率和研磨精度。本文以自行研制的研磨装置为实验手段,对磁性流体研磨加工进行工艺试验,探索了研磨时间、磨粒粒径、混合液体积添加率和磁场强度诸因素对研磨效率和研磨精度的影响。并在此基础上对研磨机理进行了初步分析,提出了磁性流体研磨加工中单颗磨粒的运动模型,找出了研磨表面产生铜屑粘连、夹渣、磁性颗粒粘附和较粗划痕等缺陷的原因,以及控制措施。