介质阻挡放电等离子体发光特性的光谱分析

利用光谱仪作为等离子体的诊断手段,开展了一系列实验,包括等离子体光谱强度与电源电压和频率的关系、等离子体光谱强度沿弦向的变化规律、降低气压以及冲入其它气体对等离子体发光强度的影响.实验中发现等离子体发光强度与电源电压是线性关系而频率对发光强度影响不大;发光强度沿弦向变化规律近似为高斯分布;降低气压、冲入氦气都可增强等离子体发光强度.这些工作为开展进一步的实验研究以及数值模拟工作奠定了基础.      

等离子体点火器设计及其放电特性研究

基于等离子体放电理论,设计了3种不同形式的等离子体点火器:环形等离子体点火器、碟形等离子体点火器和圆柱等离子体点火器。对于不同的等离子体点火器,研究了在电源激励形式、电压、气体压力变化时的点火器放电特性,并将等离子体点火器与普通火花塞点火器的点火进行了对比分析。结果表明:设计的3种等离子体点火器能够有效地产生等离子体放电流注;随着放电环境的空气气压的逐渐升高,等离子体点火器的临界放电电压不断增大;在低气压时,击穿阈值电压随气压增加呈线性上升,基本符合帕邢定律的放电公式,在高气压时 ,放电阈值电压会偏离帕邢定律。     

TiAl合金粉末射频等离子体球化过程数值模拟

采用数值模拟的方法对TiAl合金粉末的射频(radio frequency)等离子体球化过程进行研究,分析速度场和温度场对不同粒径TiAl合金粉末的运动轨迹及质量变化的影响。结果表明:粉体颗粒在等离子体的高温作用下温度急剧升高,表面蒸发导致粒径降低,太小的颗粒很快蒸发消失掉;在冷却塔下端,不同粒径颗粒的运动轨迹存在较大差异,小颗粒倾向于随气流进入气流出口,大颗粒落到冷却塔底部被收集;增大气流量会提高球化系统中的气流速度,导致在气流出口能被气流带走的颗粒粒径变大,收粉率降低;模拟得到TiAl合金粉末球化后的粉末粒径分布、平均粒径及收粉率等参数与实验结果比较接近,模型能够较好地符合实际球化过程。     

两种翼型螺旋桨ARA-D和S1223的等离子体增效实验研究

文章首先基于雷诺相似理论,在地面螺旋桨实验平台上开展ARA-D翼型螺旋桨微秒脉冲等离子体增效三维实验,结果表明,等离子体对螺旋桨拉力增效效果随着脉冲频率增加而减弱,而螺旋桨转矩受等离子体影响随拉力增效效果增加而减弱,拉力、效率最大增幅分别达到10.79%、11.56%。而后基于雷诺相似理论及叶素理论,在低湍流度风洞开展S1223翼型螺旋桨叶素微秒脉冲等离子体增效二维实验,结果表明等离子体激励提高了翼型各叶素拉力,其中根部与尖部叶素表现尤为明显。二维实验结果可为三维实验激励器展向排布方案提供理论依据。2种实验结果均表明,等离子体射流可以有效抑制翼型表面流动分离。     

Miniaturized laser-induced plasma spectrometry for planetary in situ analysis – The case for Jupiter’s moon Europa

Jupiter’s icy moon Europa is one of most promising places in our Solar System where possible extraterrestrial life forms could exist either in the past or even presently. The Europa Lander mission, an exciting part of the international Europa Jupiter System Mission (EJSM/Laplace), considers in situ planetary exploration of the moon. The distance of Europa from the Earth and the Sun asks for autonomous analytical tools that maximize the scientific return at minimal resources, demanding new experimental concepts. We propose a novel instrument, based on the atomic spectroscopy of laser generated plasmas for the elemental analysis of Europa’s surface materials as far as it is in reach of the lander for example by a robotic arm or a mole, or just onboard the lander. The technique of laser-induced plasma spectrometry provides quantitative elemental analysis of all major and many trace elements. It is a fast technique, i.e. an analysis can be performed in a few seconds, which can be applied to many different types of material such as ice, dust or rocks and it does not require any sample preparation. The sensitivity is in the range of tens of ppm and high lateral resolution, down to 50 μm, is feasible. In addition, it provides the potential of depth profiling, up to 2 mm in rock material and up to a few cm in more transparent icy matrices. Key components of the instrument are presently developed in Germany for planetary in situ missions. This development program is accompanied by an in-depth methodical investigation of this technique under planetary environmental conditions.     

减压直流等离子体射流电子温度的双静电探针测量

建立了一套双静电探针诊断系统,用于检测在气流量为4.2 slm、弧电流为80 A、真空室压力为165Pa的条件下纯氩直流非转移弧等离子体射流的电子温度及其分布。结果表明:发生器出口处射流中心的电子温度约为14 500 K,射流中电子温度随离开发生器出口的轴向或径向距离的增加而单调降低;径向电子温度梯度约为263 K/mm,轴向电子温度梯度为69 K/mm;射流中电子温度随弧电流增加而单调上升。     

不同稀释气体下等离子体辅助甲烷点火

等离子体由于可以同时在燃料反应中增加化学效应与热效应,有望成为辅助点火的有效技术途径。构建了基于激波管的等离子体辅助甲烷点火实验系统,测量了甲烷自点火、持续放电以及放电后断电条件下的点火延迟时间,分析了不同稀释气体下等离子体对甲烷点火延迟的缩短效果。构建了等离子体发射光谱测量系统,测量了放电单元中的发射光谱。在实验条件下,点火温度越高,持续放电下活性粒子的浓度越高。较小的放电功率(4 W)即可将甲烷的点火延迟时间缩短30%~95%。稀释气体为Ar时,等离子体在点火温度小于1 000 K或大于1 400 K时对甲烷点火延迟时间缩短作用更好。稀释气体为N2时,随着点火温度的升高,等离子体对甲烷点火延迟时间作用效果随之降低。     

等离子体气动激励体积力的实验研究

等离子体流动控制作为一种新概念主动流动控制技术,其物理作用依据之一是"动力效应".体积力作为表征"动力效应"的重要参数,对研究等离子体流动控制的原理具有重要意义.介绍了实验原理及系统的基本组成,对等离子体气动激励体积力进行了实验测量.结果表明:体积力的大小在mN量级;固定激励频率,激励电压增大时,体积力增大,且线性关系非常明显;固定激励电压,体积力受激励频率的影响不大.     

TiAl合金表面激光重熔陶瓷涂层组织及耐磨性能

为了提高TiAl合金耐磨性能,采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了Al2O2-13% TiO2(质量分数)复合陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了涂层微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察.结果表明,经过激光重熔处理后,陶瓷涂层颗粒细化,片层状组织得以消失,致密性提高,获得了基本没有裂纹等缺陷的重熔层.由于陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现重熔,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小的等轴晶重熔区、烧结区以及片层状残余等离子喷涂区.激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高,其耐磨性能也明显优于原等离子喷涂层.     

等离子体气动激励的诱导气流速度的实验研究(英文)

等离子体流动控制是基于等离子体气动激励的主动流动控制,可用于改善飞行器和动力装置空气动力特性.为了探索等离子体流动控制的内在机理,在不同的参数条件下,对等离子体气动激励的诱导气流速度进行了实验研究.实验结果表明:等离子体气动激励可以把激励器表面空气加速到每秒几米的速度,诱导气流与激励器表面有一个约5°的夹角,且气流经加速后会形成漩涡结构.固定激励频率,诱导气流速度随激励电压增大而增大;固定激励电压,诱导气流速度受激励频率的影响不大;激励器布局对等离子体气动激励器的性能有重要影响.