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滑动弧低温等离子体放电特性的数值模拟研究

汪宇 李晓东 余量 严建华

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滑动弧低温等离子体放电特性的数值模拟研究

汪宇, 李晓东, 余量, 严建华

Numerical simulation study on characteristics of gliding arc discharge

Wang Yu, Li Xiao-Dong, Yu Liang, Yan Jian-Hua
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  • 滑动弧等离子体的电弧温度场、电场和导电区域尺寸是确定电子温度、电子密度、化学反应速率以及能量效率的重要参数.对气流量为1.43 L/min和6.42 L/min时50 Hz交流滑动弧放电的电参数进行了测量;用瞬态的电弧模型描述滑动弧的能量传递,并用近似的介质电导率和热扩散系数对模型进行简化,解决了由于电弧结构变化所导致的移动边界问题;模拟求得等离子体的电弧结构、电场强度和动态温度场等参数的演化.其中,电弧电场的模拟值与实验值基本符合,计算得到电弧轴心温度可以达到5700—6700 K.研究结果表明,气流直
    The arc temperature field, electric field and size of conducting zone of gliding arc plasma are important parameters to determine the temperature and density of the electrons, the chemical reaction rates and energy efficiency. Electrical parameters of a 50 Hz ac gliding arc discharge were measured under conditions of two gas flow rates, 1.43 L/min and 6.42 L/min. An instantaneous model which was used to describe the energy transfer of gliding arc discharge was simplified by using an approximate expression for the electrical conductivity and diffusivity of plasma, which ravelled out the moving boundary in the gliding arc simulation resulting from variation of arc structure. The current density, electric field, dynamic temperature field and the structure of ac gliding arc was calculated. The electric field strength from the simulation result of the model was in agreement with the experimental data. According to the calculational result, the temperature on the axis of arc reached as high as 5700—6700 K. It showed the gas flow directly affected the arc structure and current density, thus further affected the electric field strength and temperature distribution. The electric field strength increased firstly and then decreased during a discharge period.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50476058,50976099)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-04-19
  • 修回日期:  2010-05-12
  • 刊出日期:  2011-03-15

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