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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.
    [1]

    Qiu L, Meng Y D, Ren Y X, Zhong S F 2006 Acta Phys. Sin. 55 5872 (in Chinese) [裘 亮、 孟月东、 任兆杏、 钟少锋 2006 物理学报 55 5872]

    [2]

    Zhang X H, Huang J, Lu X D, Peng L, Sun Y, Chen W, Feng K C, Yang S Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1595 (in Chinese) [张先徽、 黄 骏、 刘筱娣、 彭 磊、 孙 岳、 陈 维、 冯克成、 杨思泽 2009 物理学报 58 1595]

    [3]

    Hao Y P, Yang L, Tu E L, Chen J Y, Zhu Z W, Wang X L 2010 Acta Phys. Sin. 59 2610 (in Chinese) [郝艳捧、 阳 林、 涂恩来、 陈建阳、 朱展文、 王晓蕾 2010物理学报 59 2610]

    [4]

    Liu L Y, Zhang J L, Guo Q C, Wang D Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 2653 (in Chinese) [刘莉莹、 张家良、 郭卿超、 王德真 2010 物理学报 59 2653]

    [5]

    Yu L, Yan J H, Tu X, Li X D, Lu S Y, Cen K F 2008 EPL (Europhysics Letters) 83 45001

    [6]

    Yu L, Li X D, Tu X, Wang Y, Lu S Y, Yan J H 2010 J. Phys. Chem. A 114 360

    [7]

    Fridman A, Nester S, Kennedy L A, Saveliev A, Mutaf-Yardimci O 1999 Prog. Energy Combust. Sci. 25 211

    [8]

    Kuznetsova I, Kalashnikov N, Gutsol A, Fridman A, Kennedy L A 2002 J. Appl. Phys. 92 4231

    [9]

    Pellerin S, Richard F, Chapelle J, Cormier J M, Musiol K 2000 J. Phys. D: Appl. Phys. 33 2407

    [10]

    Lin L, Wu B, Yang C, Wu C K 2006 Plasma Sci. Technol. 8 653

    [11]

    Zhao Y H, Ma Q, Xia W D 2008 Plasma Sci. Technol. 10 65

    [12]

    Phillips R L 1967 Brit. J. Appl. Phys. 18 65

    [13]

    Wu H M, Carey G F 1992 IEEE Trans. Plasma Sci. 20 1041

    [14]

    Dalaine V, Cormier J M, Lefaucheux P 1998 J. Appl. Phys. 83 2435

    [15]

    Guo Z Y, Zhao W H 1986 Electric Arc and Thermal Plasma (Beijing: Science Press) P23 (in Chinese) [过增元、 赵文华 1986 电弧与热等离子体 (北京: 科学出版社) 第13页]

    [16]

    Watanabe T, Atsuchi N, Shigeta M 2007 Thin Solid Films 515 4209

    [17]

    Colombo V, Ghedini E, Sanibondi P 2008 Progress in Nuclear Energy 50 921

    [18]

    Chen X 1993 Heat Transfer and Flow of High-temperature Ionized Gas (Beijing: Science Press) P73 (in Chinese) [陈 熙 1993 高温电离气体传热与流动 (北京: 科学出版社) 第329页]

    [19]

    Li H, Su T, OU Y L, Wang H H, Bai X Y, Chen Z P, Liu W D 2006 Acta Phys. Sin. 55 3506 (in Chinese) [李 弘、 苏 铁、 欧阳亮、 王慧慧、 白小燕、 陈志鹏、 刘万东 2006 物理学报 55 3506]

    [20]

    Sun K, Xin Y, Huang X J, Yuan Q H, Ning Y Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 6465 (in Chinese) [孙 恺、 辛 煜、 黄晓江、 袁强华、 宁兆元 2008 物理学报 57 6465]

  • [1]

    Qiu L, Meng Y D, Ren Y X, Zhong S F 2006 Acta Phys. Sin. 55 5872 (in Chinese) [裘 亮、 孟月东、 任兆杏、 钟少锋 2006 物理学报 55 5872]

    [2]

    Zhang X H, Huang J, Lu X D, Peng L, Sun Y, Chen W, Feng K C, Yang S Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1595 (in Chinese) [张先徽、 黄 骏、 刘筱娣、 彭 磊、 孙 岳、 陈 维、 冯克成、 杨思泽 2009 物理学报 58 1595]

    [3]

    Hao Y P, Yang L, Tu E L, Chen J Y, Zhu Z W, Wang X L 2010 Acta Phys. Sin. 59 2610 (in Chinese) [郝艳捧、 阳 林、 涂恩来、 陈建阳、 朱展文、 王晓蕾 2010物理学报 59 2610]

    [4]

    Liu L Y, Zhang J L, Guo Q C, Wang D Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 2653 (in Chinese) [刘莉莹、 张家良、 郭卿超、 王德真 2010 物理学报 59 2653]

    [5]

    Yu L, Yan J H, Tu X, Li X D, Lu S Y, Cen K F 2008 EPL (Europhysics Letters) 83 45001

    [6]

    Yu L, Li X D, Tu X, Wang Y, Lu S Y, Yan J H 2010 J. Phys. Chem. A 114 360

    [7]

    Fridman A, Nester S, Kennedy L A, Saveliev A, Mutaf-Yardimci O 1999 Prog. Energy Combust. Sci. 25 211

    [8]

    Kuznetsova I, Kalashnikov N, Gutsol A, Fridman A, Kennedy L A 2002 J. Appl. Phys. 92 4231

    [9]

    Pellerin S, Richard F, Chapelle J, Cormier J M, Musiol K 2000 J. Phys. D: Appl. Phys. 33 2407

    [10]

    Lin L, Wu B, Yang C, Wu C K 2006 Plasma Sci. Technol. 8 653

    [11]

    Zhao Y H, Ma Q, Xia W D 2008 Plasma Sci. Technol. 10 65

    [12]

    Phillips R L 1967 Brit. J. Appl. Phys. 18 65

    [13]

    Wu H M, Carey G F 1992 IEEE Trans. Plasma Sci. 20 1041

    [14]

    Dalaine V, Cormier J M, Lefaucheux P 1998 J. Appl. Phys. 83 2435

    [15]

    Guo Z Y, Zhao W H 1986 Electric Arc and Thermal Plasma (Beijing: Science Press) P23 (in Chinese) [过增元、 赵文华 1986 电弧与热等离子体 (北京: 科学出版社) 第13页]

    [16]

    Watanabe T, Atsuchi N, Shigeta M 2007 Thin Solid Films 515 4209

    [17]

    Colombo V, Ghedini E, Sanibondi P 2008 Progress in Nuclear Energy 50 921

    [18]

    Chen X 1993 Heat Transfer and Flow of High-temperature Ionized Gas (Beijing: Science Press) P73 (in Chinese) [陈 熙 1993 高温电离气体传热与流动 (北京: 科学出版社) 第329页]

    [19]

    Li H, Su T, OU Y L, Wang H H, Bai X Y, Chen Z P, Liu W D 2006 Acta Phys. Sin. 55 3506 (in Chinese) [李 弘、 苏 铁、 欧阳亮、 王慧慧、 白小燕、 陈志鹏、 刘万东 2006 物理学报 55 3506]

    [20]

    Sun K, Xin Y, Huang X J, Yuan Q H, Ning Y Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 6465 (in Chinese) [孙 恺、 辛 煜、 黄晓江、 袁强华、 宁兆元 2008 物理学报 57 6465]

  • [1] 张磊, 于锦禄, 赵兵兵, 陈朝, 蒋永健, 胡长淮, 程惠能, 郭昊. 高气压下交流旋转滑动弧放电特性实验研究. 物理学报, 2022, 71(7): 075204. doi: 10.7498/aps.71.20211232
    [2] 朱海龙, 李雪迎, 童洪辉. 三维数值模拟射频热等离子体的物理场分布. 物理学报, 2021, 70(15): 155202. doi: 10.7498/aps.70.20202135
    [3] 夏舸, 杨立, 寇蔚, 杜永成. 基于变换热力学的三维任意形状热斗篷设计. 物理学报, 2017, 66(10): 104401. doi: 10.7498/aps.66.104401
    [4] 刘宸, 孙宏祥, 袁寿其, 夏建平. 基于温度梯度分布的宽频带声聚焦效应. 物理学报, 2016, 65(4): 044303. doi: 10.7498/aps.65.044303
    [5] 王平, 尹玉真, 沈胜强. 三维有序排列多孔介质对流换热的数值研究. 物理学报, 2014, 63(21): 214401. doi: 10.7498/aps.63.214401
    [6] 薛明晰, 陈志斌, 王伟明, 欧阳慧泉, 刘先红, 宋岩, 张超, 肖文健, 侯章亚. 多波长红外激光二极管峰值光谱热漂移研究. 物理学报, 2014, 63(15): 154206. doi: 10.7498/aps.63.154206
    [7] 支蓉, 龚志强, 王启光, 熊开国. 时间滞后对全球温度场关联性的影响. 物理学报, 2011, 60(8): 089202. doi: 10.7498/aps.60.089202
    [8] 冯爱霞, 龚志强, 黄琰, 王启光. 全球温度场信息熵的时空特征分析. 物理学报, 2011, 60(9): 099204. doi: 10.7498/aps.60.099204
    [9] 刘冬, 严建华, 王飞, 黄群星, 池涌, 岑可法. 火焰烟黑三维温度场和浓度场同时重建实验研究. 物理学报, 2011, 60(6): 060701. doi: 10.7498/aps.60.060701
    [10] 倪明江, 余量, 李晓东, 屠昕, 汪宇, 严建华. 大气压直流滑动弧等离子体工作特性研究. 物理学报, 2011, 60(1): 015101. doi: 10.7498/aps.60.015101
    [11] 黄金哲, 王宏, 常彦琴, 沈涛, Andreev Y. M., Shaiduko A. V.. BBO晶体倍频中的温度场与光场耦合模拟. 物理学报, 2010, 59(9): 6243-6249. doi: 10.7498/aps.59.6243
    [12] 韩奇钢, 马红安, 肖宏宇, 李瑞, 张聪, 李战厂, 田宇, 贾晓鹏. 基于有限元法分析宝石级金刚石的合成腔体温度场. 物理学报, 2010, 59(3): 1923-1927. doi: 10.7498/aps.59.1923
    [13] 吴迪, 宫野, 雷明凯, 刘金远, 王晓钢, 刘悦, 马腾才. 高功率离子束辐照膜基双层靶温度场的数值研究. 物理学报, 2010, 59(7): 4826-4830. doi: 10.7498/aps.59.4826
    [14] 王启光, 侯威, 郑志海, 高荣. 东亚区域大气长程相关性. 物理学报, 2009, 58(9): 6640-6650. doi: 10.7498/aps.58.6640
    [15] 支蓉, 龚志强, 郑志海, 周磊. 基于矩阵理论的全球温度资料的尺度性研究. 物理学报, 2009, 58(3): 2113-2120. doi: 10.7498/aps.58.2113
    [16] 杨永明, 许启明, 过 振. 不同抽运光分布下端面抽运固体激光器中晶体的端面温度分布研究. 物理学报, 2008, 57(1): 223-229. doi: 10.7498/aps.57.223
    [17] 刘明强, 李斌成. 光学薄膜样品的温度场和形变场分析. 物理学报, 2008, 57(6): 3402-3409. doi: 10.7498/aps.57.3402
    [18] 李新贝, 张方辉, 王秀峰. 表面传导电子发射显示器件电场分布的理论研究. 物理学报, 2006, 55(11): 6141-6146. doi: 10.7498/aps.55.6141
    [19] 闫长春, 薛国刚, 刘 诚, 高淑梅. 多层超薄薄膜介质光热辐射的三维理论研究. 物理学报, 2005, 54(7): 3058-3062. doi: 10.7498/aps.54.3058
    [20] 钱盛友, 王鸿樟. 聚焦超声源对生物媒质加热的理论研究. 物理学报, 2001, 50(3): 501-506. doi: 10.7498/aps.50.501
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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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