（电工理论与新技术专业论文）水射流等离子弧动态伏安特性.pdf

哈尔滨理丁人学t 学硕士学位论文 第2 章水射流等离子弧发生及测试系统的建立 本项目研究水射流等离子弧参数测试与分析，需要建立实验与测试平台， 包括放电系统、测试系统、供水及控制系统。放电系统主要为电路，包括调压 器、变压器、反应器；测试系统主要包括：信号传感器、数据采集卡、计算机； 供水及控制系统主要包括高压水泵、流量计、调节阀等。本章在建立硬件系统 的同时建立了信号采集及分析软件，为水射流等离子弧的产生及信号分析奠定 了基础。 2 1 反应器结构设计 等离子体开发应用的核心技术是等离子体发生器( 炬) 或反应器( 炉) 。热等离 子体发生器的种类较多，其形式有：直流非转移弧型、直流转移弧型、交流弧 型、r f 感应耦合型、d c 和r f 混合型、燃烧型【5 6 ，5 7 1 。本系统采用交流电弧型反应 器，如图2 1 所示。 f i g 2 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fr e a c t o r 反应器内电极直径为1 5 m m ，外面可加绝缘套以改变电极与工质的接触面 积，外电极直径为3 4 m m ，放电间隙可通过调节内电极深入长度调节，喷嘴孔径 为l m m 、1 5 m m 、2 m m 、3 m m 可更换。水流从反应器后部进水口流入，内外电 极间加高压电源。在高电场作用下，由阴极表面所发射的热电子和场致冷发射 电子所形成的电子流不断增强，当它们所产生的热量大于水的汽化热时，水被 蒸发变成蒸汽，产生热化气现象。与此同时，若电子的能量大于水分子的电离 哈尔滨理工人学工学硕上学位论文 能，被碰撞的水分子变成氧离子和氢离子，或通过复合过程生成氢气和氧气， 这就是所谓的电离化气现象。这种由水蒸汽、氢气和氧气组成的混合气体，在 足够的电场下，被进一步电离，即可形成等离子弧。这种由水蒸汽产生的等离 子弧中心温度可高达1 1 0 0 0 k ，流速可达2 2 0 州s 【58 1 ，在反应器喷口处以相当大的 压力高速喷出，其反作用力将推动载体反向运动，这就形成了所谓的水射流等 离子弧推进效应。一般气体电弧等离子体发生器都需要有专门的水循环冷却系 统【5 9 】，而本系统直接采用水作为反应工质，水同时起到了对电极的冷却作用， 这样就大大简化了反应器结构，降低了成本并能保证电极的使用寿命。 由前述水射流等离子弧发生机理可知，放电时反应器内温度高、压力大， 因此在设计时必须满足耐高温及密封条件。反应器后端盖直接与高温的水蒸气 接触，采用耐高温的聚四氟乙烯材料制作：前端盖受热少，为减少成本采用尼 龙材料制作。内电极由后端盖上的中心螺孔固定，外电极镶嵌在前后端盖之间， 整个反应器通过三根螺栓紧固前后端盖实现密封，反应器零件及装配如图2 2 。 图2 2 反应器零件及装配图 f i g 2 - 2p a i - t sa n da s s e m b l yd i a g r a mo fr e a c t o r 2 2 电弧放电及测试系统 2 2 1 放电及测试电路 放电及测试回路如图2 3 ，在放电回路中并联电阻分压器，用低压臂采样放 电电