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[学位]

毛细管放电等离子体的二维模型及其射流特性的实验研究

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Author:

苏国磊 (苏国磊.)

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学位论文库

Abstract:

采用等离子体点火方式的电热化学炮由于在弹丸出膛速度、温度补偿性及发射可控性等方面的诸多优势,被认为是最早应用于实战的新型身管武器。电热化学炮发射过程中包含着等离子体与毛细管壁、发射药等之间的复杂相互作用过程,本文主要研究其中的毛细管放电等离子体学术模型及其射流特性,对于进一步掌握等离子体点火机理有一定意义。本文首先建立了毛细管内电弧放电等离子体的二维磁流体动力学模型,其主要特点在于:在质量、动量、能量守恒方程中均考虑了烧蚀产物的影响;能量守恒方程中通过采用热力学焓值的方法、特别引入了烧蚀产物所注入的能量;考虑沉积和烧蚀的双向作用过程,并采用基于鞘层理论的动力学烧蚀模型来描述电弧等离子体对器壁的烧蚀作用。针对PE毛细管材料,在作用电流为2291A时,相关的计算结果表明放电过程中随着毛细管内压力值从出口处向里沿轴向方向从1atm逐渐增加到39atm,毛细管管壁处的烧蚀过程逐渐由烧蚀变成了沉积;等离子体在出口处的速度达到了10km/s,速度值沿轴向方向向里逐渐降低,并且在出口处附近速度值变化最剧烈。基于毛细管放电等离子体射流实验平台,本文针对敞开环境下射流的物理特性进行了实验研究。利用高精度压力传感器阵列来测量射流的压力分布、光耦二极管阵列来测量射流在敞开环境中运动的平均速度、利用高速摄影仪记录射流的整个发展过程。实验结果显示,在6kV充电电压作用下,等离子体射流在敞开环境中运动的平均速度达到了600m/s;在距离喷口50mm处等离子体射流中心的压力峰值达到了5.1MPa,沿径向方向压力值迅速降低,在距离射流中心15mm处压力峰值下降到了1.5MPa。此外,本文分析了毛细管尺寸对等离子体射流一致性的影响,并提出了一种提高等离子体发生器绝缘性能的结构方案。相关实验结果表明:在6kV充电电压作用下,长度26mm,直径3.2mm的PE材料毛细管其放电过程持续时间缩短到了0.82ms,不同次放电时等离子体射流的一致性也较好。在18kV额定电压作用下,计算结果显示,通过将发生器中PTFE绝缘管与环氧树脂绝缘管的重合长度从2mm增加到10mm,气隙为0.5mm时发生器中电场强度最大值从5.3�V/m降低到了4.05�V/m,发生器的绝缘性能得到了提高。

Keyword:

电热化学炮等离子体点火毛细管射流烧蚀

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 贾申利

Year: 2011

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 6

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