【摘要】：為了研究再入飛行器熱防護材料、開展飛行器氣動性能測試實驗,近年來,世界各國紛紛建立了不同類型、不同級別的等離子體風洞實驗設(shè)備,如電弧加熱風洞、激波風洞、感應耦合等離子體風洞(也稱為高頻感應等離子體風洞或射頻等離子體風洞)。由于感應耦合等離子體具有無電極污染,溫度均勻,弧區(qū)大,能提供純凈熱源,工質(zhì)不受限制等特點,它在航空航天、冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域中有著巨大的應用前景�；诟袘詈系入x子體源有著非常重要的應用前景,非常有必要對感應耦合等離子體放電特性進行詳細的研究。本文主要研究10千瓦氬氣感應耦合等離子體風洞在典型工況氣壓p=4000 Pa條件下不同放電狀態(tài)對感應耦合等離子體放電特性的影響,同時分析了不同工作參數(shù)(放電頻率、工作壓力、線圈功率和質(zhì)量流率)下非平衡感應耦合等離子體的放電特性,為感應耦合等離子體風洞優(yōu)化設(shè)計及其工業(yè)應用提供理論指導和基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。本文針對柱狀感應耦合等離子體的放電過程建立了二維軸對稱幾何模型,在數(shù)值模型過程中,我們使用流體力學模型分別建立了平衡態(tài)和非平衡態(tài)感應耦合等離子體數(shù)值模型,獲得不同放電狀態(tài)下的數(shù)值模擬結(jié)果,然后將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比分析,可以看出,使用非平衡模型得到的感應耦合等離子體的流場結(jié)果與實驗結(jié)果更加一致,從理論上講也更加合理。接下來我們分析了不同工作參數(shù)對非平衡態(tài)感應耦合等離子體放電的影響。計算結(jié)果表明:等離子體炬內(nèi)最大電子數(shù)密度隨著工作壓力和線圈功率的增大而增大,隨著放電頻率和入口質(zhì)量流率的增大而減小;最大電子溫度隨著線圈功率的增大而增大,隨著放電頻率、工作壓力和入口質(zhì)量流率的增大而減小;等離子體炬內(nèi)最大氣體速度隨著線圈功率和入口質(zhì)量流率的增大而增大,隨著放電頻率和工作壓力的增大而減小;同時可以發(fā)現(xiàn),等離子體炬內(nèi)最大平均溫度隨著工作壓力和線圈功率的增大而增大,隨著放電頻率和入口質(zhì)量流率的增大而減小。
【圖文】：

感應耦合等離子體風洞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局圖

感應耦合等離子體發(fā)生器[20]
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM724

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