為了獲得用于研究再入飛行器熱防護(hù)系統(tǒng)的感應(yīng)耦合等離子體風(fēng)洞流場數(shù)據(jù),基于流場、電磁場和化學(xué)場的多場耦合建立了非平衡態(tài)感應(yīng)耦合等離子體數(shù)值模型。利用該模型對不同入口質(zhì)量流率和不同工作壓力下的感應(yīng)耦合等離子體進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了相應(yīng)工作參數(shù)下感應(yīng)耦合等離子體溫度與速度的分布特性。計(jì)算結(jié)果表明:等離子體中心線上的速度隨著入口質(zhì)量流率的增大而增大,而隨著工作壓力的增大而減小;同時(shí),等離子體中心線上的溫度隨著入口質(zhì)量流率的增大而減小,而隨著壓力的增大先減小后增大。這些結(jié)果可為感應(yīng)耦合等離子體風(fēng)洞優(yōu)化設(shè)計(jì)及其工業(yè)應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。 

【文章來源】：核聚變與等離子體物理. 2020,40(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

感應(yīng)耦合等離子體炬示意圖

在以下的數(shù)值模擬中，以氬氣為工作氣體，分析不同工作參數(shù)對氬氣感應(yīng)耦合等離子體流場的影響。在數(shù)值計(jì)算中，采用有限元法對控制方程和電磁場方程進(jìn)行離散化，等離子體模型網(wǎng)格劃分如圖2所示，網(wǎng)格元素的總數(shù)為34866，在線圈區(qū)域周圍使用細(xì)網(wǎng)格以精確地計(jì)算電磁場分布。3 結(jié)果與討論

在放電頻率f=4.0MHz、質(zhì)量流率為0.65g?s-1、線圈功率P=10kW、氣壓pch=4000Pa條件下，模擬得到的感應(yīng)耦合等離子體的速度與溫度分布云圖如圖3所示。由圖3a可以看出，感應(yīng)耦合等離子體的最大速度分布在線圈下游的軸線上，最大速度為66.9m?s-1，在入口處，等離子體氣流速度較低。由圖3b可知，在進(jìn)氣口到軸向位置50mm處，氣體溫度很低，等離子體在此區(qū)域尚未形成；然而從第一個(gè)線圈位置開始，氣體溫度迅速升高，并且最高溫度出現(xiàn)在等離子體炬第二個(gè)線圈的中心位置處，最高溫度為7610K。此外，經(jīng)分析現(xiàn)有的10kW氮?dú)夂涂諝飧袘?yīng)耦合等離子體實(shí)驗(yàn)[16]結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中，感應(yīng)耦合等離子體在感應(yīng)線圈區(qū)域中心線附近的溫度和速度值比壁面處的值更高[17]。由于等離子體炬管壁上通常注有循環(huán)冷卻水以降低管壁溫度，壁面附近氣流溫度越低，冷卻水所帶走的熱量就越少，風(fēng)洞熱效率就越高，這也是實(shí)驗(yàn)研究所期待的。因此，以上關(guān)于ICP的速度與溫度模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨于一致，說明本文模擬結(jié)果是合理的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3129077