定弧长非转移直流电弧等离子体高频脉动特性研究

	定弧长非转移直流电弧等离子体高频脉动特性研究
英文题名	A Study of High-frequency fluctuations and Characteristics of non-transferred dc Plasma with Fixed Arc Length
	曹进文
导师	黄河激
	2014
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	材料工程
摘要	本文主要是基于对具有特殊结构的直流电弧等离子体炬的实验工作，包括三个部分。第一部分研究等离子体炬在减压条件下弧电压、弧电流与阴极腔压力的高频耦合脉动；第二部分发展了空间分辨的快速射流速度测量方法，获得了射流速度空间分布；第三部分采用三探针方法获得了射流中电子密度与电子温度的空间分布。相关实验在课题组已有的组合等离子体沉积系统上开展。典型实验工况为：等离子体气体为纯氩气，气体质量流量为8.5 slm（主进气5.7slm，辅进气2.8slm）。真空室压力维持在500 Pa以下。等离子体电源电流为70A~120A。实验结果表明：弧电压与阴极腔压力的耦合脉动频率为4 kHz左右。结合数值模拟与实验获取的数据，估算了造成耦合相位差的压力扰动在等离子体炬中间通道内的起始位置。弧电压与弧电流的高频脉动耦合相位差基本成反相，且相位差随等离子体电源电流变化不明显。利用射流自身波动，发展了特征信号图像测速法。实验结果与以前采用接触式探针测量的结果吻合良好，其优点在于可以方便快速地实现流场速度二维分布测量，在现有实验条件下，空间分辨精度可达到10 mm，时间分辨精度达到1 ms。建立了一组静电三探针系统，诊断了射流在减压条件下，电子密度、电子温度的空间分布，并对实验与计算误差进行了分析。结果表明，电子密度随径向距离增加而衰减，在轴线上最高可达1.4×1020m-3；轴向上电子密度分布总体为递减，但有跳跃式上升。电子温度径向分布的最大值偏离轴心5mm～25mm；轴向上，电子温度总体逐渐升高，但有跳跃式下降。阳极出口11mm区域电子温度最小，为0.5～1eV；在100mm附近电子温度最大值，为2.4eV左右。在射流轴向距离为67mm和83mm处获得电子密度、电子温度与输入功率的关系。结果表明，电子密度与输入功率具有线性递增关系，但不同空间位置有不同的增长系数。电子温度在射流中心与输入功率具有递减关系；在偏离中心16mm处，功率小于6kW时电子温度随功率递增，功率大于6kW时电子温度递减。
索取号	31088
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48972
专题	高温气体动力学国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	曹进文. 定弧长非转移直流电弧等离子体高频脉动特性研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
G201463222705.pdf（3072KB）			开放获取	--	请求全文