CN103415135A - 高速流动环境下等离子体强化放电的装置及方法 - Google Patents

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魏立秋
李楠
吴竹雨
王友银
于达仁
鲍文
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Abstract

高速流动环境下等离子体强化放电的装置及方法,它涉及一种等离子体放电装置及方法,以解决现有等离子体放电的装置电离不够充分的问题。装置:第一上接线柱与第一上铜质电极连接,第一下接线柱与第一下铜质电极连接,数个铜针按矩形阵列布置在第一上陶瓷板的表面上。方法:一、第一上接线柱和第二上接线柱均与电源的正极连接,第一下接线柱和第二下接线柱均与地线连接;二、第一上接线柱和第二上接线柱的电源均采用高频高压电源;三、上陶瓷云母板与第二上铜质电极、下陶瓷云母板与第二下铜质电极之间均用硅胶粘合;四、空气经过铜针区域时,由铜针放电并产生电离种子,电离种子在主电离区与空气碰撞形成强化放电。本发明用于超声速燃烧。

Description

高速流动环境下等离子体强化放电的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种等离子体放电的装置及方法,具体涉及一种高速流动环境下等离子体强化放电的装置及方法。
背景技术
传统等离子体放电主要通过电子束注入与纳秒脉冲放电产生高密度等离子体,电子束注入因为需要真空环境的固有缺陷限制了其应用范围,因此目前主要采用纳秒脉冲放电产生所需要的等离子体。纳秒脉冲放电除了鞘层区的强电场可以产生高能电子外,其正柱区也有比较高的电场,具有很高的能量效率。现有等离子体放电的装置只有一个等离子体放电区,如图2所示,一个等离子体放电区放电较弱,放电性能差,电离不够充分。
发明内容
本发明的目的是为解决现有等离子体放电的装置只有一个等离子体放电区,放电较弱,放电性能差,导致电离不够充分的问题,而提出一种高速流动环境下等离子体强化放电的装置及方法。
本发明的装置:本发明的高速流动环境下等离子体强化放电的装置包括框架、第一上陶瓷板、第一下陶瓷板、第二上陶瓷板、第二下陶瓷板、第一上铜质电极、第一下铜质电极、第二上铜质电极、第二下铜质电极、上陶瓷云母板、下陶瓷云母板、第一上接线柱、第一下接线柱、第二上接线柱、第二下接线柱和数个铜针,框架沿纵向中心线设有通道,通道内部通道尺寸长×宽×高为200mm×40mm×20mm,框架的前端面和后端面分别设有法兰,通道的后段上、下壁面分别设有第二上陶瓷板槽和第二下陶瓷板槽,第二上陶瓷板安装在第二上陶瓷板槽中,第二下陶瓷板安装在第二下陶瓷板槽中,第二上陶瓷板朝向通道一侧的表面上设有第二上电极槽,第二下陶瓷板朝向通道一侧的表面上设有第二下电极槽,第二上铜质电极和上陶瓷云母板由内至外安装在第二上电极槽中,第二下铜质电极和下陶瓷云母板由内至外安装在第二下电极槽中,第二上接线柱的一端与第二上铜质电极连接,第二上接线柱的另一端位于框架的外面,第二下接线柱的一端与第二下铜质电极连接,第二下接线柱的另一端位于框架的外面,距通道前端面入口15mm处的上、下壁面上分别设有第一上陶瓷板槽和第一下陶瓷板槽,第一上陶瓷板槽与第二上陶瓷板槽的纵向间距s为5mm~10mm,第一上陶瓷板安装在第一上陶瓷板槽中,第一下陶瓷板安装在第一下陶瓷板槽中,第一上陶瓷板朝向通道一侧的表面上设有第一上电极槽,第一下陶瓷板朝向通道一侧的表面上设有第一下电极槽,第一上铜质电极安装在第一上电极槽中,第一下铜质电极安装在第一下电极槽中,第一上接线柱的一端与第一上铜质电极连接,第一上接线柱的另一端位于框架的外面,第一下接线柱的一端与第一下铜质电极连接,第一下接线柱的另一端位于框架的外面,数个铜针按矩形阵列布置在第一上陶瓷板的表面上,铜针的针尖至第一下陶瓷板表面的间距t为10mm~15mm。
本发明的方法:本发明的方法是通过以下步骤实现的:
步骤一、将位于框架外面的第一上接线柱与电源的正极连接,位于框架外面第一下接线柱与地线连接,位于框架外面的第二上接线柱与电源的正极连接,位于框架外面的第二下接线柱与地线连接;
步骤二、与第一上接线柱连接的电源采用高频高压电源,其电压为6kV、频率为40kHz,与第二上接线柱连接的电源采用高频高压电源,其电压为50-100kV、脉冲宽度为10ns、频率为25-50kHz;
步骤三、上陶瓷云母板与第二上铜质电极之间用硅胶粘合,下陶瓷云母板与第二下铜质电极之间用硅胶粘合;
步骤四、空气从通道入口引入,空气经过铜针区域时,由铜针放电进行预电离后产生电离种子,电离种子随着气流流入主电离区,在主电离区电离种子与空气碰撞进行进一步电离,来形成强化放电。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
装置:本发明在第二上铜质电极和第二下铜质电极的前端增设了第一上铜质电极、第一下铜质电极和铜针,由此增加了预电离区,降低主电离区的击穿电场,增强了主电离区的电离水平,从而提高了放电通道的稳定性,可形成大气压条件下的大体积放电。
方法:本发明将引入通道的空气在经过铜针的区域时,经铜针放电进行预电离后产生电离种子,电离种子随着气流流入主电离区,因此,铜针区域增强了主电离区的电离水平,使得放电通道更加的稳定。
附图说明
图1是本发明的高速流动环境下等离子体强化放电的装置的整体结构主剖视图,图2是现有等离子体放电装置的整体结构主剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,本实施方式包括框架1、第一上陶瓷板2、第一下陶瓷板3、第二上陶瓷板4、第二下陶瓷板5、第一上铜质电极6、第一下铜质电极7、第二上铜质电极8、第二下铜质电极9、上陶瓷云母板10、下陶瓷云母板11、第一上接线柱12、第一下接线柱13、第二上接线柱14、第二下接线柱15和数个铜针16,框架1沿纵向中心线设有通道1-1,通道1-1内部通道尺寸长×宽×高为200mm×40mm×20mm,框架1的前端面和后端面分别设有法兰1-2,法兰1-2用于与气流的上游通道连接,通道1-1的后段上、下壁面分别设有第二上陶瓷板槽1-5和第二下陶瓷板槽1-6,第二上陶瓷板槽1-5与第二下陶瓷板槽1-6上、下正对,第二上陶瓷板4安装在第二上陶瓷板槽1-5中,第二下陶瓷板5安装在第二下陶瓷板槽1-6中,第二上陶瓷板4朝向通道1-1一侧的表面上设有第二上电极槽4-1,第二下陶瓷板5朝向通道1-1一侧的表面上设有第二下电极槽5-1,第二上铜质电极8和上陶瓷云母板10由内至外安装在第二上电极槽4-1中,第二下铜质电极9和下陶瓷云母板11由内至外安装在第二下电极槽5-1中,第二上接线柱14的一端与第二上铜质电极8连接,第二上接线柱14的另一端位于框架1的外面,第二下接线柱15的一端与第二下铜质电极9连接,第二下接线柱15的另一端位于框架1的外面,距通道1-1前端面入口15mm处的上、下壁面上分别设有第一上陶瓷板槽1-3和第一下陶瓷板槽1-4,第一上陶瓷板槽1-3与第一下陶瓷板槽1-4上、下正对,第一上陶瓷板槽1-3与第二上陶瓷板槽1-5的纵向间距s为5mm~10mm,第一上陶瓷板2安装在第一上陶瓷板槽1-3中,第一下陶瓷板3安装在第一下陶瓷板槽1-4中,第一上陶瓷板2朝向通道1-1一侧的表面上设有第一上电极槽2-1,第一下陶瓷板3朝向通道1-1一侧的表面上设有第一下电极槽3-1,第一上铜质电极6安装在第一上电极槽2-1中,第一下铜质电极7安装在第一下电极槽3-1中,第一上接线柱12的一端与第一上铜质电极6连接,第一上接线柱12的另一端位于框架1的外面,第一下接线柱13的一端与第一下铜质电极7连接,第一下接线柱13的另一端位于框架1的外面,数个铜针16按矩形阵列布置在第一上陶瓷板2的表面上,铜针16的针尖至第一下陶瓷板3表面的间距t为10mm~15mm。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式的框架1的材质为高强度聚四氟乙烯。高强度聚四氟乙烯也称有机玻璃,其优点是可塑性强,便于加工,绝缘。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1说明本实施方式,本实施方式的第一上陶瓷板槽1-3与第二上陶瓷板槽1-5的纵向间距s为5mm。降低预电离与主电离区在流动方向上的间距,维持预电离产生的种子粒子随气流扩散过程中维持一定的浓度,以实现可观的预电离效果。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:结合图1说明本实施方式,本实施方式的铜针16的针尖至第一下陶瓷板3表面的间距t为10mm。降低针尖与陶瓷板表面之间的间距,可产生更强的预电离放电强度,同时在气流的输运作用下预电离电弧不会产生电极的烧蚀。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五:结合图1说明本实施方式,本实施方式是通过以下步骤实现的:
步骤一、将位于框架1外面的第一上接线柱12与电源I的正极连接,位于框架1外面第一下接线柱13与地线连接,位于框架1外面的第二上接线柱14与电源II的正极连接,位于框架1外面的第二下接线柱15与地线连接;
步骤二、与第一上接线柱12连接的电源I采用高频高压电源,其电压为6kV、频率为40kHz,与第二上接线柱14连接的电源II采用高频高压电源,其电压为50-100kV、脉冲宽度为10ns、频率为25-50kHz;
步骤三、上陶瓷云母板10与第二上铜质电极8之间用硅胶粘合,下陶瓷云母板11与第二下铜质电极9之间用硅胶粘合;
步骤四、空气从通道1-1入口引入,空气经过铜针16区域时,由铜针16放电进行预电离后产生电离种子,电离种子随着气流流入主电离区(即上陶瓷云母板10与下陶瓷云母板11之间),在主电离区电离种子与空气碰撞进行进一步电离,来形成强化放电。
具体实施方式六:结合图1说明本实施方式,本实施方式是步骤二中等离子体电源II的电压为60kV。其它步骤与具体实施方式五相同。
具体实施方式七:结合图1说明本实施方式,本实施方式是步骤二中等离子体电源II的电压为80kV。其它步骤与具体实施方式五相同。
具体实施方式八:结合图1说明本实施方式,本实施方式是步骤二中等离子体电源II的频率为30kHz。其它步骤与具体实施方式五相同。
具体实施方式九:结合图1说明本实施方式,本实施方式是步骤二中等离子体电源II的频率为40kHz。其它步骤与具体实施方式五相同。
具体实施方式十:结合图1说明本实施方式,本实施方式是步骤一中,在第一上接线柱12连接的电源输出端上串联两个空心电感应线圈A,其电感应强度为10mH。这样设置为防止高频高压电源与纳秒脉冲电源串扰。其它步骤与具体实施方式一相同。

Claims (10)

1.一种高速流动环境下等离子体强化放电的装置,所述装置包括框架(1)、第二上陶瓷板(4)、第二下陶瓷板(5)、第二上铜质电极(8)、第二下铜质电极(9)、上陶瓷云母板(10)、下陶瓷云母板(11)、第二上接线柱(14)和第二下接线柱(15),框架(1)沿纵向中心线设有通道(1-1),通道(1-1)内部通道尺寸长×宽×高为200mm×40mm×20mm,框架(1)的前端面和后端面分别设有法兰(1-2),通道(1-1)的后段上、下壁面分别设有第二上陶瓷板槽(1-5)和第二下陶瓷板槽(1-6),第二上陶瓷板(4)安装在第二上陶瓷板槽(1-5)中,第二下陶瓷板(5)安装在第二下陶瓷板槽(1-6)中,第二上陶瓷板(4)朝向通道(1-1)一侧的表面上设有第二上电极槽(4-1),第二下陶瓷板(5)朝向通道(1-1)一侧的表面上设有第二下电极槽(5-1),第二上铜质电极(8)和上陶瓷云母板(10)由内至外安装在第二上电极槽(4-1)中,第二下铜质电极(9)和下陶瓷云母板(11)由内至外安装在第二下电极槽(5-1)中,第二上接线柱(14)的一端与第二上铜质电极(8)连接,第二上接线柱(14)的另一端位于框架(1)的外面,第二下接线柱(15)的一端与第二下铜质电极(9)连接,第二下接线柱(15)的另一端位于框架(1)的外面,其特征在于:所述装置还包括第一上陶瓷板(2)、第一下陶瓷板(3)、第一上铜质电极(6)、第一下铜质电极(7)、第一上接线柱(12)、第一下接线柱(13)和数个铜针(16),距通道(1-1)前端面入口15mm处的上、下壁面上分别设有第一上陶瓷板槽(1-3)和第一下陶瓷板槽(1-4),第一上陶瓷板槽(1-3)与第二上陶瓷板槽(1-5)的纵向间距s为5mm~10mm,第一上陶瓷板(2)安装在第一上陶瓷板槽(1-3)中,第一下陶瓷板(3)安装在第一下陶瓷板槽(1-4)中,第一上陶瓷板(2)朝向通道(1-1)一侧的表面上设有第一上电极槽(2-1),第一下陶瓷板(3)朝向通道(1-1)一侧的表面上设有第一下电极槽(3-1),第一上铜质电极(6)安装在第一上电极槽(2-1)中,第一下铜质电极(7)安装在第一下电极槽(3-1)中,第一上接线柱(12)的一端与第一上铜质电极(6)连接,第一上接线柱(12)的另一端位于框架(1)的外面,第一下接线柱(13)的一端与第一下铜质电极(7)连接,第一下接线柱(13)的另一端位于框架(1)的外面,数个铜针(16)按矩形阵列布置在第一上陶瓷板(2)的表面上,铜针(16)的针尖至第一下陶瓷板(3)表面的间距t为10mm~15mm。
2.根据权利要求1所述高速流动环境下等离子体强化放电的装置,其特征在于:所述框架(1)的材质为高强度聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1或2所述高速流动环境下等离子体强化放电的装置,其特征在于:所述第一上陶瓷板槽(1-3)与第二上陶瓷板槽(1-5)的纵向间距s为5mm。
4.根据权利要求3所述高速流动环境下等离子体强化放电的装置,其特征在于:所述铜针(16)的针尖至第一下陶瓷板(3)表面的间距t为10mm。
5.利用权利要求1所述装置实现高速流动环境下等离子体强化放电的方法,其特征在于:所述方法是通过以下步骤实现的:
步骤一、将位于框架(1)外面的第一上接线柱(12)与电源(I)的正极连接,位于框架(1)外面第一下接线柱(13)与地线连接,位于框架(1)外面的第二上接线柱(14)与电源(II)的正极连接,位于框架(1)外面的第二下接线柱(15)与地线连接;
步骤二、与第一上接线柱(12)连接的电源(I)采用高频高压电源,其电压为6kV、频率为40kHz,与第二上接线柱(14)连接的电源(II)采用高频高压电源,其电压为50-100kV、脉冲宽度为10ns、频率为25-50kHz;
步骤三、上陶瓷云母板(10)与第二上铜质电极(8)之间用硅胶粘合,下陶瓷云母板(11)与第二下铜质电极(9)之间用硅胶粘合;
步骤四、空气从通道(1-1)入口引入,空气经过铜针(16)区域时,由铜针(16)放电进行预电离后产生电离种子,电离种子随着气流流入主电离区,在主电离区电离种子与空气碰撞进行进一步电离,来形成强化放电。
6.根据权利要求5所述高速流动环境下等离子体强化放电的方法,其特征在于:步骤二中等离子体电源(II)的电压为60kV。
7.根据权利要求5所述高速流动环境下等离子体强化放电的方法,其特征在于:步骤二中等离子体电源(II)的电压为80kV。
8.根据权利要求5所述高速流动环境下等离子体强化放电的方法,其特征在于:步骤二中等离子体电源(II)的频率为30kHz。
9.根据权利要求5所述高速流动环境下等离子体强化放电的方法,其特征在于:步骤二中等离子体电源(II)的频率为40kHz。
10.根据权利要求5所述高速流动环境下等离子体强化放电的方法,其特征在于:步骤一中,在第一上接线柱(12)连接的电源输出端上串联两个空心电感应线圈A,其电感应强度为10mH。
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