Abstract
In order to study the stability of gliding arc plasma discharge under mal-conditions, an experimental system for studying the high air pressure alternating current rotating gliding arc discharge is built. The discharge characteristics, arc motion characteristics and spectral characteristics of rotating gliding arc discharge are analyzed under high pressure experimentally. Experimental results show that the voltage, current and energy increase in the gliding arc discharge with the increase of air pressure. As the air pressure rises to 0.52 MPa, the discharge energy increases from 84.74 to 147.13 J. With the increase of gas pressure, the breakdown frequency of the arc does not change monotonically, but reaches a maximum value of 26.55 kHz at 0.2 MPa, while the emission spectral intensity increases. The “arc channel mutation” occurs in the process of arc motion under high pressure. The electron excitation temperature in the process of gliding arc discharge is calculated by the two-line method, and the electron excitation temperature of gliding arc discharge is 0.8153 eV at an atmosphere pressure. The electron excitation temperature rises with the increase of air pressure. The excitation temperature increases to 5.3165 eV at an air pressure of 0.4 MPa.
Highlights
供气系统由螺杆式空气压缩机(型号:OGFD-42.8/8B,功率 250kW,排气 量 42.8 m3/min,排气压力 0.8 MPa)、储压罐、冷干机(型号:LY-D200AH)、内 锥流量计(DYNZ16-8001E12)、智能流量积算仪等组成,为高压舱实验段增压并 提供所需压力条件下的空气。实验过程中,入口空气流量设置为 0.0435kg/s。
高气压放电实验舱体由耐压舱体(体积为:1.05 m3,最大可承受压力为 0.8 MPa)、进气装置、排气装置、安全阀、压力表、观察视窗及管路等组成。三维 旋转滑动弧激励器直接与舱体内进气管路连接,保证进入高压舱的气流全部经过 三维旋转滑动弧激励器。实验过程中,通过控制进气装置的进气量来保证驱动滑 动弧工作所需的空气流量,通过控制舱体的排气量来维持舱体内压力的稳定,需 要指出的是,本文所有工况均在压力稳定条件下测得。 2.2 测量系统 高气压交流旋转滑动弧放电实验过程中采用高速 CCD 相机、高压探针、电
Structure diagram of 3D rotary sliding arc actuator.
Summary
供气系统由螺杆式空气压缩机(型号:OGFD-42.8/8B,功率 250kW,排气 量 42.8 m3/min,排气压力 0.8 MPa)、储压罐、冷干机(型号:LY-D200AH)、内 锥流量计(DYNZ16-8001E12)、智能流量积算仪等组成,为高压舱实验段增压并 提供所需压力条件下的空气。实验过程中,入口空气流量设置为 0.0435kg/s。 高气压放电实验舱体由耐压舱体(体积为:1.05 m3,最大可承受压力为 0.8 MPa)、进气装置、排气装置、安全阀、压力表、观察视窗及管路等组成。三维 旋转滑动弧激励器直接与舱体内进气管路连接,保证进入高压舱的气流全部经过 三维旋转滑动弧激励器。实验过程中,通过控制进气装置的进气量来保证驱动滑 动弧工作所需的空气流量,通过控制舱体的排气量来维持舱体内压力的稳定,需 要指出的是,本文所有工况均在压力稳定条件下测得。 2.2 测量系统 高气压交流旋转滑动弧放电实验过程中采用高速 CCD 相机、高压探针、电 Structure diagram of 3D rotary sliding arc actuator. 15A 左右;特征II:电压呈现逐渐增大的正弦波变化特征,电流变化比较平稳, 电流维持在毫安量级。将电弧运动图像与电压、电流信号相结合,得到图 5(b)、 图 5(c),观察发现,图 5(b)与图 4(a)中的电弧颜色均呈现蓝紫色,相邻电 弧均未出现明显的滑动和伸长。图 5(c)与图 4(b)中电弧颜色均为橘红色, 电弧出现明显的位移和伸长,何立明等[20]指出,图 4(a)和图 5(b)这种放电 模式是电弧处于不断击穿的过程中,电弧亮度较高,因此将其定义为击穿伴随滑 动模式(B-G)。而图 5(c)与图 4(b)是电弧处于击穿之后的滑动、发展过程, 电压随电弧的伸长呈逐步增长的正弦波变化,因此将这种放电模式定义为稳定滑 动模式(A-G)。 电流信号特征绘制成图 6 所示的不同介质气体压力条件下电压、电流波形图。观 察图 6 发现,不同介质气体压力条件下滑动弧放电的电压、电流信号仍然会出现 前文所述的击穿伴随滑动模式(B-G)和稳定滑动模式(A-G),但是随着介质气 体压力的升高电压、电流的脉冲峰值会增加。由图 6(a)可知,大气压(0.1MPa) 条件下滑动弧放电的电压峰值为 3~4kV 左右,电流脉冲峰值在 3~10A 左右。 由图 6(c)可知,当介质气体压力升高到 0.3MPa 后,电压峰值达到 4~10kV, 电流脉冲峰值达到 10~30A 左右。依据电子动能公式 mv2 / 2 eE (式中 ,m 和 e 分别为电子平均自由程、电子质量和电子电荷量)可知,当介质气体压力增
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