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《西北工业大学》 2004年
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应用等离子体实现主动流动控制的研究

刘万刚  
【摘要】: 本文主要进行了在一个大气压下应用等离子体实现主动流动控制的研究,成功地在一个大气压下产生了均匀可控的射频辉光等离子体,采用电流体(EHD)技术在静止的空气中诱导了流场,开创了主动流动控制的一条新思路。 等离子体发生器的研制是该研究的关键技术之一,也是本文内容的一个重点。本文所研制的等离子体发生器是在开放的空气中工作的,不需要昂贵的真空环境;利用该发生器,在一个大气压下的二维平板上,可以均匀地覆盖一层可控的辉光等离子体,并实现了激励频率、电压和相位连续实时调节;总功耗仅为460W/m~2甚至更低,其效率之高,成本之低,是其它等离子体发生器所无法比拟的;而且不需要任何预热或电火花等辅助手段就能迅速启动,也不需要任何像电弧等离子体发生器那样的冷却设备。本文将详细介绍成功研制的辉光等离子体发生器。本文还研究了等离子体反应器电极的不同几何分布对流场的影响。流动显示实验表明,在一个大气压下,对于电极对称分布的情况,在同相位的射频激励下,静止的空气中没有明显的现象,而在多相位射频激励下,静止空气中的二维平板上可以产生推力,诱导了流场;对于电极的非对称分布的情况,在同相位或多相位的射频激励下,都能在二维平板上产生推力,并诱导流场。这一结果与美国航空宇航局(NASA)兰利研究中心和田纳西(Tennessee)大学联合研究的实验结果基本相符。流动显示结果表明了该实验现象的初步原因,由于在自洽电磁场中等离子体的电流体(EHD)顺电力与蠕动力诱导了涡和能量输运所致。 本文的主要工作表现在以下几个方面: 一、成功研制了高效、经济、可控的辉光等离子体发生器,利用自行研制的等离子体发生器一个大气压下产生了均匀可控的辉光等离子体,并进行了流动显示实验,采用EHD技术在静止的空气中诱导了流场,开创了主动流动控制一条新思路。研制的发生器产生表面等离子体的总功耗仅为460W/m2甚至更低。流动显示实验结果表明:对称分布的电极平板只能在多相位激励下才能诱导流场;非对称分布的电极平板能够诱导流场,尤其在多相位激励下效果更加显著。 二、进行了流动显示实验,揭示了电流体顺电效应和蠕动效应两种加速机理。场强越大的区域气体静压反而越低,而与瞬间电极的极性无关,导致了气体从高压区到低压区的流动,因此只要适当改变电场的分布就可以使气体产生加速,这就等离子体主动流动控制的加速机理。采用非对称的电极分布或者在对称分布的电极上施加多相位的激励电压,合成了一个非对称而且是沿着某个方向变化的电场促使流动加速,这就是顺电加速效应和蠕动加速效应的本质。 三、确定研究方案。本文追踪目前国外最先进的技术,综合电磁理论、等离子体技术、空气动力学、电子技术等相关知识进行可行性分析,确定了研究方案,即利用电流体力学(EHD)方法在一个大气压下产生高效、均匀、可控的射频辉光等离子体,同时,通过改变电场促使流动加速。流动显示实验验证了研究方案的可行性。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O539

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