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直流电弧等离子发生器射流脉动的研究

田阔  
【摘要】: 电弧等离子体喷涂技术是工业上应用极为广泛的热喷涂技术,目前已经在世界范围内大量应用于化工、冶金、机械、宇航等众多工业部门。等离子体射流的不稳定性在喷涂的应用中,极易造成喷涂粉末的氧化或熔融不彻底,从而导致涂层质量的下降。因此,研究造成射流不稳定的原因及其特点成为重要的研究课题。 本文工作的核心内容是采用光谱诊断的方法对等离子体射流的不稳定性进行特征研究。本文建立了一套高速高精度的多谱线等离子体光谱诊断系统,并使用高速数字摄影等技术辅助该系统对直流电弧等离子体射流的脉动特性进行了研究。通过对等离子体射流光谱谱线信号,电弧弧电压脉动信号和电源纯阻性负载电压信号,以及这些信号的快速傅立叶变换频谱的对比研究,本文提出,造成射流脉动的主要因素为电源输出脉动,电弧分流过程和射流的流体动力学过程,这三种因素均有各自不同的特征频率,在射流中有着不同的强度分布。在氩电弧等离子体射流中,电源输出脉动是造成射流脉动的最主要因素。实验结果表明,射流中不存在一个稳定的、层流的核心区。喷枪功率也对射流的稳定性具有很大影响。等离子体电弧分流过程具有比较鲜明的特征频率,并随着不同的气体流量、气体成分和电极烧损情况的不同而具有不同的强度和脉动特征。在对射流的流体动力学过程的研究中,本文首次采用了在氩等离子体射流中探测氮原子谱线强度的方法,发现了环境气体成分在射流中的存在,并在局域热力学平衡的假设下估算了氮原子数密度在射流中的分布。 本文参与研制了新型带有中间隔离段的长弧等离子体喷涂枪。研究了长弧喷枪的阳极烧蚀机理,改进了喷嘴设计,提高了喷枪的运行稳定性和使用寿命。 本文还对红外多谱段辐射高温计系统进行了优化和改进,对测温数学模型进行了工程性简化。实验证明,在保证精度的基础上,简化了的数学模型可以大大提高高温计系统计算温度的稳定性和计算的速度,为高温计系统进入实用阶段迈出了重要的步骤。


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