[發(fā)明專利]定向自旋等離子體激勵(lì)器及定向自旋流動(dòng)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410163762.3
• 申請(qǐng)日: 2014-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN103945628A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紅飛;楊利青;周倩倩;劉歡;王浩靜;張洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): H05H1/24
• 分類號(hào): H05H1/24;H05H1/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 姚敏杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種等離子體激勵(lì)器，尤其涉及一種定向自旋等離子體激勵(lì)器及定向自旋流動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

近年來等離子體技術(shù)已在鍋爐助燃、發(fā)動(dòng)機(jī)減排等領(lǐng)域得到一定程度的研究。通過在燃燒室的進(jìn)氣道安裝等離子體發(fā)生裝置，將進(jìn)氣口一端的空氣分子電離，產(chǎn)生大量高能電子、處于激發(fā)態(tài)的離子、自由基和準(zhǔn)分子等攜帶高能量的等離子態(tài)物質(zhì)，在燃燒室內(nèi)等離子態(tài)物質(zhì)中的高能粒子與燃料產(chǎn)生能量交換，使燃料分子瞬間發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化而處于活化狀態(tài)，可以使燃料的燃點(diǎn)大幅降低，有效解決貧燃料起燃困難問題，達(dá)到助燃目的；同時(shí)也可以大大改善因燃燒不充分導(dǎo)致的微粒物沉積及有害氣體排放。

目前在大氣壓條件下最可行的方法是利用輝光放電產(chǎn)生等離子體，也稱為介質(zhì)阻擋放電。通過設(shè)計(jì)激勵(lì)器的電極布局，可產(chǎn)生基于等離子體電流體動(dòng)力誘導(dǎo)的空氣射流。流場(chǎng)中激勵(lì)器附近的空氣在強(qiáng)電場(chǎng)作用下被電離形成等離子體，等離子體又受到空間不均勻電場(chǎng)的加速而獲得動(dòng)能，向電場(chǎng)梯度方向運(yùn)動(dòng)，不可避免地同周圍氣體分子產(chǎn)生碰撞，并在碰撞中發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。如果發(fā)生的是彈性碰撞，其結(jié)果將增強(qiáng)分子的動(dòng)能。如果發(fā)生非彈性碰撞，其結(jié)果將會(huì)增加分子的內(nèi)能，隨著內(nèi)能的增加就會(huì)引起分子內(nèi)部能量狀態(tài)的變化。因而無論是彈性碰撞還是非彈性碰撞，在離子與中性氣體分子的相互作用中，會(huì)將一部分能量轉(zhuǎn)移給氣體分子，從而對(duì)流場(chǎng)施加影響。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度足夠時(shí)，介質(zhì)阻擋放電過程中產(chǎn)生的大量等離子體在電場(chǎng)力的作用下形成能量流，通過離子與中性分子之間的動(dòng)量傳輸誘導(dǎo)氣體分子運(yùn)動(dòng)，交換并傳遞能量，從而對(duì)流場(chǎng)施加擾動(dòng)或增加定向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量。

流動(dòng)控制技術(shù)是近幾年國(guó)內(nèi)外對(duì)飛行器減阻技術(shù)的研究，通過設(shè)計(jì)為如圖1的電極布局形式(圖中示意分別是：內(nèi)部電極1、等離子體放電區(qū)2、外部電極或掩埋電極3、絕緣介質(zhì)4、來流方向5以及等離子體射流6)，內(nèi)部電極1和外部電極或掩埋電極3之間錯(cuò)開一定尺度，各電極之間平行排布形成大面積的激勵(lì)區(qū)陣列，可望達(dá)到對(duì)來流的大規(guī)模流動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)減小機(jī)翼表面粘滯氣流的作用，從而降低飛行器氣動(dòng)阻力10％～30％的目的。

在鍋爐助燃、發(fā)動(dòng)機(jī)減排等領(lǐng)域，等離子體放電技術(shù)雖得到一定程度的應(yīng)用與研究，但目前采用介質(zhì)阻擋放電技術(shù)的激勵(lì)器電極普遍采用如圖2的布局形式(圖中示意分別是：內(nèi)部電極1、等離子體放電區(qū)2、外部電極或掩埋電極3、絕緣介質(zhì)4、來流方向5以及等離子體射流6)，僅僅利用了等離子體中的高能粒子對(duì)燃料的活化作用，無法對(duì)來流形成定向流動(dòng)，一方面高能粒子之間的相互碰撞復(fù)合會(huì)降低等離子體的助燃減排作用，另一方面由于來流氣體在運(yùn)動(dòng)過程中只是臨近平板式等離子體放電區(qū)的部分才有機(jī)會(huì)受激發(fā)電離，因而效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種等離子體射流的方向可控以及可提高助燃減排效率的定向自旋等離子體激勵(lì)器及定向自旋流動(dòng)控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：本發(fā)明提供了一種定向自旋等離子體激勵(lì)器，其特殊之處在于：所述定向自旋等離子體激勵(lì)器包括有氣流入口以及氣流出口的絕緣管、環(huán)繞設(shè)置在絕緣管上的電極組件以及與電極組件相連的高壓電源。

上述電極組件包括分別以螺旋方式設(shè)置在絕緣管內(nèi)壁的正電極條以及設(shè)置在絕緣管外壁上或掩埋設(shè)置在絕緣管的負(fù)電極條；所述正電極條與負(fù)電極條相互平行；所述正電極條以及負(fù)電極條分別與高壓電源相連。

上述正電極條和負(fù)電極條均與入口平面角度相一致；所述電極條與入口平面相對(duì)角度是30°～60°；所述正電極條和負(fù)電極條均是單螺旋對(duì)或多螺旋對(duì)；所述正電極條和負(fù)電極條均采用多螺旋對(duì)時(shí)，所述多對(duì)正電極條或負(fù)電極條分別并聯(lián)后與高壓電源相連。

上述正電極條的寬度范圍是1mm～3mm；所述負(fù)電極條的寬度是正電極條寬度的2～4倍。

上述相鄰正電極條與負(fù)電極條之間設(shè)置有電極間隙；所述電極間隙的范圍是0mm～2mm。

上述絕緣管是聚酰亞胺管、聚四氟乙烯管、氧化鋁陶瓷管或石英管；所述絕緣管的壁厚范圍是0.6mm～3mm；所述正電極條以及負(fù)電極條均是釕電極條、銠電極條、鈀電極條或銅電極條。

上述高壓電源的輸出電壓調(diào)整范圍是3kV～30kV；所述電源的頻率輸出范圍是3kHz～15kHz。

一種基于如上所述的定向自旋等離子體激勵(lì)器的定向自旋流動(dòng)控制方法，其特殊之處在于：所述方法包括以下步驟：

1)正電極條安裝于絕緣管內(nèi)以及負(fù)電極條安裝于絕緣管外并分別與高壓電源的兩極相連接；