[實用新型]定向自旋等離子體激勵器

有效

• 申請號: 201420198420.0
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN203884064U
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 王紅飛;楊利青;周倩倩;劉歡;王浩靜;張洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 姚敏杰

技術領域

本實用新型涉及一種等離子體激勵器，尤其涉及一種定向自旋等離子體激勵器。

背景技術

近年來等離子體技術已在鍋爐助燃、發動機減排等領域得到一定程度的研究。通過在燃燒室的進氣道安裝等離子體發生裝置，將進氣口一端的空氣分子電離，產生大量高能電子、處于激發態的離子、自由基和準分子等攜帶高能量的等離子態物質，在燃燒室內等離子態物質中的高能粒子與燃料產生能量交換，使燃料分子瞬間發生一系列物理、化學變化而處于活化狀態，可以使燃料的燃點大幅降低，有效解決貧燃料起燃困難問題，達到助燃目的；同時也可以大大改善因燃燒不充分導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生等離子體，也稱為介質阻擋放電。通過設計激勵器的電極布局，可產生基于等離子體電流體動力誘導的空氣射流。流場中激勵器附近的空氣在強電場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的加速而獲得動能，向電場梯度方向運動，不可避免地同周圍氣體分子產生碰撞，并在碰撞中發生能量轉移。如果發生的是彈性碰撞，其結果將增強分子的動能。如果發生非彈性碰撞，其結果將會增加分子的內能，隨著內能的增加就會引起分子內部能量狀態的變化。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，會將一部分能量轉移給氣體分子，從而對流場施加影響。當電場強度足夠時，介質阻擋放電過程中產生的大量等離子體在電場力的作用下形成能量流，通過離子與中性分子之間的動量傳輸誘導氣體分子運動，交換并傳遞能量，從而對流場施加擾動或增加定向運動的動量。

流動控制技術是近幾年國內外對飛行器減阻技術的研究，通過設計為如圖1的電極布局形式(圖中示意分別是：內部電極1、等離子體放電區2、外部電極或掩埋電極3、絕緣介質4、來流方向5以及等離子體射流6)，內部電極1和外部電極或掩埋電極3之間錯開一定尺度，各電極之間平行排布形成大面積的激勵區陣列，可望達到對來流的大規模流動控制，實現減小機翼表面粘滯氣流的作用，從而降低飛行器氣動阻力10％～30％的目的。

在鍋爐助燃、發動機減排等領域，等離子體放電技術雖得到一定程度的應用與研究，但目前采用介質阻擋放電技術的激勵器電極普遍采用如圖2的布局形式(圖中示意分別是：內部電極1、等離子體放電區2、外部電極或掩埋電極3、絕緣介質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燃料的活化作用，無法對來流形成定向流動，一方面高能粒子之間的相互碰撞復合會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動過程中只是臨近平板式等離子體放電區的部分才有機會受激發電離，因而效率較低。

實用新型內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本實用新型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器。

本實用新型的技術解決方案是：本實用新型提供了一種定向自旋等離子體激勵器，其特殊之處在于：所述定向自旋等離子體激勵器包括有氣流入口以及氣流出口的絕緣管、環繞設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置在絕緣管內壁的正電極條以及設置在絕緣管外壁上或掩埋設置在絕緣管的負電極條；所述正電極條與負電極條相互平行；所述正電極條以及負電極條分別與高壓電源相連。

上述正電極條和負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角度是30°～60°；所述正電極條和負電極條均是單螺旋對或多螺旋對；所述正電極條和負電極條均采用多螺旋對時，所述多對正電極條或負電極條分別并聯后與高壓電源相連。

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電極條之間設置有電極間隙；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整范圍是3kV～30kV；所述電源的頻率輸出范圍是3kHz～15kHz。

本實用新型的優點是：