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水中交流电弧的特性分析

作　者: 周恩平
导　师: 杨嘉祥
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 水中放电交流电弧伏安特性光谱诊断磁偏弧
分类号: TM501.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

人们对电弧的应用已经十分广泛,如冶金、焊接与切割、喷涂、电推进等领域。但是目前人们应用的电弧主要以一些惰性气体以及空气为工质,而对于以液体为工质的研究较少。水中放电是二十世纪五十年代发展起来的一门新学科,对其进行深入研究具有重大的理论价值和应用价值。本文搭建了水中交流电弧的发生系统,设计了信号检测电路,采集了起弧前和起弧后的电压、电流波形,做出了起弧前电极间的工质的伏安特性曲线,以及电弧的伏安特性曲线。通过观察水中交流电弧的起弧过程,结合传统的液体击穿理论,初步探讨了交流低电压下水的击穿机理。分析了起弧电压与电极材料之间的关系。搭建了光谱诊断系统,利用水中交流电弧等离子体具有局部热力学平衡的特性,通过光谱测量系统所测得的光谱相对强度,用双线法得到了当电弧功率为750W时,电弧等离子体中的电子激发温度为7643K;用Saha方程法求得了在电弧功率为750W时电弧等离子体中电子密度为6.65×10²¹m^-3; H、H⁺、O、O+等粒子的浓度分别为9.1350×10²¹m^-3、4.4333×10²¹m^-3、4.5675×10²¹m^-3、2.2167×10²¹m^-3。并得出了以上几种参数随电弧功率的变化而变化的规律。为了使弧柱的温度分度更加平坦,本文改进了电极的模型,给电弧施加了均匀的横向磁场和横向气流,并通过电弧的电压、电流波形分析了横向磁场和横向气流对电弧动态的影响。利用光谱诊断法测量了横向磁场下电弧等离子体中电子的激发温度和电子密度,并分析了横向磁场对它们的影响。本文所获得的结果将为以后水中交流电弧的研究和应用打下基础,对交流电弧设备的设计和研发有一定的参考价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 水中放电理论的研究现状  12-13
    1.2.2 电弧等离子体诊断的研究现状  13-14
  1.3 课题来源及意义  14-16
  1.4 课题研究内容  16-17
第2章水中交流电弧的伏安特性  17-31
  2.1 水中交流电弧试验系统  17-21
    2.1.1 电弧稳定燃烧对电源伏安特性的要求  17-19
    2.1.2 试验系统  19-21
  2.2 水电弧的电压、电流及其伏安关系  21-25
  2.3 电弧的过零、熄弧和重燃  25-26
  2.4 起弧过程  26-29
  2.5 电极材料效应  29-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章水中交流电弧等离子体的光谱诊断  31-44
  3.1 理论基础  31-33
    3.1.1 光谱诊断法的原理和特点  31-32
    3.1.2 使用光谱诊断法的条件  32-33
  3.2 试验系统  33-34
  3.3 电弧特性的光谱诊断  34-43
    3.3.1 电子激发温度  35-39
    3.3.2 电子密度的测量  39-42
    3.3.3 H、H~+、O、O~+等粒子的浓度  42-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章恒定磁场下电弧的特性  44-57
  4.1 磁偏弧电极模型  44
  4.2 磁偏弧弧柱分析  44-46
  4.3 磁偏弧电压、电流波形分析  46-50
    4.3.1 电压波形  46-49
    4.3.2 电流波形  49-50
  4.4 横向磁场对电弧温度和电子密度的影响  50-54
  4.5 横向气流下电弧的特性  54-56
  4.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文  62-63
致谢  63

水中交流电弧的特性分析

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