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氩气和空气混合气高温电离特性激波管研究

文献类型:学位论文

作者张勇勇
答辩日期2018-05-22
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点北京
其他责任者中国科学院力学研究所
导师王苏
关键词激波管 等离子体 Langmuir 静电探针 微波透射技术
学位专业流体力学
英文摘要

在中科院力学所Φ800mm高温低密度激波管上开展与“黑障”现象相关的电磁波在等离子体中传输机理研究时,低密度和强激波条件下,由于气体解离和电离等非平衡过程,激波前后压缩比增加使得激波后2区宽度显著减小;同时由于边界层效应,造成激波衰减,接触面加速,也使得激波后2区宽度减小。这两个效应导致激波管2区实验观测时间减小,2区气体处于非平衡状态,增加了观察数据的不稳定性和数据分析的难度。

本论文提出在Φ800mm高温低密度激波管低压段充入95%Ar+5%Air和90%Ar+10%Air两种混合气替代空气作为激波管实验介质气体,利用Ar不解离和难电离的特性,减小激波前后压缩比,从而增加激波后2区气体宽度和2区实验时间。论文主要研究内容及结论概括如下:

(1)对Φ800mm激波管理想流动中2区实验时间进行了理论计算,分析了影响激波管实验时间的因素,利用萨哈方程计算了激波后Ar+Air混合气的平衡电子密度。在激波Mach数7~11,激波后Ar+Air混合气平衡电子密度随实验Mach数增加先增加后减小,激波后平衡电子密度随初始压力和混合气中空气比例的增加而增加。

(2)在Φ800mm高温低密度激波管中,采用Langmuir 静电探针技术和微波透射诊断技术,对Ar+Air混合气激波后电子密度进行了测量。在激波Mach数7~11,激波后电子密度随Mach数增加而增加,2区电子密度达到1012~1013cm-3量级。初始压力P1=0.4torr和P1=0.8torr条件下,微波和探针两种测量方法的电子密度结果一致性较好;初始压力P1=0.2torr时,微波测量结果大于静电探针测量结果。

(3)在Φ800mm高温低密度激波管中,采用Langmuir静电探针对激波后2区实验时间进行了测量。 Ar+Air混合气激波后2区实验时间约为300~800μs,2区气体宽度1m左右,同时探针信号显示2区气体达到电离平衡状态。在相同电子密度和碰撞频率条件下,Ar+Air混合气激波后2区实验时间约为Air的5倍。

(4)采用95%Ar+5%Air和90%Ar+10%Air混合气作为Φ800mm高温低密度激波管实验介质气体进行电磁波传输实验,可以获得为纯空气5倍的2区实验时间和平衡的实验气体。在低碰撞频率条件下,Ar+Air混合气能够获得与纯Air相同电子密度和碰撞频率;在高碰撞频率条件下, Ar+Air混合气能够获得与纯Air相同的电子密度,但碰撞频率值小于纯Air。

语种中文
源URL[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/77094]  
专题力学研究所_高温气体动力学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
张勇勇. 氩气和空气混合气高温电离特性激波管研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018.

入库方式: OAI收割

来源:力学研究所

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