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大气压非平衡等离子体射流的脉宽影响

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:无论是否加玻璃管,NAPPJ长度一旦达到最大值,继续增大脉宽产生的影响就变得不明显。随着脉宽增加到800ns以上,电压脉宽不再是限制等离子体推进距离的主要因素。图2.2.10不同脉宽下等离子体子弹推进速度的时间演化过程和空间演化过程[4]推进速度时间演化过程;推进速度空间演化过程。

大气压非平衡等离子体射流的脉宽影响

脉宽影响的是一个脉冲周期内高电压持续的时间。如果高压持续时间太短,即使电压足够高,等离子体子弹也会因为没有足够的推进时间而不能产生较长的N-APPJ。这一点从图2.2.7所示的结果可以看出。当喷嘴前端不加玻璃管,脉宽达到800ns时,N-APPJ长度达到最大值,约3cm;当喷嘴前端加玻璃管,脉宽为4μs时,N-APPJ长度达到最大值,为13cm。无论是否加玻璃管,NAPPJ长度一旦达到最大值,继续增大脉宽产生的影响就变得不明显。

图2.2.7 N-APPJ长度和电压脉宽的关系[3]

实线是喷嘴处接玻璃管的情况,虚线是喷嘴处不接玻璃管的情况;脉冲电压幅值Va=9kV,脉冲重复频率f=4kHz,氦气流速为0.5L/min

值得一提的是,从图2.2.8给出的不同脉宽下第一次放电电流的峰值以及对应积分的总电荷量可以看出,当脉宽从200ns增大到10μs的时候,电流峰值几乎保持不变,即使在N-APPJ长度快速变化的200~800ns区间内,电流峰值也基本相同。而图2.2.8(b)中给出的对应的总电荷量却在脉宽从200 ns增加到800ns时显著增大,这和N-APPJ长度的变化趋势非常相似。脉宽进一步增大到10μs,总电荷量基本保持不变。这表明电流峰值并不是影响NAPPJ长度的主要因素,真正起决定作用的是放电电流积分的总电荷量。测量其电流波形也发现在较短的脉宽下(200~800ns),初次放电的电流一直持续到电压下降的时候才开始下降。也就是说,初次放电过程被电压下降沿强行截断了。当脉宽增加的时候,初次放电电流持续的时间也随之延长,相应地,总的电荷量也随之增加。而700~800ns正是电流脉冲自然下降到零的时间。也就是说,当脉宽超过800ns的时候就不会对电流波形产生明显的影响。这解释了进一步增加脉宽时初次放电的电流峰值和总电荷量不发生变化的原因。

图2.2.8 不同脉宽下第一次放电电流的峰值及对应积分的总电荷量

(a)电压脉冲中第一次放电电流的峰值;(b)电流积分的电荷量随脉宽的变化曲线[3]。放电参数与图2.2.7相同

从N-APPJ推进的动态过程也可以发现,当脉宽介于200~800ns的时候,上升沿放电产生的等离子体还没有停止推进,脉冲电压下降的到来导致电流迅速下降到零,并反转为负值,初次放电随之熄灭。也就是说,此时限制等离子体推进的主要因素是等离子体没有足够的时间来推进,而不是其他的因素。随着脉宽增加到800ns以上,电压脉宽不再是限制等离子体推进距离的主要因素。(www.xing528.com)

图2.2.9 不同脉宽下He706.5nm谱线的光辐射强度的峰值及出现时间[4]

脉冲电压幅值Va=8kV,脉冲重复频率f=4kHz,氦气流速为2L/min

从图2.2.9可以看出,随着脉宽增大,He706.5nm谱线光辐射强度峰值逐渐下降,而且其峰值出现的时间逐渐推迟。当脉宽增大到100μs,其峰值出现在约870ns时刻,这比脉宽为500ns时其峰值出现在约650ns延迟了220 ns。有趣的是,当脉宽继续增大,峰值出现的时间却开始提前,当脉宽增加到248μs时,它甚至提前到比脉宽500ns时的还早。

等离子体子弹的推进速度也呈现出类似的行为,如图2.2.10所示,当脉宽较短时,随着脉宽的增加,等离子体子弹出喷嘴的时间推迟,推进速度的峰值也逐渐下降;当脉宽进一步增大到超过100μs后,等离子体子弹出喷嘴的时间开始提前,同时子弹推进峰值速度也出现一定程度的增大;当脉宽增加到248μs的时候,等离子体子弹不能出喷嘴。

图2.2.10 不同脉宽下等离子体子弹推进速度的时间演化过程和空间演化过程[4]

(a)推进速度时间演化过程;(b)推进速度空间演化过程。实验条件与图2.2.9相同

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