根据流体力学的理论,增大气流速度同样可以导致湍流。所以下面通过增大气流速度的方式获得湍流[14]。不同气流速度下射流的照片如图2.4.7所示。从图中可以看出,当气流速度不超过3L/min的时候,随着气流速度的增大,等离子体射流长度增大。这是由于气流速度的增大导致气流中氦气的浓度提高了,所以等离子体射流变长。而随着气流速度的进一步增大,射流的尖端出现明显的摆动,同时等离子体射流不仅没有变长,反而变短了。这正是因为气流速度太大,气流转化为湍流,所以等离子体射流的长度不增反降。而图中等离子体射流的摆动及射流末端的发散情况和图2.4.4和图2.4.5中的情况类似。这进一步验证射流的摆动和末端的发散确实是由于气流状态的变化导致的。
图2.4.7 不同气流速度下射流的照片[14]
从左到右气流速度依次为1L/min、2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min;电压6kV,频率4kHz,脉宽10μs
下面采用类似的装置,并借助纹影成像技术研究不同气体流速下气流对等离子体的影响的敏感性问题[15]。结果如图2.4.8所示。没有等离子体且没有保护气体的时候,当气流速度低于2L/min的时候,视野范围内气流为层流状态。而当气流速度大于2.5L/min的时候,气流出现湍流。当放电产生等离子体射流时,气流状态如图2.4.8(b)所示。在气流速度低于1.5L/min的时候,气流仍然是层流状态。而当气流速度为2L/min及以上的时候,气流出现湍流。而且在气流速度为2.5L/min及3L/min的时候,气流的层流区长度缩短,转捩点更靠近喷嘴。加载了保护气体时的实验结果与不加保护气体时类似。这些实验结果表明等离子体确实可以对气流状态产生影响。但是需要指出的是,这种影响是有限的。只有当气流速度接近湍流的时候,放电产生的影响才会显现出来。而当气流速度很低的时候,气流本身非常稳定,那么放电的影响就显现不出来。另一方面,当气流速度很大,气流本身就已经出现湍流的条件下,等离子体会在一定程度上使层流区缩短。(www.xing528.com)
图2.4.8 不同气流速度下放电前后气流的状态变化[15]
(a)无等离子体无保护气体;(b)有等离子体无保护气体;(c)无等离子体有保护气体;(d)无等离子体有保护气体。脉冲电压幅值8kV,重复频率8kHz,脉宽1μs
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