大气压非平衡等离子体射流对气流的动力学影响

下面将纹影成像系统与高速摄像机结合，研究等离子体开启和关闭过程中气流状态变化的动态过程[15]。图2.4.9和图2.4.10分别给出了放电频率为8kHz和3kHz时气流状态随等离子体开启和关闭的动态变化过程。每幅图中上排图片为等离子体开启过程中的气流动态过程，0ms对应第一个电压脉冲上升沿到来的时刻。下排图片为等离子体关闭过程中的气流动态过程，0ms对应最后一个电压脉冲上升沿到来的时刻。25ms时刻的图片为气流状态稳定后的照片。

如图2.4.9中上排图片所示，在等离子体开启后2.5ms之内，气流状态没有变化。在2.5ms的时候，在距离喷嘴11mm处（即图中圈内）产生一个湍流锋面。随之该湍流锋面开始向下游移动，并在移动过程中不断放大。7.5 ms的时候，在湍流锋面的后方气流开始出现不稳定性。这种不稳定性一直持续到12.5ms。在12.5ms之后，湍流锋面进入到湍流区。图2.4.9中下排照片所给出的等离子体关闭时气流的动态过程中同样能观察到在相同的时间和位置产生一个湍流锋面。其传播过程与等离子体开启时的情况相似。图2.4.10也观察到了类似的现象。由于该放电频率更有利于气流转化为湍流，所以气流的层流区较短，此时可以很明显地观察到气流状态的改变与湍流锋面有着严格的时间顺序。湍流锋面到达之前气流不会发生变化，而其经过的区域的气流状态迅速发生改变。

图2.4.9　等离子体开启和关闭时湍流锋面传播的动态过程[15]

脉冲电压幅值为8kV，重复频率为8kHz，脉宽为1μs。高速摄像机的采集频率与电压脉冲重复频率相同。上排是等离子体开启过程中的气流动态过程，0ms对应第一个电压脉冲上升沿到来的时刻。下排是等离子体关闭过程中的气流动态过程，0ms对应最后一个电压脉冲上升沿到来的时刻。25ms相当于经过了200个脉冲气流达到稳定状态(www.xing528.com)

图2.4.10　等离子体开启和关闭时湍流锋面传播的动态过程[15]

脉冲电压幅值为8kV，重复频率为3kHz，脉宽为1μs。高速摄像机的采集频率与电压脉冲重复频率相同。上排是等离子体开启过程中的气流动态过程，0ms对应第一个电压脉冲上升沿到来的时刻。下排是等离子体关闭过程中的气流动态过程，0ms对应最后一个电压脉冲上升沿到来的时刻。25ms相当于经过75个脉冲气流达到稳定状态

从上述实验结果来看，湍流锋面出现的时间与等离子体开启或关闭的时间严格相关。这说明湍流锋面就是由等离子体状态的改变导致的。而湍流锋面的移动与气流状态的改变有着密切的关系，湍流锋面到来之前气流的状态不会发生变化。