CN104320900A - 一种补气式等离子体射流发生器 - Google Patents

Abstract

一种补气式等离子体射流发生器，涉及一种射流发生装置。提供工作性能稳定、射流连续且速度高，而且重量轻、体积小、结构简单、便于操纵控制的一种补气式等离子体射流发生器。设有管体、射流出口、补气单向阀、阴电极、阳电极和高压脉冲电源；管体为绝缘材料管体，管体两端缩径，射流出口径向设于管体壁上，补气单向阀与管体连接且与管体内腔相通，并且位于与射流出口相反的一侧，阴电极和阳电极分别***管体一端且与管体该端口密封固连，阴电极和阳电极分别与设于管体外部的高压脉冲电源的一端电连接。

Description

一种补气式等离子体射流发生器

技术领域

本发明属于等离子体放电技术领域，涉及一种射流发生装置，尤其是涉及一种补气式等离子体射流发生器。

背景技术

大气压等离子体射流技术是近年来逐渐兴起的一种新等离子体放电技术，是目前国内外等离子体科学与工程领域的研究热点之一。

美国的约翰-霍普金斯大学应用物理实验室于2003年提出了一种等离子体射流激励器。该激励器由含内置电极的密闭非金属腔体和出口小孔组成，其中出口是在腔壁上开的一个小孔。工作时，其阳极和阴极接通高压脉冲电源，在密闭腔体中放电造成腔内气体升温膨胀增压迫使气体从唯一的出口向外挤出，从而形成射流。

公告号为CN103501572A的发明专利申请公开了一种射流式等离子体激励器，由具有通孔的石英玻璃管和从其两端***的电极构成，玻璃管的一端具有一组射流出口，射流出口为小型圆孔。其工作原理与约翰-霍普金斯大学的激励器相同，利用正电极条对负电极条进行高压脉冲电弧放电，使石英玻璃管内空气温度突然升高，气体膨胀，在石英管出口处形成射流。

等离子体激励器在工作时，通过腔内放电产生合成射流的激励器在射流喷出后，都需要从外界吸气使腔内气压复原，然后进行下一循环的放电，才能维持工作。现有的等离子体射流激励器都是从射流喷嘴吸气来使腔内气压复原。但通常喷嘴都较小，只有1～2mm左右，吸气复原需较长时间。激励器工作后腔体温度上升，腔内外压差减小，吸气复原的过程变得困难，导致在一个脉冲周期内腔内压力无法复原，从而使射流速度快速下降，不稳定。若要使腔内压力复原，维持射流速度，就得降低脉冲频率，以致不能形成连续的射流。

发明内容

本发明目的在于提供工作性能稳定、射流连续且速度高，而且重量轻、体积小、结构简单、便于操纵控制的一种补气式等离子体射流发生器。

本发明设有管体、射流出口、补气单向阀、阴电极、阳电极和高压脉冲电源；

管体为绝缘材料管体，管体两端缩径，射流出口径向设于管体壁上，补气单向阀与管体连接且与管体内腔相通，并且位于与射流出口相反的一侧，阴电极和阳电极分别***管体一端且与管体该端口密封固连，阴电极和阳电极分别与设于管体外部的高压脉冲电源的一端电连接。

所述管体可为玻璃管或陶瓷管，外形最好为圆柱形管体，所述管体的壁厚最好≥0.5mm，内径≥5mm，长度≥10mm，可根据需要决定。所述管体可为直径10mm，厚度1mm，长度30mm的圆柱形玻璃管，管体的两端口的直径可为3mm，射流出口的直径可为0.7mm。

所述阴电极和阳电极最好采用多芯耐高温导线，阴电极与阳电极在管体内腔中的间距最好≥5mm。

所述高压脉冲电源的技术参数可为：输出电压为0～50kV，频率为50～400Hz，脉冲调制频率为10～1000Hz，脉冲调制占空比为5％～20％。所述高压脉冲电源可采用市售产品或定制。

所述补气单向阀可采用型号为ZCKL-DCV06的医用气体单向阀。

所述阴电极、阳电极、气体单向阀与管体之间接合部最好均设有密封胶，如AB胶。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

本发明是一种大气压放电产生合成射流的装置。当在阴电极、阳电极之间加载高压脉冲时，两电极间发生放电现象，产生等离子体，同时释放大量热量，使管体腔内温度骤升，气体膨胀、压力骤增，从喷嘴向腔体外挤出，形成射流。放电产生射流后，腔体内呈负压状态，容器吸气复原，使内外压力平衡，完成一个放电-射流循环。然后在高压脉冲电源作用下，再次放电，再次形成合成射流，如此往复循环获得连续的射流。在吸气复原阶段，由于管体腔内外压差较小，射流出口直径通常只有1～2mm左右，因此气体补充较慢。特别是当激励器工作后腔体温度上升，吸气复原的过程更加困难，从而导致射流连续性差，且速度快速下降，不稳定。本发明为放电管体接上一个补气单向阀。当腔内放电，产生等离子体释放大量热量，使气体膨胀增压形成射流，之后再吸气复原的过程中，该补气单向阀在腔体内外压差作用下自动开启和关闭。当腔内呈现负压状态，补气单向阀自动开启吸气补充腔内气体使其恢复压力。当腔内呈现高压时，补气单向阀自动关闭，以防泄漏。为了使放电后的腔体内气压尽快复原，补气单向阀通道面积可设为射流出口的数倍，可缩短补气过程。另一方面，射流发生器工作一段时间后，由于管体内温度也会升高，只靠射流出口吸气难以复原，会导致射流速度下降。采用补气单向阀，其补气通道较大，吸气复原过程受升温影响较小。因此，补气单向阀可以使射流发生器在放电间隙快速补气，使管体内腔气压尽快复原，进行下一循环的放电、射流。显然，补气单向阀可以加快补气速度，增加腔内气体补充的量，既可维持射流速度，又可减少补气复原时间，缩短放电周期，使得射流变得连续、稳定。

由此可见，本发明具有如下突出优点：

1.所述补气等离子体射流发生器的的补气单向阀，可有效提高脉冲放电间隙的吸气复原速度和效率，可获取稳定连续性好的射流。

2.所述补气单向阀受腔体内外压差作用可自动开启和关闭。当腔内呈现负压状态，单向阀自动开启吸气补充腔内气体使其恢复压力；当腔内呈现高压时，单向阀自动关闭，以防高压气体泄漏，保证射流强度。

3.所述补气单向阀与管体连接处的通道面积可设为射流出口的数倍，具体大小由管体尺寸和选用的补气单向阀所决定。由于其补气通道较大，吸气复原过程受升温影响较小。

4.所述补气单向阀可以使射流发生器在相同放电间隙内加快补气速度，使腔体气压尽快复原，进行下一循环的放电，使得射流变得连续、稳定。

5.所述补气等离子体射流发生器组成结构简单紧凑，体积小、轻巧，易于加工且成本低，补气单向阀可根据需要选配，且其工作无需人工干涉。

6.所述补气等离子体射流发生器利用腔内大气压放电产生合成射流，增加补气单向阀即可实现射流的连续性和稳定性，不需要外加气源和配置其它设备，如空气压缩机或鼓风机、过滤装置等。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图(外观图)；

图2为本发明实施例的补气单向阀开启补气时气体流动示意图。

具体实施方式

参见图1和2，本实施例设有管体1、射流出口2、补气单向阀3、阴电极4、阳电极5和高压脉冲电源V。管体1是直径10mm，厚度1mm，长度30mm的短圆柱型玻璃管，两端经过收缩形成孔径约3mm的端口。射流出口2径向设于管体1壁上，为直径0.7mm的小口。补气单向阀3采用型号为ZCKL-DCV06的医用气体单向阀，补气单向阀3设于与射流出口相反的一侧，且与管体1内腔相通。阴电极4和阳电极5分别***管体1内腔的一端并密封固连，阴电极4和阳电极5两电极在管体1外部分别与高压脉冲电源电连接。所述阴电极4、阳电极5、气体单向阀3与管体1之间接合部均用AB胶密封。

所述阴电极4和阳电极5采用多芯耐高温导线，二者在管体1内腔的间距为10mm。

所述高压脉冲电源V的技术参数为：输出电压为0～50kV，频率为50～400Hz，脉冲调制频率为10～1000Hz，脉冲调制占空比为5％～20％。所述高压脉冲电源可采用市售产品或定制。

本实施例的工作原理如下：

本实施例的加载电源(高压脉冲电源V)设定为电压25kV，频率200Hz，占空比15％。在电源接通后，阴电极与阳两极之间的空气被击穿，管体1腔内出现火花放电现象，产生等离子体，腔内温度迅速升高，气压增大。此时补气单向阀3受内部气压作用自动关闭，防止泄露。气体受挤压从射流出口2喷出形成射流。放电结束后，管体1腔内呈负压状态，此时补气单向阀受内外压力差作用自动打开，通过补气单向阀3和射流出口2同时进行补气，管体1腔内气体迅速得到补充复原(如图2所示，箭头6表示气流方向)，等待下一次放电，补气单向阀3再次自动关闭、打开，再次补气，如此往复循环，形成连续、稳定的射流。

本实施例实验结果如下：

采用皮托管对出***流速度进行测量，空速管距离出气口距离2mm。在上述工作状态下工作5min，皮托管测得所产生的射流速度可以保持在约43m/s。

而没有补气装置的同类型射流发生器在上述工作状态下，一开始可以提供同样速度的射流，但维持不到1min，射流速度便开始衰减并且随着工作时间的延长衰减越来越严重，速度降为原来的一半甚至更低。

由此可见，与没有补气装置的同类型射流发生器比较，本发明具有工作性能稳定、射流连续且速度高，而且重量轻、体积小、结构简单、便于操纵控制等突出优点。

Claims (10)

1.一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，设有管体、射流出口、补气单向阀、阴电极、阳电极和高压脉冲电源；

管体为绝缘材料管体，管体两端缩径，射流出口径向设于管体壁上，补气单向阀与管体连接且与管体内腔相通，并且位于与射流出口相反的一侧，阴电极和阳电极分别***管体一端且与管体该端口密封固连，阴电极和阳电极分别与设于管体外部的高压脉冲电源的一端电连接。

2.如权利要求1所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述管体为玻璃管或陶瓷管，外形为圆柱形管体。

3.如权利要求2所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述管体的壁厚≥0.5mm，内径≥5mm，长度≥10mm。

4.如权利要求2或3所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述管体为直径10mm，厚度1mm，长度30mm的圆柱形玻璃管，管体的两端口的直径为3mm，射流出口的直径为0.7mm。

5.如权利要求1所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述阴电极与阳电极在管体内腔中的间距≥5mm。

6.如权利要求1或5所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述阴电极和阳电极采用多芯耐高温导线。

7.如权利要求5所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述阴电极与阳电极在管体内腔中的间距为10mm。

8.如权利要求1所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述高压脉冲电源的技术参数为：输出电压为05～0kV，频率为50～400Hz，脉冲调制频率为101～000Hz，脉冲调制占空比为5％～20％。

9.如权利要求1所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述补气单向阀采用型号为ZCKL-DCV06的医用气体单向阀。

10.如权利要求1所述一种补气式等离子体射流发生器，其特征在于，所述阴电极、阳电极、气体单向阀与管体之间接合部均设有密封胶。