[发明专利]三维滑动弧等离子体发生器

说明书

本发明属于等离子体发生器技术领域，具体涉及一种三维滑动弧等离子体发生器，旨在克服航天发动机燃烧室恶劣的环境以及为开展相关地面实验的或其他相关燃烧设备的点火与助燃实验。本申请提供的三维滑动弧等离子体发生器包括阳极电极杆、壳体、反应器阴极，阳极电极杆装设于壳体顶端，反应器阴极套设于阳极电极杆外部，壳体中前端有与供气装置密封连接的进气嘴，气体由进气口进入流入反应腔室，再流入阴极电极内侧的通道中并吹动电弧产生滑动弧，由于反应器阴极在内侧的螺旋通道中，其产生的滑动弧会跟随阴极滑动，产生三维滑动弧。本发明有效提高了产生旋转滑动弧的稳定性、均匀性，并且具有结构简单的特点，可适用于航空航天发动机燃烧领域。

技术领域

本发明属于等离子体发生器技术领域，具体涉及一种三维滑动弧等离子体发生器。

背景技术

滑动弧放电是指阴极和阳极在高压电场激励下，产生电弧通道，电弧被气流驱动而产生滑动的一种放电方式。滑动弧放电等离子体的电子温度较低但电子数密度较高，具有典型的非平衡等离子体特征。研究表明，非平衡等离子体产生过程中释放的大量活性粒子、自由基等，能有效提高燃烧效率，加速燃烧反应的进行。滑动弧放电作为产生非平衡等离子体的一种方法，具有较大的能量密度，能量利用率高和较高的处理能力，因此在环境治理，能源转化，生物医学、航空航天等方面有广泛的应用前景，并且因为具有电极结构简单，温度调节范围广等优点，使其在激励燃烧反应方面具有独特的优势。

根据电极结构的不同，滑动弧放电主要分为二维平面滑动弧和三维旋转滑动弧，前者放电区域主要为二维平面，二维滑动弧与介质气体的接触面积较小、反应气体在反应器中停留时间较短，导致反应气体转化率较低。后者放电区域为旋转三维立体，具有更大的放电空间和能量利用效率。滑动弧放电所用到的电源有交流电源、直流电源、纳秒脉冲电流。滑动弧放电基本有俩种模式，击穿伴随模式，滑动弧放电初期，电弧仅存在于最窄间隙之间，并未出现大幅度的滑动；稳定滑动模式，电弧在气流吹动下会向气体下游滑动，产生稳定的滑动电弧。目前对滑动弧的放电特性、光谱特性已经有了大量研究，结果表明滑动弧放电体具有明显的周期性质和物理化学性质，其放电过程中产生大量活性粒子、自由基等，可影响燃烧系统的化学平衡，加速燃烧的化学动力学过程。

电弧运动过程中电场、气流运动状态与滑动弧的运动特征相互影响，因此不同的反应器结构有着不同的激励效果。对于三维旋转滑动弧的产生，旋转气流是必不可少的条件，旋转气流的运动状态对旋转滑动弧的效果有着直接影响。对于大部分的三维滑动弧反应器，所采取的结构通常是锥型电极与外壳接入阴阳电极产生电弧，通过旋流器产生旋转气流来吹动电弧，进而产生三维旋转滑动弧。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为克服航天发动机燃烧室恶劣的环境以及为开展相关地面实验的或其他相关燃烧设备的点火与助燃实验，为了解决现有技术中三维滑动弧反应器放电不稳定不均匀的问题，本申请第一方面提供一种三维滑动弧等离子体发生器，包括壳体、阳极电极杆和反应器阴极；

壳体，所述壳体包括底壁和侧壁，所述侧壁具有第一端和第二端，所述第一端与所述第二端相反，所述侧壁的第一端固定于所述底壁并形成密封，所述侧壁的第二端向背离所述底壁的方向延伸以形成中部的反应腔室和末端的开口，所述侧壁第一端的两相对侧分别开设有进气口；

阳极电极杆，所述阳极电极杆一端贯穿所述壳体底壁并延伸于所述壳体底壁外部，所述阳极电极杆另一端竖直设置于所述反应腔室内且所述阳极电极杆的轴线位于所述反应腔室中心；

反应器阴极，所述反应器阴极装设于所述侧壁第二端，所述反应器阴极路径呈圆锥螺旋线，所述反应器阴极轴心与所述阳极电极杆同轴，所述阳极电极杆背离所述电极安装隔离座的一端贯穿所述反应器阴极小端，所述反应器阴极大端背离所述阳极电极杆方向延伸。

在一些优选技术方案中，所述阳极电极杆上端通过电极安装隔离座可拆卸地装设于所述底壁。