微机控制的电弧等离子体光谱诊断装置

本文根据等离子体光谱多线解析法的基本原理,研制出了一种用微型计算机测控的光电光谱诊断装置。该装置能对未知配比的电弧等离子体中的各组分浓度以及对应的温度、压力等热力学基本参数及其分布进行同时测定;并具有快速、定量、时间与空间分辨率高、信息量大以及操作简便优点。大大地扩大了传统的光谱诊断装置的测试功能和测试范围,为电弧等离子体的热力学分析、加工过程的自动控制和污染的防治等提供了必要的前提。本装置已用于二元及多元混合气体电弧等离子体、高频直流脉冲电弧等离子体的诊断。本文将着重介绍该装置的原理、结构、性能及使用情况;并以氩氢电弧为例,给出测试的结果及误差估计。     

氢等离子体特性及其对钨的辐照行为研究

本文依托四川大学直线等离子体装置(SCU-PSI)产生高通量氢等离子体,采用朗缪尔探针对氢等离子体特性进行诊断,研究了氢等离子体特性随放电电流、气体流量等输入条件的演变规律;并利用调控产生的氢等离子体对纯钨进行了相应的辐照研究. 实验结果显示, 在磁场0.1~0.2 T、气流量1 000~2 200 sccm和电流180~228 A范围内,氢等离子体通量密度、热负荷密度及电子密度、温度等参数与磁场和电流呈正相关关系,而与气体流量呈负相关关系. 在该范围内,最高等离子体密度达到2.6×1019 m-3,等离子体通量达到8.8×1022 m-2?s-1,热负荷达到6.5×104 W/m2. 利用调控产生的等离子体对纯钨样品进行初步辐照实验,结果显示随着入射等离子体特性的不同,样品表面出现不同程度的尺寸和密度不均匀颗粒状辐照损伤结构,并且颗粒尺寸随氢等离子体离子通量的增加而增大. 本文结果显示SCU-PSI可以产生理想的氢等离子体环境,因此可以作为未来聚变领域,研究氢等离子体和托卡马克装置面向等离子体材料钨以及相应结构材料相互作用的有效实验装置.     

稠密氩等离子体Hugoniot物态方程的研究

采用平面冲击压缩方法产生密度和温度都均匀的氩等离子体,根据辐射高温计记录和飞片速度的测定,通过阻抗匹配方法确定氩等离子体的Hugoniot物态方程,等离子体的温度为1．4－2．2eV,密度为0．0083－0．015g/cm^3。应用Saha模型加Debye-Huckel修正,计算了等离子体的Hugoniot物态方程。测量值和理论计算结果符合较好,说明Saha模型加Debye-Huckel修正能较好地描述该热力学条件下氩等离子体的热力学行为。     

平衡态电弧等离子体统计热力学属性的计算

以热力学平衡和化学平衡假设为前提,在求解电弧等离子体统计热力学参数的基本原理的基础上,考虑了粒子激发态的影响,得到精确的粒子配分函数,进而运用德拜模型将等离子体粒子相作用的影响包含在内,从化学平衡方程得到氮气和氩气平衡态电弧等离子体内部粒子成分与温度、气压的函数,并以此计算获得相应的统计热力学参数.利用此方法计算出了不同气压条件下(0.01、0.10、0.30、0.50、1.00MPa)、不同温度范围内(300～40 000K)氮气和氩气电弧等离子体热力学参数,并与以往文献中的部分结果进行了对比与分析.结果表明,在15 000K以内统计热力学参数的计算结果良好,随着温度的继续升高,计算结果产生了误差,误差主要来源于配分函数计算方法和德拜修正带来的计算精度的差异.     

电弧等离子体成分和温度同时测量的光谱多线解析法及实验装置(英)

根据等离子体物理学和光谱学理论,建立了一种新的电弧等离子体的测试方法─—光谱多线解析法,可对未知配比的混合电弧等离子体的成分、温度甚至压力的空间分布作同时测定。文中阐明了这一方法和相应的实验装置的原理。测定了氩氢混合电弧等离子体中的氩氢含量及对应的温度、压力分布。对实验结果作了误差分析和验证。     

用于大气环境中的氮等离子体枪束流模拟

为了对等离子体应用设计提供依据,在局部热力学平衡条件下,应用差分网格法,通过解RNGk-ε方程模拟了用于大气环境中的氮等离子体枪的束流,得到了与实验测得的基本一致的等离子体束型.计算了不同气体流量条件下等离子体束流的温度场,并通过描绘等离子体束流中温度为600 K的边界得到了等离子体束型.结果表明:当流量F0.8 m3/h时,等离子体束型分布趋于稳定,此时能够为等离子体的应用提供较好的离子源.等离子束径在7~8 mm处达到最大,此处应为等离子体应用的最佳范围.     

等离子体法降解汽车尾气中NOx平衡计算

对汽车发动机内燃烧平衡做热力学平衡计算，得到的NOx结果与实际检测值基本一致，然后计算了等离子发生发器裂解汽汪后产生的CO和H2加入发动机后的热力学平衡，得到在发动机内燃烧温度下的NOx结果，结果表明，通过等离子体法裂解部分汽油可大幅度降低尾气中NOx的含量，当汽缸最大工作压力为40atm，工作温度为2200K，汽油与氧化比值为1：15．1时，以汽缸燃烧1摩尔汽油为基准，等离子体发生器裂解0．1摩尔汽油可使尾气中NOx含量降低到100ppm左右而CO浓度不大于100ppm，裂解0．2摩尔汽油可使尾气中NOx含量降低到45ppm以下，同时CO浓度低于65ppm。     

3,5-二氨基-1,2,4-三唑苦味酸盐的比热容、热力学性质及爆速爆压的估算

目的研究三唑类含能离子化合物3,5-二氨基-1,2,4-三唑苦味酸盐(C8N8H8O7,简称DAT.PA)的比热容,热力学性质及爆速、爆压。方法比热容测定采用Micro-DSCⅢ微热量仪中的连续比热容测定模式;运用Gaussian 03W程序的DFT-RB3LYP/6-31g*方法对DAT·PA在283～353K的温度范围内进行了比热容理论计算;根据热力学基本方程计算以298.15 K为基础DAT.PA的热力学函数;采用氮平衡方程研究化合物的爆速和爆压。结果得到DAT.PA比热容方程为Cp(J/g·K)=-0.233 7+6.005 6×10-3T-5.396 9×10-6T2(283K相似文献   

远程氩等离子体表面灭菌研究

研究了射频放电远程氩等离子体对材料表面金黄色葡萄球菌的灭活效果及动力学,并结合等离子体场中活性粒子的分布状态,分析了灭菌机理.结果表明:远程氩等离子体的灭菌效果强烈依赖于等离子体处理条件,且随处理时间的延长,不同放电距离处的灭菌速率均分为3段逐渐减慢,并在放电功率100W、放电时间240s、氩气流量20cm3/min、真空度22Pa的条件下,在距放电中心0～30cm范围内可实现对金黄色葡萄球菌的有效灭活(灭菌率≥99.9%);在高放电功率下且氩气电离充分时,带电粒子(电子、离子)对菌体表面强烈的刻蚀作用是氩等离子体灭活金黄色葡萄球菌的主要原因,自由基对细菌的杀灭力小于带电粒子,而低放电功率下的灭菌则是由氩等离子体场中紫外光的作用所致.     

1,3,5-三乙酰基六氢均三嗪分子的吸收光谱及合成反应热力学性质的理论研究

1,3,5-三乙酰基六氢均三嗪分子(TRAT)作为高能炸药的中间体,研究其光谱性质及合成反应热力学可能性具有较大学术意义.使用密度泛函理论B3LYP方法对合成TRAT反应的相关分子进行几何结构优化、不同温度下的热力学性质计算,用含时密度泛函理论TD-B3LYP方法计算TRAT的电子吸收光谱.结果显示,优化得到的TRAT分子稳定结构由3个面组成,气相中最低能量跃迁吸收峰出现在224 nm,属于近紫外区,溶剂作用使其蓝移5～6 nm,溶剂不影响跃迁性质.298.15 K与标准大气压下,TRAT分子的标准摩尔生成焓和标准摩尔生成自由能分别为-681.95和-361.31 kJ.mol-1.合成反应的标准摩尔生成焓变和标准摩尔生成自由能变分别为-132.01和-67.23 kJ.mol-1,合成反应在600 K以下能自发进行.     

直流埋弧炉内电弧等离子体流动与传热分析

双电极直流埋弧炉的使用是一种生产氧化镁单晶的有效途径.为理解和优化电弧冶炼过程,建立了电弧炉中等离子体射流的三维稳态磁流体动力学模型.在模型中假设,电弧等离子体处于局部热动态平衡状态,而且熔池表面没有发生变形.利用ANSYS有限元分析软件,得到电弧温度场、流场、压力场和电势的分布.最后近似给出了由电弧引起的熔池表面等效热通量的分布.计算结果表明,熔池表面所受到的压强大小跟电流以及弧长有关:电流越大,压强越大;弧长减小,压强先增大后减小.     

Production of pig iron from red mud waste fines using thermal plasma technology

Red mud, an insoluble residue produced during alkali leaching of bauxite, is considered as a low-grade iron ore containing 30% to 50% iron. The present paper deals with the use of thermal plasma technology for producing pig iron from red mud waste fines. The smelting reduction of red mud was carried out in a 35 kW DC extended arc thermal plasma reactor. Red mud was properly mixed with fluxes and graphite (fixed carbon, 99%) as a reductant as per stoichiometric requirement. The effect of various process parameters like a reductant, fluxes and smelting time on iron recovery was studied and optimized. An optimum condition for the maximum recovery of iron was obtained. A new thermal plasma process applicable to direct iron making from red mud waste fines that would achieve significant utilization of red mud was proposed.     

钢表面化学气相沉积碳化钛

采用化学气相沉积（CVD）法，以TiCl4-CH4-H2为原料气体，在不锈钢表面获得了致密的碳化钛(TiC)膜，研究了TiC的成膜速度、表面形貌和日本择优取向与沉积条件的关系。结果表明，沉积温度Taep、碳钛比CH4／TiCl4强烈的影响TiC的成膜速度、表面形貌和晶体择优取向。CH4／TiCl4低时，TiC晶体的择优取向为（220）；CH4／TiCl4高时，TiC晶体的择优取向为（200）。气氛中活性碳的平衡浓度是决定碳化钛的表达形貌、晶体择优取向的主要因素。     

柠檬酸三丁酯合成的热力学分析

针对柠檬酸与正丁醇反应合成柠檬酸三丁酯的体系,采用基团贡献法和其他计算方法进行热力学的相关估算与分析.在275~450 K范围内,研究反应焓变、熵变、Gibbs自由能变化量、化学平衡常数、柠檬酸的平衡转化率随温度的变化情况,并探讨反应物摩尔比对柠檬酸转化率的影响.计算结果表明:该反应为吸热反应;在分水情况下,在366~450 K范围内,Gibbs自由能变化量小于0,并随着温度的升高而减小,说明该反应是可行的,升温有利于反应的进行;升高温度或者增大反应物的醇酸摩尔比,可提高柠檬酸的转化率,且与实测值非常接近     

脉冲放电等离子体电子激发温度发射光谱诊断

利用微量Ar的发射光谱,对标准大气压N2脉冲流光放电等离子体特性进行了实验研究.在对所得Ar原子荧光谱线归属的基础上,分别采用谱线相对荧光强度比值法,玻尔兹曼曲线斜率法和费米-狄拉克布居分布模型法3种计算方法,对标准大气压N2脉冲流光放电等离子体电子激发温度进行分析比较.结果表明:采用玻尔兹曼曲线斜率法和费米-狄拉克布居分布模型法计算得到的电子激发温度非常接近,分别为(7 474±500)K和(7 480±500)K,说明本研究所涉及的脉冲流光放电等离子体至少接近局部热平衡.     

1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板等离子电弧加热弯曲成形的温度场

为获得等离子电弧加热工艺参数和薄板几何尺寸对薄板温度场分布的影响规律,应用有限元方法对1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板等离子电弧加热弯曲成形的三维瞬态温度场进行了数值模拟,分析了等离子电弧功率、扫描速度、薄板厚度以及冷却条件等对等离子电弧成形温度场的影响特性.结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢薄板的弯曲角度随着等离子电弧功率的增加而增加,最佳扫描速度下薄板厚度方向温度梯度达到最大.改变温度梯度可以达到控制变形的目的.     

基体温度对磁控溅射TiN薄膜结构与力学性能的影响

采用直流反应磁控溅射方法在304不锈钢表面沉积TiN薄膜.利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪研究基体温度对TiN薄膜结构与性能的影响.结果表明:TiN薄膜为柱状结构,表面平整、致密.薄膜为面心立方结构(fcc)TiN并存在择优取向,室温和150℃时薄膜为(111)晶面择优取向,300和450℃时薄膜为(200)晶面择优取向;室温时薄膜厚度仅为0.63μm,加温到150℃后膜厚增加到1μm左右,但继续加温对膜厚影响不明显;平均晶粒尺寸随着基体温度的升高略有上升;薄膜的硬度、弹性模量和韧性(H3/E*2)随基体温度的升高而增加,最值分别达到25.4,289.4和0.1744GPa.     

连铸二冷区温度波动下的第二相粒子析出行为

采用Gleeble-3500热循环模拟试验机研究了PQ700热轧高强钢铸坯表面温度为800~1200益时温度波动对第二相粒子析出的影响,并利用Thermo-calc热力学软件计算PQ700连铸过程中第二相粒子的析出规律。结果表明：温度大于1050益时,由温度波动引起的析出物尺寸变化明显；温度小于900益时,由温度波动引起的析出物数量变化明显；Nb的含量变化对析出相( Nb,Ti) C摩尔分数影响较大；Ti的含量变化对析出相Ti( C,N)有很大影响。     

电弧等离子体射流核脉动及射流形貌

电弧等离子体射流中的脉动是等离子体射流的典型物理现象之一。采用电弧等离子体光谱诊断及数字高速摄影的方法对常压电弧等离子体射流核进行了研究 ,采用了Fourier变换的方法分析弧电压和射流光谱强度信号 ,发现电源的交流分量和阳极弧点运动对整个射流核的脉动特性都有影响 ,射流并不存在一个处于稳定状态的核心区域。相反 ,从谱线强度脉动和弧电压脉动的 FFT分析图中可以看到 ,射流核的脉动是由电弧电压脉动及电弧分流现象共同造成的 ,这可能是射流核脉动的最主要原因。等离子体射流的高速摄影照片表明 ,等离子体喷枪的功率也对射流的脉动特征有着重要的影响