层流等离子体射流温度与速度测量

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第3期工程热物理学报Vo1．25，No．32004年5月JoURNALOFENGINEERINGTHERMOPHYSICSMay,2OO4层流等离子体射流温度与速度测量孟显潘文霞吴承康(中国科学院力学研究所，北京100080)摘要本文分别应用光谱诊断、水冷皮托管及小尺寸杆状热流探针，对自由射入空气中的纯氩层流等离子体射流中心最高温度、滞止压力以及最大热流密度进行了测量，由测量结果导出了层流射流的中心最大速度，得到了射流气体温度和速度的轴向分布及其随工作电流和气流量变化的一些规律，探讨了气体的温度和速度对其向探针表面换热

2、系数的影响．关键词层流等离子体射流；温度；速度中图分类号：0536文献标识码：A文章编号：0253—231X(2004)03--0490-03TEMPERATUREANDVELoCITYMEASUREMENToFLAMINARPLASMAJETMENGXianPANWen—XiaWUCheng—Kang(InstituteofMechanics，ChineseAcademyofSciences，Belting100080，China)AbstractTheaxialtemperatureofaDCargonlaminarplasmajetinjectingintotheat

3、mospherewasmeasuredbyusingspectrometricmethod．Thestagnationpressureandmaximumheatfluxweremeasuredthroughwater-cooledpitot-tubeandasmallstick-shapedprobeseparately．TheaxialvelocityWascalculatedaccordingtothemeasuredpressureandtemperature．Themaximumtemperatureandvelocityofthejetflowatthecent

4、erofthetorchexitincreasewitharccurrent．TheefectofgastemperatureandvelocityonheattransfercoeficientfromjetflowtoprobesurfaceWasalsodiscussed．Keywordslaminarplasmajet；temperature；velocity1引言热等离子体射流具有极高温度及大的径向温度梯度，对其特性参数的确切测量存在一些困难[4】。纯氩层流等离子体射流射入到空气中的长度可本文应用光谱诊断、水冷皮托管和小尺寸杆状热流达550nul1【，随着产生射流

5、的工作参数变化，其长探针，分别对射入空气中的纯氩层流等离子体射流度明显改变，也就是流场分布明显变化，并有很好的温度、滞止压力及热流密度进行了测量，导出了的可重复性。这些特点除了可能发展其新的应用领层流射流的速度以及射流与探针表面之间的换热系域以外，也为热等离子体特性的理论和实验对照研数究提供了典型的对象。但由于层流射流的产生需要很好地平衡发生器结构和产生参数，到目前能成功2实验方法地产生出这种射流的报告不多，因此，也基本上查层流等离子体射流的产生条件为：工作气体为不到对其特性的系统研究结果。文献[2,3】对纯氩层纯氩，气流量变化范围从1．6×1O-4kg／s到2．4x10-

6、4流等离子体射流的温度及速度分布作了一些数值模kg／s，工作电流变化范围从110A到180A，环境气拟工作。由于缺乏系统可靠的实测数据，计算中只体为空气。能适当假定温度和速度的初值，对模拟结果也只能作定性分析，对数学物理模型的正确性缺少判定的图1为测量系统示意图。光谱系统包括透镜、依据。因此，有必要对层流等离子体射流的特性参直径0．4mm的石英光纤、减光片和光谱分析仪。光数进行系统的测量。谱测温属于非接触式方法，不对射流产生扰动。在收稿日期：2004-01—08；修订日期：2004-03-05基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．50276065；No．50336010

7、)作者简介：孟显(1974一)，女，河北石家庄人，博士生，主要从事热等离子体射流特性诊断及其与固相表面相互作用研究．维普资讯http://www.cqvip.com3期盂显等：层流等离子体射流温度与速度测量假定射流为定常流动、处于局域热力学平衡状态、轴算中假定的最高温度要高【2，引。对称的前提下，采用谱线相对强度法【】及Abel变换【】得到了层流射流的温度。实验选用的是波长为750．4D_In和751．5D_In的氩原子谱线。气流量／l0kg／s光纤电流／A图2射流温度随：(a)气流量(电流170A)及(b)电流(