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《铱丝静电探针及其在高温风洞中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、,年月力学学报第期铱丝静电探针及其在高温风洞中应用王柏熬中国科学院力学研究所、,提要本文介绍一种可测量高温气流电子密度电子温度等参数的静电探针并给出适用于空气等离子体的探针理论曲线这种铱丝探针已成功地应用于电弧风洞一、概述,、,在高温高速空气动力学实验研究中以及气动激光电磁流体力学实验研究中高温、电子温度等是,介质的电子密度十分重要的参数需要从实验上予以测定本文介绍一种、电子温度等参数的静电探针应用于高温风洞测量气流电子密度,,,静电探针是等离子体诊断的重要手段山它测试系统简单动态范围大而且可以取
2、得所测参数的当地局部值所谓的静电探针,实质上就是一个金属电极将探针置于待,,,测的气体中由外部电源提供电压使之相对于被测气体有一定的电位从而由该气体中收集一定数量的电子和离子,形成电流当探针电位改变时,探针电流将依照一定的规,经测试后便得到探针的“”这种伏安特性与气体中带电粒子的数密度、律变化伏安特性温度等参数有关探针理论可以给出这两者之间的定量关系静电探针·等离子体补偿电极图静电探针及其伏安特性曲线本文于年月收到年在高温风洞严酷的热环境下,,使用静电探针并实现侧量首先要解决探针在高温气
3、流,,,中的生存间题为此我们研制了铱丝静电探针并成功地应用于一电弧风洞对试验气流的电子密度、电子温度及其剖面分布进行了校测校测结果与理论估算基本相符二、铱丝静电探针的结构设计,、根据电弧风洞的高温高速特点我们研制的静电探针由中心电极绝缘衬块及水冷外套三部分组成赛尹公‘习一尖冷却水人口冷却水出口图铱丝静电探针结构图、、中心电极包括铱丝探极引出导线和耐热绝缘套管等铱丝具有熔点高导电导热性、、,,,能好功函数高不易氧化的优点而且质地刚硬挺直很适宜作为探针可在高温空气的,环境中使用试验证明这
4、种铱丝静电探针可以在烙值为流量为的气互一气流方向—测试支架静电探牛控制系统馈电系统测试支架图校测电弧风洞的铱丝静电探针系统示意图第期王柏瓣铱丝静电探针及其在高温风洞中应用流中成功地连续运行水冷外套采用个压力的高压水泵提供的冷却水,它除了保护中心电极外,还兼作探针的补偿电极,,绝缘衬块可确保外水套和铱丝电极之间的电绝缘其材料为氮化硼它不仅绝缘性能好,,因此对铱丝还可起一定的冷却作用烧蚀和传热性能也好中心电极和氮化硼之间用高温材料封塞整个探针放置在三维风洞测试支架上三、静电探针的理论
5、及数据分析静电探针的理论分析是比较复杂的特别是在风洞气流校测中,流动效应和等离子体的,,静电效应祸合在一起使得理论的描述更为困难为避免考虑流动效应我们使用轴线与气流速度方向平行的柱探针,,以满足自由分子流静电探针并要求探针的直径足够小理论的要求,尸《几,尸为探针半径,又为气流中带电粒子的平均自由程其中为德拜屏蔽长度,,。。‘。。、‘高温气体是部分电离的等离子体其中电子和离子的数密度相等分别为电子和离子的数密度因此,探针电流由电子电流和离子电流组成。尸一,,。,‘,其中为探针电
6、流为电子电流为离子电流由图可以看到当探针电位低于等离子体的空间电位。时一般称之为负探针,探针将吸引离子而拒斥电子电位越,,当到达浮,负拒斥的电子越多因此探针电流迅速下降置电位时电子电流和离子电流相等,,探针电流为零探针电位低于浮置电位甚多时探针收集的几乎全部是离子电流,,而且电流随电位的变化非常缓慢一般称作饱和离子电流精确的探针理论山给出离子电流的表达式。、尸,,。一‘,其、乙兀劝产,,,,,、,其中夕为探针的离子电流密度为电子电荷为电子温度为离子质量友为玻尔
7、、、,,夸兹曼常数为无量纲离子电流密度朴为无量纲变量它们的定义为。,,、儿尸二二二一,代二一,台二丁」,口,友为离子温度尸,夸,其中文献〔利用数值方法给出了无量纲函数作为的函数,,我们给的计算结果从这一结果出发出了适用于空气等离子体的理论曲线参见图,,,其横坐标为梦,一。纵坐标为,,一这里,一即无量纲的浮置电’’黔一’一’‘’‘’‘’一’‘一一“一、‘一友一”一‘一一位,一则表示电位比浮置电位低伏特处离子
8、电流密度的无量纲值当“丛。,,,电子温度已知时在实验测定的探针伏安特性上不难确定,一的位置随即可找到‘一的值这样便要求首先由实测曲线确定电子温度,其方法有以下两种一、………’……爪探针、卜匕斜率口一卜口匕‘一厂一门」
