一種層流等離子發(fā)生器的制作方法

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本發(fā)明屬于等離子裝置領(lǐng)域，具體為一種等離子發(fā)生器，尤其涉及一種層流等離子發(fā)生器。

背景技術(shù)：

等離子態(tài)是物質(zhì)的第四態(tài)，宇宙中幾乎99﹪的物質(zhì)（不包括尚未確認(rèn)的暗物質(zhì)）都處于等離子態(tài)。等離子體射流與一般流體在流動(dòng)特征上有相似性，具有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流與湍流。對(duì)某一指定流體，當(dāng)其流速小于一特定值時(shí)，流體作有規(guī)則的層狀或流束狀運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)沒有橫向運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)間互不干擾地前進(jìn)，這種流動(dòng)形式叫層流；當(dāng)流體流速大于該值時(shí)，流體有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)遭到破壞，質(zhì)點(diǎn)除了主要的縱向運(yùn)動(dòng)外還有附加的橫向運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)交錯(cuò)混亂地前進(jìn)，這種流動(dòng)形式叫湍流。

等離子體其溫度分布范圍則從10 K的低溫到核聚變等離子體的 10億K超高溫并擁有一系列獨(dú)特性質(zhì)，使等離子體在納米材料生產(chǎn)、新材料合成、熱加工制造、冶煉、鉆探、煤化工、垃圾廢物處理、材料表面處理、電子、新能源、軍事、航空航天等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

在等離子體高溫?zé)嵩捶矫?，目前?yīng)用十分廣泛的電弧等離子體射流絕大部分采用湍流形態(tài)工作，這是由現(xiàn)有湍流電弧等離子體射流發(fā)生器技術(shù)和工作原理決定的。電弧等離子發(fā)生器分為層流和湍流兩種，其關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

近幾十年來(lái)，等離子體發(fā)生器的研制及等離子診斷技術(shù)的開發(fā)均取得了巨大的進(jìn)展，并且等離子體研制與開發(fā)的重點(diǎn)已不再局限與航天航空方面的應(yīng)用，而是更多地轉(zhuǎn)向機(jī)械、化工、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門的應(yīng)用，特別是在材料加工與新材料研制方面的應(yīng)用。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)性的應(yīng)用，要求等離子體發(fā)生器有較長(zhǎng)的壽命和較高的效率。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，等離子體流呈現(xiàn)復(fù)雜的流動(dòng)狀況，特別是大尺寸、大流量、大功率的工業(yè)等離子體裝置中則通常為湍流流動(dòng)。

因此，在工業(yè)應(yīng)用中，希望等離子體射流穩(wěn)定地維持在層流狀態(tài)，這就需要把握等離子體在發(fā)生器中形成的各個(gè)環(huán)節(jié)，控制所有影響電弧穩(wěn)定性的擾動(dòng)因素，克服等離子體射流的湍動(dòng)性，才能產(chǎn)生出高溫區(qū)域長(zhǎng)、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種層流等離子發(fā)生器。

一種層流等離子發(fā)生器，其特征在于包括：陰極、管內(nèi)陽(yáng)極、管外陽(yáng)極、冷卻裝置、等離子流出口、陽(yáng)極絕緣層和等離子發(fā)生器主體，所述陰極、管內(nèi)陽(yáng)極、管外陽(yáng)極、冷卻裝置、等離子流出口、陽(yáng)極絕緣層和等離子發(fā)生器主體相連接在一起，所述陰極和管內(nèi)陽(yáng)極設(shè)置在等離子發(fā)生器主體的內(nèi)部，所述管內(nèi)陽(yáng)極的內(nèi)部設(shè)置有一層陽(yáng)極絕緣層，所述冷卻裝置設(shè)置在等離子發(fā)生器主體的外部，所述等離子流出口設(shè)置在等離子發(fā)生器主體的一側(cè)，所述管外陽(yáng)極設(shè)置在等離子流出口上。

所述等離子發(fā)生器主體的內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)陰極，采用多個(gè)陰極結(jié)構(gòu)有助于降低現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)陰極電壓過高的問題。

所述冷卻裝置為熱管，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)冷散熱和水冷散熱，熱管散熱散熱穩(wěn)定安全，大大增加了層流等離子發(fā)生器工作的穩(wěn)定性和可靠性。

所述冷卻裝置包括圓柱形熱管或者螺旋形熱管,當(dāng)層流等離子發(fā)生器處于低功率工作狀態(tài)的時(shí)候，冷卻裝置采用圓柱形熱管，當(dāng)層流等離子發(fā)生器處于高功率的時(shí)候，冷卻裝置采用螺旋形熱管。

所述等離子流出口的出口形狀可為圓形、矩形、梯形等多邊形。

所述陽(yáng)極絕緣層為耐高溫絕緣層。

所述等離子發(fā)生器主體由耐高溫玄武巖纖維材料制成。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明的層流電弧等離子體束發(fā)生器的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)層流等離子高弧壓、小電流的工作模式，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為合理，能夠形成層流等離子射流。

2.本發(fā)明中陽(yáng)極部分和陰極部分的分布，陰極電離腔的形成，有助于穩(wěn)定等離子射流。

3.本發(fā)明的產(chǎn)生的層流等離子射流性能優(yōu)異，不能可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，而且產(chǎn)生的射流具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、能量密度集中、軸向溫度梯度小、噪聲低、可控性好、可重復(fù)、精度高等突出優(yōu)點(diǎn)。

4.本發(fā)明設(shè)置的多個(gè)陰極，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單個(gè)陰極的電壓過大的問題，延長(zhǎng)了陰極的使用時(shí)間。

5. 本發(fā)明中，由于設(shè)置了帶有熱管的冷卻裝置，對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)冷散熱和水冷散熱，本發(fā)明的冷卻裝置能夠讓層流等離子發(fā)生器的工作穩(wěn)定性和可靠性，從而保證了從本發(fā)明中產(chǎn)生的層流等離子的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1為本技術(shù)方案的結(jié)構(gòu)圖；

附圖標(biāo)記

1.陰極、2.管內(nèi)陽(yáng)極、3.管外陽(yáng)極、4.冷卻裝置、5.等離子流出口、6.陽(yáng)極絕緣層、7.等離子發(fā)生器主體。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

一種層流等離子發(fā)生器，其特征在于包括：陰極1、管內(nèi)陽(yáng)極2、管外陽(yáng)極3、冷卻裝置4、等離子流出口5、陽(yáng)極絕緣層6和等離子發(fā)生器主體7，所述陰極1、管內(nèi)陽(yáng)極2、管外陽(yáng)極3、冷卻裝置4、等離子流出口5、陽(yáng)極絕緣層6和等離子發(fā)生器主體7相連接在一起，所述陰極1和管內(nèi)陽(yáng)極2設(shè)置在等離子發(fā)生器主體的內(nèi)部，所述管內(nèi)陽(yáng)極2的內(nèi)部設(shè)置有一層陽(yáng)極絕緣層6，所述冷卻裝置4設(shè)置在等離子發(fā)生器主體7的外部，所述等離子流出口5設(shè)置在等離子發(fā)生器主體的一側(cè)，所述管外陽(yáng)極3設(shè)置在等離子流出口5上。