[实用新型]定向自旋等离子体激励器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种等离子体激励器，尤其涉及一种定向自旋等离子体激励器。

背景技术

近年来等离子体技术已在锅炉助燃、发动机减排等领域得到一定程度的研究。通过在燃烧室的进气道安装等离子体发生装置，将进气口一端的空气分子电离，产生大量高能电子、处于激发态的离子、自由基和准分子等携带高能量的等离子态物质，在燃烧室内等离子态物质中的高能粒子与燃料产生能量交换，使燃料分子瞬间发生一系列物理、化学变化而处于活化状态，可以使燃料的燃点大幅降低，有效解决贫燃料起燃困难问题，达到助燃目的；同时也可以大大改善因燃烧不充分导致的微粒物沉积及有害气体排放。

目前在大气压条件下最可行的方法是利用辉光放电产生等离子体，也称为介质阻挡放电。通过设计激励器的电极布局，可产生基于等离子体电流体动力诱导的空气射流。流场中激励器附近的空气在强电场作用下被电离形成等离子体，等离子体又受到空间不均匀电场的加速而获得动能，向电场梯度方向运动，不可避免地同周围气体分子产生碰撞，并在碰撞中发生能量转移。如果发生的是弹性碰撞，其结果将增强分子的动能。如果发生非弹性碰撞，其结果将会增加分子的内能，随着内能的增加就会引起分子内部能量状态的变化。因而无论是弹性碰撞还是非弹性碰撞，在离子与中性气体分子的相互作用中，会将一部分能量转移给气体分子，从而对流场施加影响。当电场强度足够时，介质阻挡放电过程中产生的大量等离子体在电场力的作用下形成能量流，通过离子与中性分子之间的动量传输诱导气体分子运动，交换并传递能量，从而对流场施加扰动或增加定向运动的动量。

流动控制技术是近几年国内外对飞行器减阻技术的研究，通过设计为如图1的电极布局形式(图中示意分别是：内部电极1、等离子体放电区2、外部电极或掩埋电极3、绝缘介质4、来流方向5以及等离子体射流6)，内部电极1和外部电极或掩埋电极3之间错开一定尺度，各电极之间平行排布形成大面积的激励区阵列，可望达到对来流的大规模流动控制，实现减小机翼表面粘滞气流的作用，从而降低飞行器气动阻力10％～30％的目的。

在锅炉助燃、发动机减排等领域，等离子体放电技术虽得到一定程度的应用与研究，但目前采用介质阻挡放电技术的激励器电极普遍采用如图2的布局形式(图中示意分别是：内部电极1、等离子体放电区2、外部电极或掩埋电极3、绝缘介质4、来流方向5以及等离子体射流6)，仅仅利用了等离子体中的高能粒子对燃料的活化作用，无法对来流形成定向流动，一方面高能粒子之间的相互碰撞复合会降低等离子体的助燃减排作用，另一方面由于来流气体在运动过程中只是临近平板式等离子体放电区的部分才有机会受激发电离，因而效率较低。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种等离子体射流的方向可控以及可提高助燃减排效率的定向自旋等离子体激励器。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种定向自旋等离子体激励器，其特殊之处在于：所述定向自旋等离子体激励器包括有气流入口以及气流出口的绝缘管、环绕设置在绝缘管上的电极组件以及与电极组件相连的高压电源。

上述电极组件包括分别以螺旋方式设置在绝缘管内壁的正电极条以及设置在绝缘管外壁上或掩埋设置在绝缘管的负电极条；所述正电极条与负电极条相互平行；所述正电极条以及负电极条分别与高压电源相连。

上述正电极条和负电极条均与入口平面角度相一致；所述电极条与入口平面相对角度是30°～60°；所述正电极条和负电极条均是单螺旋对或多螺旋对；所述正电极条和负电极条均采用多螺旋对时，所述多对正电极条或负电极条分别并联后与高压电源相连。

上述正电极条的宽度范围是1mm～3mm；所述负电极条的宽度是正电极条宽度的2～4倍。

上述相邻正电极条与负电极条之间设置有电极间隙；所述电极间隙的范围是0mm～2mm。

上述绝缘管是聚酰亚胺管、聚四氟乙烯管、氧化铝陶瓷管或石英管；所述绝缘管的壁厚范围是0.6mm～3mm；所述正电极条以及负电极条均是钌电极条、铑电极条、钯电极条或铜电极条。

上述高压电源的输出电压调整范围是3kV～30kV；所述电源的频率输出范围是3kHz～15kHz。

本实用新型的优点是：