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CO2电弧加热器电热特性研究

欧东斌 杨国铭 朱兴营 文鹏 张智 曾徽

欧东斌, 杨国铭, 朱兴营, 等. CO2电弧加热器电热特性研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20220065
引用本文: 欧东斌, 杨国铭, 朱兴营, 等. CO2电弧加热器电热特性研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20220065
OU D B, YANG G M, ZHU X Y, et al. Study on electric and thermal characteristics of CO2 arc heater[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20220065
Citation: OU D B, YANG G M, ZHU X Y, et al. Study on electric and thermal characteristics of CO2 arc heater[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20220065

CO2电弧加热器电热特性研究

doi: 10.11729/syltlx20220065
详细信息
    作者简介:

    欧东斌:(1979—),男,四川阆中人,研究员。研究方向:气动热与热防护试验技术。通信地址:北京市7201信箱15分箱(100074)。E-mail:oudongbin@sina.com

    通讯作者:

    E-mail:oudongbin@sina.com

Study on electric and thermal characteristics of CO2 arc heater

  • 摘要: 在300 kW管式电弧加热器上,通过试验测定了CO2介质和空气介质条件下的伏安特性和热效率数据。基于相似参数进行回归分析,得到了可同时应用于CO2介质和空气介质的电热特性关系式,并与国外类似电弧加热器进行了比较。研究结果表明:CO2和空气电弧加热器的电热特性相似,在相同输入参数(电弧电流、气体质量流量)下,CO2介质比空气介质条件下的弧室总压平均低18%,但电弧电压、焓值和热效率分别高5.9%、6.7%和10.9%;通过统一关系式得到的数据和试验数据一致性较好,伏安特性和热效率回归误差分别为−13%~11.4%和−33.0%~34.7%。
  • 图  1  300 kW电弧加热器示意图

    Figure  1.  Schematic of the 300 kW arc heater

    图  2  电弧加热器特性研究试验台

    Figure  2.  Experimental system for characteristics research of the arc heater

    图  3  等离子体射流

    Figure  3.  Plasma jet

    图  4  电弧加热器伏安特性

    Figure  4.  UI characteristic data of arc heater

    图  5  Dc/Da对电弧加热器伏安特性的影响

    Figure  5.  Effect of Dc/Da on UI characteristics of arc heater

    图  6  不同介质对伏安特性的影响

    Figure  6.  Effect of different media on UI characteristics

    图  7  电弧加热器电压数回归相关性

    Figure  7.  Regression correlation of voltage number of arc heater

    图  8  不同电弧加热器特性对比[8]

    Figure  8.  Comparison of characteristics of different arc heaters[8]

    图  9  不同功率电弧加热器电压数比较

    Figure  9.  Comparison of voltage numbers of arc heaters with different power

    图  10  电弧加热器的热效率

    Figure  10.  Thermal efficiency data of arc heater

    图  11  不同气体介质下的热效率比较

    Figure  11.  Comparison of thermal efficiency of different media

    图  12  不同气体介质下的容积焓比较

    Figure  12.  Comparison of enthalpy of different media

    图  13  电弧加热器热效率回归相关性

    Figure  13.  Regression correlation of thermal efficiency of arc heater

    表  1  试验条件

    Table  1.   Test condition

    调整参数参数范围
    空气CO2
    长径比L/D8.3,11.1,14.6
    Dc/Da1.25,1.67
    电弧电流I/A100~1000
    励磁电流IB/A0~50
    气体质量流量G/(g·s−15.0~13.46.0~12.0
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    表  2  回归方程显著性检验

    Table  2.   Significance verification of regression equation

    方程R2σ2QRQEF$|t| $显著性检验结果
    40.9880.04150.8450.22314826.2148.3(Πh),22.3(ΠRe显著
    50.9890.0296.3050.04763772.384.3(Πh),18.7(ΠRe显著
    70.9960.03877.2890.30612990.6170.7(Πh),24.0(ΠRe),5.9(Dc/Da),52.7(Pr显著
    注:R为复相关系数;σ2为标准方差;QR为回归离差平方和,QE为残差平方和;F=[QR/k][QE/(nk−1)],n为自由度,k为自变量个数;$|t| $为自变量的t校验系数。
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-13
  • 修回日期:  2022-11-16
  • 录用日期:  2023-01-08
  • 网络出版日期:  2023-03-07

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日