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惰性气体−空气混合电弧流场特性研究

杜百合 张松贺 葛强 王茂刚

杜百合,张松贺,葛强,等. 惰性气体−空气混合电弧流场特性研究[J]. 实验流体力学,2022,36(5):69-75 doi: 10.11729/syltlx20210052
引用本文: 杜百合,张松贺,葛强,等. 惰性气体−空气混合电弧流场特性研究[J]. 实验流体力学,2022,36(5):69-75 doi: 10.11729/syltlx20210052
DU B H,ZHANG S H,GE Q,et al. Study on flow field characteristics of inert gas-air hybrid arc[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(5):69-75. doi: 10.11729/syltlx20210052
Citation: DU B H,ZHANG S H,GE Q,et al. Study on flow field characteristics of inert gas-air hybrid arc[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2022,36(5):69-75. doi: 10.11729/syltlx20210052

惰性气体−空气混合电弧流场特性研究

doi: 10.11729/syltlx20210052
基金项目: 载人航天领域预先研究项目(010502)
详细信息
    作者简介:

    杜百合:(1970—),男,甘肃静宁人,正高级工程师。研究方向:高超声速气动热防护试验技术。通讯地址:四川省绵阳市涪城区二环路南段6号5信箱(621000)。E-mail:dubh@ustc.edu

    通讯作者:

    E-mail:dubh@ustc.edu

  • 中图分类号: V211.74+4

Study on flow field characteristics of inert gas-air hybrid arc

  • 摘要: 理论上小流率惰性气体添加到大流率空气电弧中不会影响对热防护材料的性能评估。采用控制电弧电流和惰性气体质量流率的方法,在电弧风洞实验平台上研究了分别在空气电弧中添加氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)等惰性气体−空气混合电弧的特性,测量了超声速喷管出口驻点热流密度、驻点压力和出口气流平均焓值等参数,分析了电弧电流、气体总质量流率、惰性气体质量流率占比等因素对流场特性的影响。实验结果表明:氦气质量流率占比11.46%、总质量流率0.2 kg/s、电弧电流1300 A条件下的氦气−空气混合电弧的出口气流平均焓值和热流密度分别比纯空气电弧增加了6.07%和1.02%;氖气、氩气和氪气等惰性气体−空气混合电弧在超声速喷管出口的焓值和驻点压力均低于纯空气电弧,且随混合气体总质量流率和电弧电流的增大而增大,其增大程度与添加气体介质的种类和质量流率占比有关。
  • 图  1  实验设备原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of experimental equipment

    图  2  驻点热流密度测量结果

    Figure  2.  Stagnation heat flux measurement results

    图  3  驻点压力测量结果

    Figure  3.  Stagnation pressure measurement results

    图  4  出口气流平均焓值测量结果

    Figure  4.  Measurement results of average enthalpy value of outletgas flow

    图  5  出口气流平均焓值随电弧电流变化曲线

    Figure  5.  Average enthalpy of outlet gas flow versus arc current curve

    图  6  出口气流平均焓值随总质量流率的变化曲线

    Figure  6.  Average enthalpy of outlet gas flow versus mass flowrate curve

    图  7  氦气−空气混合电弧与纯空气电弧的出口气流平均焓值比较

    Figure  7.  Comparison of average enthalpy of outlet gas flow between helium–air mixed arc and air arc

    表  1  试验参数

    Table  1.   Experimental parameters

    添加介质介质质量流率Gm/(kg·s−1空气质量流率Gair/(kg·s−1气体总质量流率G/(kg·s−1电弧电流I/A
    空气(干燥)0.15300.15301100
    0.20400.20401300
    0.25600.25601500
    氦气0.02240.12000.14241100
    0.02240.17300.19541300
    0.02240.22100.24341500
    氖气0.07970.09100.17071100
    0.07970.12400.20371300
    0.07970.17200.25171500
    氩气0.05640.15000.20641100
    0.05640.20300.25941300
    0.05640.25200.30841500
    氪气0.22670.09100.31771100
    0.22670.09200.31871300
    0.22670.09000.31671500
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-27
  • 修回日期:  2021-07-16
  • 录用日期:  2021-07-29
  • 刊出日期:  2022-10-01

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    2021年8月13日