本申請屬于氣動力學試驗，涉及一種模擬空氣組分低nox等離子體射流建立方法。
背景技術(shù)：
1、為了能在實驗室環(huán)境下針對飛行器實際飛行條件的超音速或高超音速氣流中開展試驗，通過電弧加熱器加熱試驗氣體來獲得一定溫度的高馬赫數(shù)來流方法，已經(jīng)在國內(nèi)外高超聲速風洞研制中廣泛應用。但是，電弧加熱器在加熱空氣時，電弧周邊高溫會引起o2、n2發(fā)生離解，并發(fā)生化學反應，所產(chǎn)生的氮氧化物和電離的金屬銅離子、氧化銅將會對試驗氣體造成污染，使駐室中試驗氣體的組分和氣動參數(shù)發(fā)生變化。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對開展氣動力學試驗的需要，提供了一種模擬空氣組分低nox等離子體射流建立方法，通過電弧加熱器快速穩(wěn)定高效地建立模擬真實空氣組分、不同馬赫數(shù)條件下的等離子體射流；消除了氣體射流除了來流前進方向其他方向上速度分量，實現(xiàn)了來流軸向速度的均勻分布。
2、本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下：
3、一種模擬空氣組分低nox等離子體射流建立方法，包括：s1、構(gòu)建依次連接的電弧加熱器、初次混合室、二次混合室、氣流調(diào)整室和噴管及相應的電源、水冷系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)；水冷系統(tǒng)用于對電弧加熱器、初次混合室、二次混合室、氣流調(diào)整室和噴管進行冷卻；
4、s2、在電弧加熱器的弧室中由供氣系統(tǒng)通入起弧介質(zhì)，由電源通電進行起弧，以使電弧加熱器的正負電極之間構(gòu)建起等離子體放電通道；
5、s3、起弧成功后，將電弧加熱器的弧室中切換為純n2介質(zhì)，使電弧加熱器達到預設(shè)的工作狀態(tài)；
6、s4、電弧加熱器達到預設(shè)的工作狀態(tài)后，在初次混合室內(nèi)注入常溫純n2介質(zhì)；
7、s5、對初次混合室內(nèi)氣流溫度進行測量，獲得初混氣流平均溫度；根據(jù)初混氣流平均溫度調(diào)節(jié)初次混合室中的純n2介質(zhì)注入量，直到初混氣流溫度穩(wěn)定在設(shè)定值以內(nèi)；
8、s6、在二次混合室注入純o2介質(zhì)；
9、s7、對噴管噴出的氣流總焓進行計算，獲得計算結(jié)果；
10、s8、將計算結(jié)果與試驗目標氣流焓值進行對比，如果正偏差大于5％，在氣流調(diào)整室內(nèi)部進入常溫空氣進行焓值調(diào)節(jié)，如果負偏差大于5％，等比例減少初次混合室中的純n2介質(zhì)注入量和二次混合室注入純o2介質(zhì)的注入量，直到滿足要求。
11、進一步地，所述電弧加熱器包括第一電極、第二電極、不銹鋼外殼和進氣環(huán)，第一電極和第二電極設(shè)置于不銹鋼外殼內(nèi)，第一電極和第二電極之間有間隙，進氣環(huán)嵌設(shè)于不銹鋼外殼，進氣環(huán)與第一電極和第二電極之間的間隙組成弧室；進氣環(huán)周向有一系列切向進氣孔用于向弧室內(nèi)輸入電弧加熱器工作介質(zhì)，電弧加熱器工作介質(zhì)包括起弧介質(zhì)和純n2介質(zhì)，起弧介質(zhì)用于電弧加熱器的起弧過程，電弧加熱器起弧后切換為純n2介質(zhì)；工作介質(zhì)通過電弧加熱器后獲得高溫等離子體射流；
12、第二電極遠離第一電極的端部與初次混合室連通，初次混合室設(shè)有純n2介質(zhì)輸入口，純n2介質(zhì)輸入口用于輸入常溫純n2介質(zhì)，電弧加熱器出來的高溫等離子體射流與常溫純n2介質(zhì)混合，獲得初次混合氣體；
13、二次混合室設(shè)有純o2介質(zhì)輸入口，以使初次混合氣體與純o2介質(zhì)混合獲得二次混合氣體；
14、氣流調(diào)整室用于對二次混合氣體進行整流，通過在氣流調(diào)整室內(nèi)部設(shè)置的橫向和縱向?qū)Я髌?，獲得整流后氣體；整流后氣體通過噴管噴出。
15、進一步地，所述s5中，對初次混合室內(nèi)氣流溫度進行測量，包括：基于平衡聲速流量法的瞬時焓探針或者雙聲速喉道總焓探針法對其氣流總焓進行測量，再換算成氣體的平均溫度，獲得初混氣流溫度；
16、或者，通過可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)測量初次混合室內(nèi)部的氣流平均溫度，獲得初混氣流溫度。
17、進一步地，所述初次混合室注入純n2介質(zhì)的量滿足：初混氣流溫度低于氮氣和氧氣的電離溫度。
18、進一步地，所述s6中，二次混合室內(nèi)純o2介質(zhì)的注入量與電弧加熱器和初次混合室的n2介質(zhì)的總注入量之比為21:79。
19、進一步地，所述電弧加熱器采用管狀空心電極電弧加熱器作為等離子體發(fā)生源。
20、進一步地，所述s2的起弧過程維持的時間為500ms到1000ms之間，電弧加熱器起弧成功后采用純n2作為工作介質(zhì)，且純n2工作介質(zhì)的介入時間為起弧過程結(jié)束的一瞬間，時間差控制在±50ms以內(nèi)。
21、進一步地，所述s7中，對噴管噴出的氣流總焓進行計算，獲得計算結(jié)果，包括：
22、
23、其中，g為噴管噴出的氣流的質(zhì)量流量；p0為噴管喉道前氣流總壓；aeff為噴管喉道有效截面積；h0為噴管噴出的氣流總焓。
24、進一步地，所述電弧加熱器起弧工作介質(zhì)，包括：氦、氖、氬等惰性氣體，或者n2。
25、綜上所述，本申請至少包括以下有益技術(shù)效果：
26、本發(fā)明基本原理：電弧加熱器在惰性氣體下成功起弧，建立穩(wěn)定持續(xù)的電弧等離子體放電通道，再將純n2介質(zhì)通過電弧加熱器使其達到預定的電弧加熱器工作狀態(tài)；電弧加熱器出來的等離子體射流為溫度5000℃以上的高溫氮等離子體射流，在初次混合室經(jīng)過常溫氮氣和高溫氮等離子體射流充分混合后，氮電離后的等離子體急速降溫后形成單質(zhì)氮或氮原子；在二次混合室內(nèi)，低溫氮氣氣流在這里與常溫的氧氣進行充分混合，進一步降低氣流溫度，同時配比形成類似于空氣的一定焓值的高溫氣流經(jīng)噴管出口噴出，有效地控制了等離子體射流中氮氧化物的形成。同時，通過初次混合室、二次混合式和氣流調(diào)整室的不同進氣調(diào)整，形成一定焓值的高溫純凈空氣射流。
27、本發(fā)明一種模擬空氣組分等離子體射流建立方法，通過構(gòu)建一套電弧等離子體放電裝置，再通過控制電弧加熱器起弧和等離子體射流分步驟調(diào)制和氣流消旋等多種步驟，最終通過噴管形成一定總焓的模擬空氣組分低nox等離子體射流。一方面，本發(fā)明方法可以很好地實現(xiàn)通過電弧加熱器快速穩(wěn)定高效地建立模擬真實空氣組分、不同馬赫數(shù)條件下的等離子體射流，另一方面消除了氣體射流除了來流前進方向其他方向上速度分量，實現(xiàn)了來流軸向速度的均勻分布。
1.一種模擬空氣組分低nox等離子體射流建立方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬空氣組分低nox等離子體射流建立方法，其特征在于：所述電弧加熱器(1)包括第一電極(11)、第二電極(12)、不銹鋼外殼(14)和進氣環(huán)(15)，第一電極(11)和第二電極(12)設(shè)置于不銹鋼外殼(14)內(nèi)，第一電極(11)和第二電極(12)之間有間隙，進氣環(huán)(15)嵌設(shè)于不銹鋼外殼(14)，進氣環(huán)(15)與第一電極(11)和第二電極(12)之間的間隙組成弧室(13)；進氣環(huán)(15)周向有一系列切向進氣孔用于向弧室(13)內(nèi)輸入電弧加熱器(1)工作介質(zhì)，電弧加熱器(1)工作介質(zhì)包括起弧介質(zhì)和純n2介質(zhì)，起弧介質(zhì)用于電弧加熱器(1)的起弧過程，電弧加熱器(1)起弧后切換為純n2介質(zhì)；工作介質(zhì)通過電弧加熱器(1)后獲得高溫等離子體射流；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬空氣組分低nox等離子體射流建立方法，其特征在于，包括：所述起弧介質(zhì)為純ar或者純n2介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬空氣組分等離子體射流建立方法，其特征在于：所述s5中，對初次混合室內(nèi)氣流溫度進行測量，包括：基于平衡聲速流量法的瞬時焓探針或者雙聲速喉道總焓探針法對其氣流總焓進行測量，再換算成氣體的平均溫度，獲得初混氣流溫度；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬空氣組分等離子體射流建立方法，其特征在于，所述初次混合室注入純n2介質(zhì)的量滿足：初混氣流溫度低于氮氣和氧氣的電離溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬空氣組分等離子體射流建立方法，其特征在于：所述s6中，二次混合室內(nèi)純o2介質(zhì)的注入量與電弧加熱器和初次混合室的n2介質(zhì)的總注入量之比為21:79。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬空氣組分等離子體射流建立方法，其特征在于：所述電弧加熱器采用管狀空心電極電弧加熱器作為等離子體發(fā)生源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬空氣組分等離子體射流建立方法，其特征在于：所述s2的起弧過程維持的時間為500ms到1000ms之間，電弧加熱器起弧成功后采用純n2作為工作介質(zhì)，且純n2工作介質(zhì)的介入時間為起弧過程結(jié)束前的一瞬間，時間差控制在50ms以內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬空氣組分等離子體射流建立方法，其特征在于：所述s7中，對噴管噴出的氣流總焓進行計算，獲得計算結(jié)果，包括：