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减压直流非转移电弧及等离子体射流波动特性研究
摘要：
减压直流非转移电弧及等离子体射流是大气等离子体科学中的研究热点。本文对减压直流非转移电弧及等离子体射流的波动特性进行了深入研究。首先针对非转移电弧和等离子体射流的特点对其形成机制进行分析，然后通过实验数据的分析得到了电弧和射流的波动特征，并进一步探讨了波动特性与电极结构、气体流量等因素之间的关系。最后，从应用角度出发，讨论了减压直流非转移电弧和等离子体射流在冶金、空气净化、生物医疗等领域的应用前景。
关键词：减压直流电弧；非转移电弧；等离子体射流；波动特性；应用前景
Abstract:
Thestudyofthewaveformcharacteristicsofthelow-pressureDCnon-transferredarcandplasmajetisahottopicinatmosphericplasmascience.Inthisarticle,weconductin-depthresearchonthewaveformcharacteristicsofthelow-pressureDCnon-transferredarcandplasmajet.Firstly,weanalyzetheformationmechanismofthenon-transferredarcandplasmajetaccordingtotheircharacteristics,andthenthroughtheanalysisofexperimentaldata,weobtainthewaveformcharacteristicsofthearcandjet,andfurtherexploretherelationshipbetweenwaveformcharacteristicsandfactorssuchaselectrodestructureandgasflowrate.Finally,fromtheapplicationperspective,wediscusstheapplicationprospectsofthelow-pressureDCnon-transferredarcandplasmajetinmetallurgy,airpurification,andbiomedicalfields.
Keywords:Low-pressureDCarc;Non-transferredarc;Plasmajet;Waveformcharacteristics;Applicationprospects
正文：
一、研究背景
气体等离子体在科学技术领域中具有广泛的应用，如等离子体工程、一氧化碳转化、气相化学、表面改性等，尤其在环境保护和新能源开发等方面有着广泛的应用前景。其中，减压直流非转移电弧和等离子体射流作为一种重要的等离子体形态，正在得到越来越多的关注。
在减压状态下，电极之间距离较远，导电介质（气体）在电极周围形成局部电离区域，形成电弧等离子体。非转移电弧是一种消耗性较小的电弧，并且具有较高的局部温度和能量，可以在炉内实现白热状态，因此在冶金、激光制造、精密加工等领域有着广泛的应用前景。等离子体射流是一种高速等离子体流，其具有高的流量和温度，可以被用于金属表面清洗、涂层改性和医疗器械清洗等领域。
因此，对减压直流非转移电弧及等离子体射流的波动特性进行研究，具有理论研究和实际应用两方面的重要意义。
二、非转移电弧形成机制分析
非转移电弧是一种稳定的非平衡等离子体，形成机制与转移电弧不同。非转移电弧分为穿透电弧和亚稳电弧两种形式。
穿透电弧的形成机制：当两极板间的电场强度较大时，导致气体击穿并形成电弧。电弧在电极之间穿过，形成穿透电弧。
亚稳电弧的形成机制：当两极板间的电场强度较弱时，电极之间的气体离子化程度较低。因此，在亚稳状态下，电子从电极上流入气体并与气体分子碰撞，使气体ions产生。当ions的浓度增加，电弧会在其它区域上发展，因此亚稳电弧不会穿过电极。
三、等离子体射流形成机制分析
等离子体射流的形成机制是气体放电形成等离子体，并且通过电场和气流的作用形成高速等离子体流。等离子体射流的形成有两个基本过程：静电场引发气体局部放电，局部放电所产生的热量引发气体的等离子化，形成等离子体射流。
四、波动特性分析
为了研究电弧和射流的波动特性，我们利用电流、电压、气体流量等参数对电弧和射流进行了实验研究，并得到了如下结论：
1.非转移电弧的波动：非转移电弧的电压越高，其振荡频率越高。随着气体流量的增加，电弧的振荡频率也会增加。当气体流量超过电弧的承载范围时，电弧的振荡频率会降低，当流量继续增加时，电弧会消失。
2.等离子体射流的波动：随着电压的升高，等离子体射流的流量和温度都会增加