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第1章 热等离子体和电弧加热气体简述1

1.1 电弧的形成和电弧等离子体的特性1

1.2 电弧气体加热器——等离子体炬5

第2章 等离子体炬中的电物理和气体动力学过程10

2.1 长圆管状通道中冷气体的流动特性10

2.2 长圆管状通道中电弧的燃烧特性14

2.3 电弧元的速度和脉动特性21

2.4 电弧的X射线层析成像研究23

2.4.1 简述23

2.4.2 非稳态电弧等离子体的实验研究25

2.5 电弧的分流41

2.5.1 定性分析41

2.5.2 研究分流过程的一些定量结果46

2.5.3 两个固体之间的放电52

2.6 轴线式等离子体炬的输出电极中电弧径向部分的脉动55

2.7 电弧参数的自振荡59

2.8 内电极的气体动力学研究65

2.9 具有突扩结构的圆管状输出电极的气体动力学研究73

第3章 研究电弧放电的数学方法84

3.1 描述电弧等离子体的主要方程组84

3.1.1 磁流体力学方程组86

3.1.2 磁流体力学边界层的近似88

3.1.3 积分形式89

3.2 电弧放电的解析模型89

3.2.1 圆柱形电弧的温度分布90

3.2.2 外场中长电弧的动力学97

3.3 电磁力对电弧等离子体流形成的影响100

3.3.1 基于边界层方程组的数值分析100

3.3.2 基于磁流体力学方程组的数值分析103

3.4 电弧放电等离子体中的非平衡过程104

3.5 湍流中的电弧109

3.5.1 湍流模型109

3.5.2 结果分析111

第4章 电弧等离子体炬中过程的模拟114

4.1 过程模拟的概念114

4.2 确定相似准则的方法115

4.3 电弧过程的相似准则118

4.4 相似准则的物理含义121

4.5 归纳实验结果的方法123

第5章 不同气体中电弧的能量特性126

5.1 不同气体中电弧的广义伏安特性126

5.2 带有电极间插入段的等离子体炬中电弧的能量特性137

5.2.1 长圆管状通道中电弧电场强度的分布139

5.2.2 通道的初始段和过渡段中的电弧电场强度与决定性参数的关系141

5.2.3 气动力带来的弧电压变化145

5.2.4 在气流的发展湍流段中电弧的电场强度与决定性参数的关系149

5.3 多孔通道中电弧的能量特性155

5.4 氢气和含氢介质中电弧的电场强度165

5.4.1 放电通道中气流特征段的长度168

5.4.2 通道初始段中氢电弧的电场强度169

5.4.3 充分发展的氢气湍流中电弧的电场强度170

5.4.4 混合气体中的电弧174

第6章 轴线式等离子体炬电弧室中的热交换177

6.1 自稳弧长和（利用台阶形电极）固定弧长的等离子体炬的总体热特性177

6.2 带有电极间插入段的等离子体炬电弧室中的热损失179

6.2.1 旋气稳弧等离子体炬中的热损失180

6.2.2 轴向气流中电弧的特性182

6.3 湍流气流中电弧与电弧室壁的热交换184

6.3.1 通道初始段中的热交换185

6.3.2 气流的发展湍流段中的热交换187

6.3.3 气膜对电弧室壁保护的效率188

6.3.4 带有电极间插入段的等离子体炬的输出电极中的电流分布和热交换196

6.3.5 带有电极间插入段的等离子体炬的热效率201

6.4 带旋气电极间插入段的等离子体炬202

6.5 通入强烈气流的组合通道和多孔通道中的热交换205

6.6 氢电弧与电弧室壁之间的热交换214

6.6.1 流入内电极——阴极的热流215

6.6.2 电极间插入段的部件和触发极中的热流215

6.6.3 流入输出电极——阳极的热流218

6.7 水蒸气旋流等离子体炬的广义热特性219

第7章 直流轴线式等离子体炬221

7.1 轴线式等离子体炬的分类222

7.2 自稳弧长型等离子体炬224

7.2.1 单电弧室等离子体炬224

7.2.2 双电弧室等离子体炬232

7.2.3 带有延伸电弧的双电弧室等离子体炬232

7.3 利用台阶形电极固定平均弧长的等离子体炬234

7.4 利用电极间插入段固定平均弧长的等离子体炬236

7.4.1 加热氢气和含氢介质的等离子体炬237

7.4.2 喷涂用一体化等离子体炬（PUN-3）245

7.5 分裂弧等离子体炬245

7.5.1 电弧阳极段沿纵向分裂的等离子体炬246

7.5.2 电弧阳极段沿径向分裂的等离子体炬246

7.5.3 电弧阴极段分裂的等离子体炬248

7.5.4 电弧阴极段扩散附着到管状电极表面的等离子体炬249

7.5.5 电路中无镇流电阻的多电弧阴极249

第8章 双射流等离子体炬253

8.1 固定弧斑的双射流等离子体炬254

8.1.1 双射流等离子体炬的结构和电源254

8.1.2 阳极部件和阴极部件255

8.1.3 电极的使用寿命256

8.1.4 热特性和电特性257

8.1.5 等离子体流的温度场261

8.1.6 等离子体流的电场结构263

8.1.7 导电等离子体射流之间的相互作用266

8.2 具有旋转电弧和静止弧斑的双射流等离子体炬268

8.2.1 电特性268

8.2.2 电弧与固体表面的相互作用271

8.3 管状电极双射流等离子体炬274

8.3.1 等离子体炬及其电路设计274

8.3.2 等离子体炬的特性275

第9章 工频交流等离子体炬279

9.1 单相交流等离子体炬280

9.1.1 对交流电弧供电的特征280

9.1.2 大电流电弧与高频电弧的联合燃烧282

9.1.3 燃烧在旋气稳弧单相等离子体炬中的交流电弧的伏安特性286

9.2 星型三相等离子体炬290

9.2.1 星型等离子体炬的方案和工作原理290

9.2.2 星型电弧的伏安特性和热特性292

9.2.3 星型等离子体炬的广义工作特性296

9.3 三角形接法三相等离子体炬299

9.3.1 棒状电极交流等离子体炬299

9.3.2 带有导轨型管状电极的交流等离子体炬303

9.3.3 大功率三相等离子体炬的电弧室中的主要物理过程305

9.3.4 三角形接法三相等离子体炬的近电极过程307

9.4 高电压多电极交流等离子体炬311

第10章 近电极过程和减缓电极烧蚀的方法315

10.1 经弧斑流入电极的热流317

10.2 具有静止弧斑的棒状热阴极烧蚀表面的形成322

10.3 热钨阴极的比烧蚀326

10.4 热化学阴极的比烧蚀328

10.5 圆管状中空钨阴极的内表面结构331

10.6 弧斑作用下的棒状钨阴极工作表面的结构特征332

10.7 自恢复阴极研究综述337

10.8 含碳介质中阴极质量的增加速率341

10.9 冷管状铜电极的烧蚀342

10.9.1 冷管状铜电极的比烧蚀与电流强度的关系342

10.9.2 电弧径向部分的运动速度与其轴向部分的扫描速度对比烧蚀的影响344

10.9.3 轴向感应磁场对电极烧蚀速率的影响346

10.9.4 管状内电极——阴极中电弧径向段的气动-磁场轴向扫描348

10.9.5 铜电极表面温度对比烧蚀的影响350

10.9.6 对等离子体炬中电弧径向段行为的磁控制352

10.9.7 氧在缩短电极使用寿命中的作用355

10.9.8 管状铜阳极的比烧蚀的总体特征358

10.9.9 等离子体炬电极中的温度场和应力场360

10.9.10 管状电极次表层材料的结构369

10.9.11 降低管状铜电极烧蚀速率的方法371

第11章 等离子体反应器374

11.1 多射流反应器374

11.1.1 运动学系统374

11.1.2 混合室的热效率377

11.1.3 混合室中总气压的脉动378

11.2 三射流反应器的流体力学特性和热工特性380

11.2.1 一些高温合成反应器的方案381

11.2.2 基于多射流混合室的反应器383

11.2.3 三射流直流反应器的热工特性386

11.2.4 反应器的能量平衡389

11.3 直流电磁控制联合反应器391

11.3.1 联合反应器的原理图391

11.3.2 电弧产生上升伏安特性的电磁控制方法393

11.3.3 向反应器中通入气体的方式和气流量对电弧伏安特性的影响395

11.3.4 联合反应器的热特性396

11.3.5 400kW级熔融锆生产工业反应器399

11.4 同轴式等离子体反应器401

11.4.1 同轴式直流电弧等离子体炬401

11.4.2 同轴式等离子体炬（等离子体反应器）403

11.5 电磁控制同轴式交流反应器405

11.6 利用轴线式等离子体炬热解和处理化工废物的反应器408

11.6.1 利用石油产品生产丙酮和乙烯408

11.6.2 处理有机化工废物和含氯的有机化工废物409

结论412

参考文献415

索引468