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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