高溫電離氣體向冷壁傳熱的實驗與模擬研究

用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的辦法，對熱等離子體射流沖擊平板時以及管內(nèi)等離子體的流動與傳熱特性在廣泛的參數(shù)范圍內(nèi)進行了研究。實驗結(jié)果表明，平板表面處的熱流密度與壓力分布呈現(xiàn)高斯分布形式，數(shù)值模擬結(jié)果與此一致。實驗還表明，壁面附近的熱邊界層是高度非平衡的，電子溫度遠高于重粒子溫度。對雙溫度沙哈方程進行了嚴格的熱力學(xué)推導(dǎo)，證明目前更常使用的一個沙哈方程的推導(dǎo)不正確的。成功地進行了超聲整等離子體流的模擬。獲得了一批大努曾數(shù)下等離子體中顆粒傳熱、熱詠力、阻力、熱泳速度方面的新結(jié)果。本研究中所取得的結(jié)果，加深了對熱等離子體條件下傳熱與流動規(guī)律的了解，并可為等離子體噴涂、熱等離子體法制膜等應(yīng)用提供理論依據(jù)。

在傳熱過程中，如果一種流體和固體表面問的傳熱系數(shù)(如α₂)相對另一種流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(α₁)較小，而且該表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(α₂)所對應(yīng)的熱阻在傳熱過程總熱阻中是最大的，則此時降低這一最大熱阻可明顯提高傳熱過程的傳熱強度。降低表面對流換熱熱阻的方法有許多，在表面上加裝肋片，使表面成為肋壁，增大流體與壁面的換熱面積是減小表面換熱熱阻的有效手段。

如圖2所示，平壁一側(cè)為光壁，另一側(cè)由肋片組成肋壁。設(shè)無肋一側(cè)的表面積為A_i，肋壁側(cè)總表面積為A₀，它包括肋面突出部分的面積A₂及肋與肋間的平壁部分的面積A₁兩個部分，即A₀=A₁ A₂。肋間壁面與流體的換熱量為α₀A₁(t_w0-t₀)，而肋面本身與流體的換熱量則為α₀η_fA₂(t_w0-t₀)。此處η_f為肋片效率。在穩(wěn)態(tài)條件下，通過傳熱過程各環(huán)節(jié)的熱流量Q是一樣的。

以氣體作為探測介質(zhì)的輻射探測器。其基本工作原理是當(dāng)帶電粒子穿過氣體時使氣體分子電離，所產(chǎn)生離子對數(shù)目與粒子所損耗的能量有關(guān)。如在氣體電離空間設(shè)置兩個電極,并保持一定電位差,離子對中的電子（或負離子）和正離子就會被電場拉開而分別沿電場方向漂移。其電荷分別被兩個電極所收集并給出一定的電信號。由于收集到的電荷量與兩個電極間電場強度有關(guān)，從而形成不同工作方式的氣體電離探測器。

氣體探測器是一個圓柱形的內(nèi)部充滿氣體的密閉容器，容器內(nèi)有兩個相互絕緣的電極，金屬圓筒是陰極，圓筒中問的金屬絲是陽極，兩極之間加有直流高壓。當(dāng)沒有射線入射到氣體電離室內(nèi)時，氣體沒有被電離，電路里沒有電流。開關(guān)閉合后，在可調(diào)高電壓的作用下，在陽極形成一個高電壓，圓筒內(nèi)形成一個電場。當(dāng)射線進入電離室，氣體被電離后，在電場力的作用下，正離子向陰極運動，負離子或電子向陽極運動。這些電荷的收集使得電容器C兩端的電壓降低，從而在電阻上得到一個可被外部電路測量到的電脈沖信號。當(dāng)可調(diào)電壓增大時，電場變強，足夠強的電場可以使運動中的電子或離子獲得足夠的能量發(fā)生進一步的電離(稱為次級電離)，從而增加離子對的數(shù)量。 2100433B