气体放电应用.ppt

气体放电的应用 能源 金属加工 等离子体表面处理 静电复印 静电喷涂 电气集尘 化学作用应用 能源方面应用 锅炉-汽机-发电机动力系统，能量转换模式：化学能→热能→机械能→电能，综合效率最高40% 新的能量转换设备要求紧凑尺寸、高的(功率/重量)比率、高可靠性、使用时间长、较小环境污染 MHD( magneto hydrodynamic ) EHD( electro hydrodynamics ) 磁流体发电(MHD) 最简单的开式磁流体发电机由燃烧室、发电通道和磁体组成。可根据废气是否被利用分为开环系统和闭环系统 工作过程是在化石燃料燃烧后产生的高温气体中，加入易电离的钾盐或钠盐，使其部分电离后，经喷管加速产生高达摄氏3000度、速度达到1000米／秒的高温高速导电气体，最后产生电流 将等离子态气体喷射到加有与气体流动方向垂直的强磁场的管道里面，其中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，则在等离子体流动方向和磁场方向均垂直的方向上产生电动势，通过电极将电流引出得到电能 高温下，气体(惰性气体和碱金属蒸汽混合物) 中原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，就形成了自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，即等离子体。处于高度激发状态，呈电中性，被称为与固体、气体、液体并列的“第四状态” 磁流体发电(MHD) 针对汽车尾气的MHD 等离子体分为高温等离子体(平衡等离子体)和低温等离子体(非平衡等离子体)，当电子温度(Te)很高(104~105K)，气体温度(Tg)近于常温，TeTg，等离子体处于热的不平衡状态，称为低温等离子体 汽车尾气属低温等离子体状，660K~770K，含有大量高能电子、离子、激发态离子和具有强氧化性能的自由基 汽车电源为低压直流电源，常规14V或28V 无运动部件，不需整流装置，启动快，符合汽车用电特点 汽车有较长的尾气排放管道，有空间设计、安置一个整体式发电通道 磁流体发电(MHD) 效率高 没有转动部分 机组容量越大越好 起动快 环境污染少 结构简单，发电成本低 与其他发电方式联合组成高效大型发电站 备用机组 导弹、激光武器、雷达装置、宇宙发射站的脉冲电源和航空照明电源 大型超音速风洞、大型加速器脉冲电源 地震预测装置的大功率电源 高温耐火材料的研究 可靠而经济有效部件(高温空气预热器和磁体)的研究 氧化氮的控制问题 电流体发电(EHD) 如图所示由燃烧室产生的高温气体(温度可低于热电离温度，如800~1200℃，以减少高温材料方面的困难)借助于电晕放电使气体中含有带电粒子，带电粒子得到动能后将克服静电场(电晕针与吸极间的电场)的引力而跑向收集电极，经外电路输出电功率。这种发电方式效率高，而且输出电压比较高，便于与直流高压电网直接连接，但要得到大功率的民用发电还较困难，对此尚待研究。 电蚀加工 电蚀加工就是气体放电在机械加工领域内的一种应用。它是利用电能通过火花放电形式直接烧蚀金属而进行零件的尺寸加工 如图示，把被加工工件和工具电极(可用铁、铜或铜钨合金等制成)相对，置于绝缘的工作液(如煤油)中，工件和电极分别接脉冲电源的正负两极(60~150V)，当两者靠至很小距离(约0.005~0.05mm)时，工件和电极之间的某部分工作液被电离，形成电流通道，脉冲电源向通道输出脉冲形式的电能，这样就完成了一次火花放电。由于放电时间非常短(10-7~10-2s)，放电区域非常小，放电区内的电流密度较大，在阳极(被加工工件)放电部位产生了很高的温度，使被加工工件的材料熔化，甚至气化，而火花放电时产生的压力使熔化或气化了的材料离开工件，散溅在工作液中，工件上就蚀掉一部分材料，留下了一个小凹穴。每次放电蚀除掉一部分材料，一次一次累积起来就使工件加工成相似于工具电极形状的型腔，而工具电极本身材料的烧蚀是很小的。 电蚀加工 火花放电与加工对象的物理化学性质无关，故能有效加工高硬度及高温材料。 加工不需机械力作用，不必考虑力的传递形式，故可加工复杂曲孔。 可对某些零件(模具)进行表面硬化(淬火)，刀具的磨削或材料加工。 把气体放电的离子引出，聚焦加速成离子束也可来加工微孔，或在制造半导体时做掺杂用(选择气体离子即为所要的杂质材料)以及绝缘材料的改性。 电火花淬火 电火花磨刀具 电火花切割 电蚀加工 电蚀加工 不锈钢筛(左)及所用的工具电极(右) 电极底座 液电效应 利用液体中冲击大电流放电的液电效应产生的强大冲击压力波，可对薄板或管子进行成型加工 如图示，当合开关S使电容器蓄积的能量释放时，回路中有冲击大电流通过，在液体(充满内胶)中连接电极的细金属丝迅速熔断气化，极问液体亦迅速发热气化膨胀，但由于周围液体的惯性妨碍气体的