等离子体流动控制

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等离子体控制边界层流动仿真研究

等离子体微放电时间为几个ｎ，流体对等离ｓ而子体激励器的响应时间为００ｓ可以假设等离子体．１，
的形成和电荷的重新排列过程是瞬间的，略外部电忽
很大差别，合计算成本高，耦目前的ＤＤ仿真研Ｂｓ究分属两个不同的领域，或者关注放电过程ｌ主要＿】，通过求解漂移一扩散方程研究ＤＤｓ励器各种工作Ｂ激
ｃａｇ — Ｂ）ｈｒｅＤＤｓ是一种重要的大气压放电形式，以作可
为一个电流体力学激励器用于控制内外流动。ＤＤＢｓ激励器的两个电极均设置在物体表面，载适当电压加
ｌＤＤｓ动控制计算模型Ｂ流
中图分类号：１．Ｖ２１３文献标识码：Ａ
流动控制计算，降低成本的同时实现ＤＤ等离子在ＢｓＵ引舌体放电过程与流动控制一体化计算。
介质阻隔面放电（ｕｆｃｉｌｃｒａｒｒＤｉＳｒｅＤｅｅｔｉＢｒｉｓａｃｅ —
Ｆｉ．１ＳｔｈｍａｆＤＢＤｕｆｃｓｈａｇ ’ ｌｃｒｄｅｇｋｅｃｐｏｓｒａｅｄｉ为对象，采用数值计算方法对
ＤＤ等离子体控制边界层流动过程进行研究。由Ｂｓ于放电过程和流动过程在物理尺度、间尺度上存在时
究还比较少。本文首先耦合求解泊松方程和漂移一扩散方程，算ＤＤ放电过程中电子和正离子数密度计Ｂｓ的发展变化，合电场分布得到时间平均离子静电场结力，然后将该静电场力作为流动控制方程的源项进行

基于等离子体激励器简化模型的流动分离控制

离流动控制和颤振翼形流动分离控制的实验方面的研究，到很好的流动控制效果。美国ＮＳ兰利研究得ＡＡ
Ｓｓｎ和ＰＧ．ＡＧ求解更精细的力分布，析ｕａ．ＨＵＮ分了此等离子激励器模型用于数值模拟的流场控制的作用。毛枚良等将离子密度作为一个常数，过求算通电场分布得到一个大致体积力分布，究了辉光放电研等离子体对于平板附面层流动的影响。本文采用数值方法，究等离子体激励对于翼型研
目度等型的５控励在的０离摘体前制施位关极流控法对的模位的流置流器激大翼制强；；型它迟果减种动方度键阻励效型及动激缘对位流分拟，作可于。在有小动效控的并果控通离动于流要励置制置动词结前方；的翼点，以离子及用动过器分研制制果途要分大型附Ｎ且：目研。有．影度法的流的究此较达做离究效对体激Ａ激的响有。的小表的优地改上近Ｃ励动简简控强到。励Ａ延等激佳效，好制。明流于变表加了控是入１增励强实离大化其果，控数面度激化动制一升的主子器模值模有强大
在等离子体应用于流动控制方面，ｏ＿２等独立Ｒｔ１ｈ．开展了介质阻挡大气压下辉光放电的研究，气体发将展到空气，将此装置应用到流动控制方面。Ｐｓ和并ｏｔＣｒｅ５开展了等离子体激励器对于翼型大攻角分ｏｋ－］
—
Ｄｓｈｒｅ— Ｂ发生器— —相邻的两个电极用薄ｉａｃｇＤＤ）

大气压等离子体流动控制实验

大气压等离子体流动控制实验
李应红，吴云，宋慧敏，张朴，魏沣亭
（空军工程大学飞机推进系统军队重点实验室，陕西西安７０３）１０８
摘要：进行了大气压等离子体流动控制初步实验。在等离子体激励器表面产生了大气压等离子体，验证了不对称布局等离子体激励器诱导边界层加速的器并联、垂直布置的情况下，不对称布局激励器表面边界层加速现象消失，对
１实验设备
等离子体激励流动的实验设备包括高压高频电源、等离子体激励器和示波器、微压传感器等辅助实验设备。研制了电压为０２Ｖ连续可调， — ０ｋ频率为２Ｈ一０ｋｚ０ｋｚ４Ｈ连续可调的高压高频电源，出波形为正弦输波。研制了２种布局方式的等离子体激励器，一种是对称布局的激励器，另一种是不对称布局的激励器。激励器的绝缘介质采用聚四氟乙烯，上下表面铺设钼镀镍电极。示波器用于测试等离子体激励器的放电特性，
不对称布局的等离子体激励器表面产生电场梯度，等离子体在该电场梯度的作用下发生定向运动，运动过程中等离子体中的带电粒子与中性本底空气发生强烈的碰撞和动量传递，诱导中性本底气体定向运动。
一
称布局激励器表面边界层发生了旋涡运动；验证了等离子体激励抑制翼型失速分离的有效性。关键词：航空、航天推进系统；大气压等离子体；流动控制；放电；实验中图分类号：Ｖ３２文献标识码：Ａ文章编号：０ — ５６２０）３００ — ３１９３１（０６０ — ０１００
器上的近壁边界层发生了旋涡运动；验证了等离子体激励抑制翼型失速分离的有效性。美国、俄罗斯等国家的研究机构对大气压等离子体流动控制开展了大量的实验研究工作，在大气压等离子体的产生、边界层控制、（）叶翼型减阻、涡控制、旋激波控制和圆柱绕流控制等方面取得了一定进展。Ｒｔ等利用大气压均匀辉光效电等离子体（ＡＧＰ的专利技术，ｏｈＯＵＤ）开展了边界层控制、紊流减阻、翼型大攻角分离流重附等方面的研究；ｒｎ等研究了基于直流电晕放电等离子体的流动控制；ｏｅＡｔａａＣｒ等研制了ｋ定相等离子体激励器，开展了圆柱绕流控制、翼型大攻角分离流控制、低压涡轮叶型分离流控制等方面的研究；ｌｏ等研究等离子体对绕流物体流线的影响；ｏａ等研究了等离子体激励对紊流边界层的影ＫｉｖｍＳｌｔｄｉ响ｆ，ｕｇｎ９Ｈｌｒ等在模拟低压涡轮叶型的雷诺数和压力梯度环境下，了等离子体激励控制边界层分离的ｔｅＪ进行

等离子体的物理特性及其在能源控制中的应用

等离子体的物理特性及其在能源控制中的应用等离子体是一种被高温激发而电离产生的状态，是物质存在的第四种状态，分子和原子之外的等离子体。

它由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成，其物理特性使之在能源控制中具有广泛的应用。

等离子体的物理特性主要包括高温、电磁性和等离子体流动性。

首先，等离子体的高温是其最本质的特性之一，它能够激活原子和分子内部的能级，使电子跳跃到较高的能量状态，形成高度电离的带电粒子。

其次，等离子体对电磁场具有响应性，当电场或磁场作用于等离子体中的离子和电子时，会发生移动和回旋，从而引发一系列电磁现象。

最后，等离子体由带电粒子组成，使得它具有流动性，可以传导电流和携带能量。

等离子体在能源控制中有着广泛的应用。

首先，等离子体技术被广泛应用于聚变能源研究领域。

聚变是模拟太阳能源释放过程的一种方式，通过将氢等离子体加热到极高温度和密度，使其发生核融合反应，释放出巨大的能量。

这种技术有望成为可持续的清洁能源，因为它只产生非常少量的有害废物，并且燃料源取自海水中丰富的氘和氚。

其次，等离子体技术在等离子体喷射和等离子体切割中得到应用。

等离子体喷射是利用高温等离子体产生的气流来清洁材料表面，去除污垢和涂层。

这种喷射不仅能够高效清洁，还能够改善材料表面的粗糙度和附着力，使其在后续加工过程中具有更好的性能。

等离子体切割则是利用等离子体的高能量和流动性，将材料切割成所需的形状。

相比传统切割方法，等离子体切割速度更快，切割面更平整，能够应用于多种材料。

此外，等离子体技术在光电显示器件和太阳能电池中也有着重要的应用。

等离子体处理可以改善材料表面的电子能级分布和结晶性，提高材料的电子传导性和光吸收性能，从而提高光电器件的性能。

在光电显示器件中，等离子体处理可以改善显示屏的亮度、色彩和对比度。

而在太阳能电池中，等离子体处理能够提高光吸收层的能量转换效率，从而提高电池的光电转换效率和功率输出。

最后，等离子体技术还被应用于液体金属冷却堆等核能领域。

等离子体中的波动性与湍流现象

等离子体中的波动性与湍流现象在科学研究中，等离子体是一种被高温或高电压激发而形成的带正负电荷离子的气体状态。

它具有独特的物理性质，其中之一就是其强烈的波动性和湍流现象。

本文将深入讨论等离子体中的波动性和湍流现象，并探索它们对各个领域的应用。

1. 等离子体中的波动性波动是物质的振动传播过程。

在等离子体中，电子和离子通过电磁波进行相互作用，导致了各种波动现象的产生。

首先，等离子体中最常见的波动是等离子体波。

等离子体波分为长波和短波两种类型。

短波包括电子离子波、离子声波、电磁波等，它们在等离子体中传播的速度相对较快，可以远远超过声速。

长波包括阻尼波、色散波等，它们的传播速度相对较慢。

等离子体波是等离子体中常见的一种波动现象，它们在等离子体的研究和应用中起着重要的作用。

另外，等离子体中还存在等离子体流动波动。

这种波动是由于等离子体中的离子运动引起的，其特点是波长较长、频率较低。

它们不仅与等离子体运动有关，还与等离子体的密度、温度等因素密切相关。

等离子体流动波动在太阳等离子体和地球磁层等天体物理学研究中扮演着重要的角色。

通过对等离子体流动波动的研究，科学家们可以更好地理解宇宙中的复杂物理过程。

2. 等离子体中的湍流现象湍流是一种复杂的运动方式，其特点是流体中的速度和压力随时间和空间发生不规则变化。

在等离子体中也存在湍流现象，即等离子体湍流。

等离子体湍流在实验室等离子体物理研究中十分常见。

等离子体湍流的形成与等离子体中的各种波动相互作用有关。

等离子体湍流的研究对于等离子体物理以及等离子体应用领域的发展具有重要意义。

在核聚变领域，等离子体湍流会影响等离子体的稳定性和约束，因此研究如何控制等离子体湍流，提高聚变效率成为一项重要任务。

另外，在等离子体加速器和等离子体电子加热领域，湍流现象也需要被深入研究以提高加速器的效果和电子加热的效率。

3. 等离子体中波动性与湍流的应用等离子体中的波动性和湍流现象在各个领域都有着广泛的应用。

前体不对称涡占空循环等离子体流动控制机理研究

通信作者简介：蔡晋生（９２）男，１６一，教授，博导，究方向：研计算流体力学以及飞行器气动布局设计。Ｅｍａｌｃｉｈｌｐ．ｄ．ｎ — ｉ：ａｓ＠ｒＵｅｕｏ。ｊＷ
动态压力传感器对模型表面压力分布进行测量，进
流动控制在不同流动控制中都有显著的效果。基于Ｍｅｋｎｅ等对于三角翼的非定常流动的研究，一般飞
制，最终取代传统的控制面。Ｂｒｈｒｔｅｎａｄ等利用细长
前体顶点处的气孑进行吹气控制，Ｌ对大攻角下的不对称涡进行了控制，取得了一定效果。Ｈｎ等的风洞ａｆｆ试验中，通过安装在飞机模型细长前体内的一种复杂的吹气装置，也实现了对侧力的主动控制。Ｍｎｌ等在ｉｇ３实验中利用位于模型顶端处的一根可变角度的伸缩杆对流动进行扰动，用此来控制流动。但是这些控制方式都存在控制机构复杂，自身重量大，操作不便的觇。
摘
要
针对大迎角状态下，流动绕过顶角为２。０的圆锥一圆柱组合体模型产生的一对不对称分离涡，通过等离子体激励器
对其进行主动控制，对控制过程机理进行了分析。实验在实验段为３０ｍ ×１６Ｉ的低湍流风洞中进行，验攻角是４。并．．３１实５。基于圆锥体底部直径的雷诺数为５０。等离子激励器为一对，别位于实验模型顶部左右两侧，过频率为１ｚ的占空０００分通０Ｈ循环调节，交替对流动产生扰动。实验数据表明，当带有占空循环的激励作用时，离涡的变化成周期性趋势，在两个相似分并

等离子体物理学中的电子加热与输运

等离子体物理学中的电子加热与输运等离子体物理学是研究等离子体的性质和行为的学科。

等离子体是由电离的气体或者是高温下的固体或液体中的电离粒子组成的。

在等离子体中，电子是主要的激发和传导能量的粒子。

因此，电子加热和输运是等离子体物理学中的重要课题。

电子加热是指通过外部能量源向等离子体中的电子注入能量，从而提高等离子体的温度。

在等离子体中，电子的能量主要通过碰撞传递给其他粒子，如离子和中性粒子。

电子加热可以通过不同的机制实现，包括电磁波加热、粒子束加热和电子束加热等。

电磁波加热是一种常用的电子加热方法。

通过向等离子体中输入高频电磁波，可以使电子在电场中受到加速，并且通过与其他粒子碰撞，将能量转移到其他粒子上。

这种加热方法可以通过调节电磁波的频率和功率来控制等离子体的温度。

在聚变等离子体物理学中，电磁波加热被广泛应用于控制等离子体的温度和密度。

粒子束加热是另一种常见的电子加热方法。

粒子束加热是通过将高能粒子注入等离子体中，使粒子与等离子体中的电子发生碰撞，从而将能量传递给电子和其他粒子。

粒子束加热可以通过调节粒子束的能量和注入速度来控制等离子体的温度。

这种加热方法在等离子体物理学中也有广泛的应用，特别是在等离子体诊断和聚变研究中。

电子束加热是一种高效的电子加热方法。

通过使用高能电子束，可以将能量直接传递给等离子体中的电子，从而实现快速加热。

电子束加热不仅可以提高等离子体的温度，还可以控制等离子体的密度和流动性。

这种加热方法在等离子体物理学中被广泛应用于等离子体诊断和聚变研究。

除了电子加热，电子输运也是等离子体物理学中的重要课题。

电子输运是指电子在等离子体中的运动和传输。

在等离子体中，电子的输运过程受到电磁场和粒子碰撞的影响。

电子输运的研究对于理解等离子体的性质和行为非常重要，特别是在等离子体诊断和聚变研究中。

电子加热和输运是等离子体物理学中的重要课题。

通过电子加热，可以提高等离子体的温度和密度，从而实现对等离子体的控制和操纵。

等离子体流动控制

等离子体流动控制等离子体流动控制是一项重要的科学研究领域，涉及到等离子体物理学、流体力学、控制理论等多个学科。

等离子体是一种带电粒子和中性粒子组成的高温、高电离状态的物质，广泛存在于自然界中的太阳、恒星和闪电等现象中，也可以通过人工的方法产生。

等离子体流动控制的研究旨在利用外部的力和能量来操控等离子体的流动，以达到调控等离子体性质和行为的目的。

等离子体流动控制的研究和应用有着广泛的领域，包括等离子体加速、等离子体推进、等离子体喷射、等离子体混合等方面。

其中，等离子体加速是指通过施加电场、磁场或电磁波等力来加速等离子体粒子，使其获得更高的动能。

这在核聚变实验中是一项关键的技术，通过控制等离子体流动，可以提高核聚变反应的效率，并减少能量损失。

等离子体推进技术是航天领域的热门研究方向之一。

通过控制等离子体的流动，可以产生推力，从而实现航天器的姿态调整、轨道修正和推进等任务。

相比传统的化学推进技术，等离子体推进技术具有推力大、比冲高、燃料效率高等优点，被认为是未来航天技术的重要发展方向。

等离子体流动控制还可以应用于等离子体喷射和等离子体混合等领域。

等离子体喷射是指通过控制等离子体的流动，使其喷射到目标物体上，从而实现材料表面的改性、涂层的制备等功能。

等离子体混合是指将两个或多个等离子体进行控制性的混合，从而实现化学反应、能量传递等目的。

在等离子体流动控制的研究中，常用的手段包括电磁场控制、热力学控制和流体力学控制等。

电磁场控制是通过施加外部的电场、磁场或电磁波等力来操控等离子体的运动和行为。

热力学控制是通过控制等离子体的温度、压力和浓度等参数来调节等离子体的性质和行为。

流体力学控制是通过改变等离子体的流动方式和流动速度等来实现对等离子体流动的控制。

为了实现等离子体流动控制，研究人员通常采用数值模拟、实验研究和理论分析等方法。

数值模拟是利用计算机对等离子体流动进行数值模拟和计算，以预测和优化等离子体流动的行为。

等离子切割机作业中的等离子体传感与控制

等离子切割机作业中的等离子体传感与控制等离子切割机是一种广泛应用于金属加工领域的先进设备，其利用高能等离子体切割金属材料。

在等离子切割机的作业中，等离子体传感与控制起着至关重要的作用。

本文将探讨等离子体传感技术和控制方法，并详细介绍其在等离子切割机作业中的应用。

一、等离子体传感技术的原理与应用等离子体传感技术是指通过感知等离子体的相关参数，如温度、密度、流动速度等，来实现对等离子体的检测和控制。

在等离子切割机作业中，等离子体传感技术可以用于准确测量等离子体状态参数，从而实现对等离子体切割过程的精确监控。

1. 等离子体传感技术的原理常用的等离子体传感技术包括光谱法、微波法、电离法等。

以光谱法为例，其原理是通过等离子体辐射的光谱特征，来获取等离子体的参数信息。

通过分析等离子体发射或吸收的特定光谱线，可以确定等离子体的温度、密度等参数。

2. 等离子体传感技术的应用在等离子切割机作业中，等离子体传感技术的应用主要包括以下几个方面：（1）等离子体温度的测量与控制：通过测量等离子体的温度，可以实现对等离子体的热力学特性的了解和控制，从而优化等离子切割过程，提高切割效率和质量。

（2）等离子体密度的测量与控制：等离子体的密度是影响切割深度和切割速度的重要参数。

通过测量等离子体的密度，可以实时调整切割参数，以达到最佳的切割效果。

（3）等离子体流动速度的测量与控制：等离子体的流动速度对切割过程中的热量传递和材料移除起着关键作用。

通过测量等离子体的流动速度，可以调整切割参数，以改善等离子切割的准确性和效率。

二、等离子体控制方法在等离子切割机作业中，除了传感技术，合理的控制方法也至关重要。

以下是几种常见的等离子体控制方法：1. 指导性控制指导性控制是一种基于经验的控制方法，其根据经验规律对等离子体切割过程进行调整。

通过不断积累和总结等离子体切割经验，运用经验规则，可以提高切割的准确性和效率。

然而，指导性控制方法受到操作员经验的限制，无法适应复杂切割过程的需要。

等离子体物理实验中的等离子体源设计和参数控制要点

等离子体物理实验中的等离子体源设计和参数控制要点在等离子体物理领域中，等离子体源的设计和参数控制是非常关键的。

它们直接影响到等离子体的生成、维持和稳定性。

本文将探讨等离子体源设计和参数控制的要点，以期给予读者一定的了解和参考。

1. 等离子体源的设计要点1.1 等离子体源类型选择在等离子体物理实验中，常见的等离子体源包括电子回旋共振等离子体源、电子冷阱等离子体源和放电等离子体源等。

不同的等离子体源有着不同的优缺点，选择合适的等离子体源类型对实验结果至关重要。

1.2 等离子体源尺寸和形状控制等离子体源的尺寸和形状直接影响到等离子体的形成和扩散。

尺寸过大会增加等离子体电子和离子的耗散时间，尺寸过小则可能增加等离子体电子和离子的碰撞频率。

因此，选择适当的尺寸和形状是确保等离子体源正常运行的关键。

2. 等离子体源参数控制要点2.1 温度控制等离子体源的温度直接影响到等离子体的稳定性和密度。

通常情况下，较高的温度可以增加等离子体电子的速度和能量，加快粒子之间的碰撞频率，提高等离子体密度。

因此，温度控制是等离子体源参数控制中重要的一环。

2.2 电流控制等离子体源的电流是指单位时间内通过源的电子流。

合理控制等离子体源的电流可以控制等离子体的释放速率和密度。

通过调整等离子体源的电流，可以实现对等离子体参数的有针对性的调节。

2.3 外场控制外场的加入可以改变等离子体中的电子和离子的运动轨迹。

通过调整外场的大小和方向，可以改变等离子体的形态和流动。

外场控制通常采用磁场和电场的结合，通过磁场的约束和电场的加速使等离子体在特定空间中保持稳定。

综上所述，等离子体源的设计和参数控制对等离子体物理实验起着重要作用。

合理选择等离子体源类型、控制源的尺寸和形状，以及对温度、电流和外场进行合理控制，才能保证等离子体实验的稳定性和可靠性。

相信通过对这些要点的认识，读者对等离子体源设计和参数控制有了更深入的理解。

磁场对等离子体的稳定性和控制

磁场对等离子体的稳定性和控制磁场在等离子体研究中起着至关重要的作用。

通过对磁场的稳定性和控制的研究，我们可以更好地理解和应用等离子体技术。

本文将探讨磁场对等离子体的稳定性和控制的影响，以及相关的研究进展。

1. 磁场稳定性的重要性磁场对等离子体的稳定性至关重要。

一个稳定的磁场可以使等离子体保持良好的形态，而不会发生扭曲或剧烈变化。

稳定的磁场有助于维持等离子体的性质和行为，保证其在实验过程中的可控性和可预测性。

2. 磁场对等离子体运动的影响磁场对等离子体运动具有重要影响。

磁场可以产生洛伦兹力，使等离子体中的带电粒子沿着磁力线运动。

这种运动方式被称为磁约束运动，是等离子体稳定性的关键因素之一。

通过控制磁场的强度和方向，可以调节等离子体中粒子的运动轨迹和速度，实现对等离子体的粒子输运的控制。

3. 磁场调控等离子体扩散磁场对等离子体扩散的控制至关重要。

等离子体中的粒子在磁场的作用下会产生扩散，这种扩散现象对等离子体的稳定性和控制造成了挑战。

磁场调控可以通过改变磁场的强度和方向来改变等离子体中粒子的扩散行为。

这对于等离子体技术的应用非常重要，可以提高等离子体的稳定性和效率。

4. 磁场对等离子体中湍流的抑制湍流是等离子体中的一种不稳定现象，会导致能量和粒子的损失。

磁场对湍流的抑制具有重要作用。

磁场可以改变湍流的流动结构和能量分布，从而减小湍流的强度和影响范围。

这为等离子体的稳定性和控制提供了重要的手段。

5. 相关研究进展近年来，对磁场对等离子体稳定性和控制的研究取得了一系列重要进展。

研究人员通过数值模拟和实验观测，深入探究了磁场对等离子体行为的影响机制和相互作用规律。

同时，开展了一系列磁场调控等离子体的实验，取得了一些令人鼓舞的结果。

这些研究为等离子体技术的发展提供了重要的理论和实验依据。

总结：磁场对等离子体的稳定性和控制具有重要的影响。

通过控制磁场的强度和方向，我们可以调节等离子体中粒子的运动、扩散和湍流的行为。

大气压气体放电等离子体流动控制概述

大气压气体放电等离子体流动控制概述齐晓华;雷济宇;王海燕;金鸽;史冬梅【摘要】Plasma, like solid, liquid and gas, is an existing form of matter, and it is also called the fourth state of matter.In this paper, firstly, the basic characteristics of gas discharge plasma , the widespread existence of plasma in the space, the method of plasma division, the generation method of plasma and the development history of gas discharge plasma are briefly introduced .Secondly, the importance of airflow control technology in aerospace field, the classification of airflow control technology , the technical advantages and the mechanism of ac - tive airflow control technology are further introduced.Thirdly, the current status of atmospheric pressure discharge plasma airflow control technology are emphatically introduced , and the technical advantages of atmospheric pressure barrier discharge plasma airflow control technology and its application in airflow control field are mainly introduced.At last, the research work of atmospheric pressure barrier discharge plasma in airflow control field is prospected.%等离子体与固体、液体、气体一样,是物质的一种存在形态,也被称之为物质的第四态.首先简要介绍了气体放电等离子体的基本特性、等离子体在空间中的广泛存在状态、等离子体的划分方法、产生方法以及气体放电等离子体研究的发展历程;其次进一步介绍了流动控制技术在航空航天领域的重要性、流动控制技术的分类、主动流动控制的技术优势以及流动控制技术的作用机理等;然后着重介绍了大气压气体放电等离子体流动控制技术在国内外的发展现状,并主要介绍了大气压介质阻挡放电等离子体流动控制技术的技术优势及其在流动控制领域中的研究现状;最后文章对大气压介质阻挡放电等离子体流动控制领域的研究工作进行了展望.【期刊名称】《渤海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】9页(P31-39)【关键词】气体放电等离子体;流动控制;大气压介质阻挡放电【作者】齐晓华;雷济宇;王海燕;金鸽;史冬梅【作者单位】渤海大学数理学院, 辽宁锦州121013;大石桥市高级中学, 辽宁大石桥,115110;大石桥市高级中学, 辽宁大石桥,115110;大石桥市高级中学, 辽宁大石桥,115110;渤海大学数理学院, 辽宁锦州121013【正文语种】中文【中图分类】TM2150 气体放电等离子体概述等离子体(Plasma) 又叫电浆，这个词语最初是由朗缪尔(Langmuir)等人〔1〕在1929年研究物理放电时引入到物理学中的.等离子体与固体、液体、气体一样，是物质的一种存在形态，指的是当物质温度升高或受到离解、电离后，由大量带电粒子和中性粒子组成的具有集体行为的，宏观上呈现准中性的宏观混合热力学体系.等离子体在宏观上呈现电中性，但由于其体系中存在大量的带电粒子，当带电粒子密度较高时，整个体系将会受带电粒子的运动所支配从而呈现出一系列不同于固、液、气三态的自己独有的一些特质，就这个意义而言，等离子体也被称为物质的第四态.据推算，宇宙中99.9%的物质均以等离子体的状态存在.等离子体广泛存在于宇宙星球、星际空间、地球高空的电离层、闪电及极光中，除此之外，等离子体还可以通过裂变、热核聚变、光电离以及气体放电等人工方法产生，因此，等离子体参数的空间跨度很大.图1〔2〕给出了等离子体密度和温度这两个热力学参数的跨越幅度.从图1中可以看到，等离子体密度可从103 m-3跨越到1033 m-3 ，而温度也可从102 K跨越到109 K.依据不同的分类标准，等离子体有很多种分类方法.等离子体按照温度划分可分为高温等离子体和低温等离子体〔2-4〕.高温等离子体是指完全电离的等离子体(通常由受控核聚变、氢弹、原子弹以及宇宙恒星所产生)，他们的温度可高达108 K-109 K；而低温等离子体是指处于部分电离状态且温度相对高温等离子体而言较低.低温等离子体又可分为热平衡等离子体和非热平衡等离子体，其中热平衡等离子体中电子和离子的温度几乎相同，且宏观温度较高，可达到2000 K-5000 K；而非平衡态等离子体中电子温度远远高于离子温度，电子温度可高达几个eV，而离子温度通常小于1000 K，甚至接近于常温，所以非平衡态等离子体也被称作冷等离子体.图1 等离子体参数空间在实验室里等离子体的产生方法有许多，如射线辐照法、气体放电法、激光辐射电离法、热致电离法、光电离法及场致电离法等，其中气体放电法是实验室中产生等离子体的最常见和最主要的方法〔4-7〕.气体放电通常指的是气体在电场作用下被击穿而导电的物理现象，利用气体放电的方法来产生等离子体可以追溯到几百年前.图2简要给出了气体放电研究的发展历程：图2 气体放电研究的发展历程1600年，W.Gilbert在编著的《磁石》一书中创造出“电”(electricity)这一词语，此后，人们才逐渐系统地了解和研究有关电的认识.1672年，G.Wilhelm在旋转的硫磺球上首次观测到了人工条件下产生的放电火花，从而揭开了气体放电研究的序幕.此后，更多的放电形式被相继发现并提出，而在此过程中，人们对于气体放电的研究也由最初的实验现象观测逐渐上升到了理论研究高度.1889年，Pasehen根据平行平板电极的间隙击穿试验结果得出了著名的Paschen定律.Paschen定律在宏观尺度上给出了击穿电压和电极间距以及气体压强的关系，该定律表明，在放电气体种类和放电阴极材料都确定的条件下，击穿电压V只是电极距离d(cm)和气压P(torr)乘积的函数.该定律在实际应用中是非常重要的.另外，M.Faraday，ngmuir，P.Debye，J.S.Townsend，H.Raether等研究人员也对气体放电等离子体的实验及理论研究工作做出了卓越的贡献.其中，Townsend提出的气体击穿理论〔6,7〕及Raether提出的流注击穿理论〔6,7〕把气体放电的理论研究工作向前推进了一大步.1 放电等离子体流动控制概述流动控制是当前流体力学研究的前沿和热点课题之一，其研究可以追溯到1904年普朗特边界层理论的提出〔8〕.流动控制技术不但具有丰富的理论内涵,同时也具有非常重要的工程实用价值.我们知道，飞行器在运动时会受到流体所施加的阻力,从而导致飞行器飞行时产生振动和噪音,严重情况下甚至会导致飞行失稳，这在航空航天领域显得尤为重要.高效的流动控制可以减少能源损耗，提高推进效率和飞行稳定性，这使得飞行器性能获得大幅提升成为可能，因此,近十多年来流动控制的研究获得突飞猛进的发展.根据能量消耗和控制环路方式的不同，流动控制技术可分为被动控制和主动控制〔9〕.被动控制技术不需要额外能量的介入，其是利用某种流动控制装置通过预先设定的控制方式从而来改变流动环境的一种技术.该技术的主要缺点是当实际情况偏离设计状态时,控制效果无法达到最佳.目前，该技术已被广泛应用于机翼、涡流发生器等机械设备中.主动控制技术需要引入辅助能量，它是通过在流动环境中直接注入合适的扰动模式，该扰动模式与系统内在模式相耦合，从而达到控制的目的.相对被动控制而言，主动控制技术主要具有以下三大技术优势〔10〕：一是可以精确控制复杂动力系统的相位；二是借助在临界点输入能量的方式，通过控制临界点的流动从而达到影响整个流场的目的；三是主动控制装置所产生的扰动与主流直接进行耦合，从而克服常规控制装置附加损失大、可靠性不高等缺点.根据不同的工作机理，主动流动控制技术可以分为多种不同形式，如图 3所示.图3 主动流动控制的分类在复杂多样的主动流动控制技术中，等离子体流动控制手段已经悄然成为一种能够提高飞行器气动性能的新型流动控制技术.等离子体流动控制机理可以归纳为三种，即撞击效应、温升效应和化学反应效应.撞击效应是指在足够大的电场强度下引发电子雪崩,空气被击穿后产生氮离子、氧离子,而后这些离子在电场中加速运动并通过撞击将动量传递给中性的气体分子,从而达到了加速气体运动的效果.温升效应是指壁面附近的气体被加热而温度升高,密度减小,在原有平衡力系下出现浮升力;此外气体物性也会因温度升高而改变.化学反应效应是指在等离子体放电过程中会产生大量的自由基和准分子(如OH、O、NO等)，并伴随着能量的交换,这些会影响气体的组分.在这三种效应中，撞击效应起主导作用.2 大气压介质阻挡放电等离子体流动控制技术研究现状随着航空航天科技的飞速发展，等离子体流动控制技术由于其特有的技术优势和广阔的工业应用前景，备受国内外众多科研机构和科研人员的重视.对等离子体流动控制的研究最早始于俄罗斯，美国紧随其后，之后，德国、法国、英国及我国都开展了大量关于等离子体流动控制技术的研究工作.俄罗斯对等离子体流动控制的研究最初是受到飞行器再入时等离子体黑障现象的启发，随后以高超声速条件下等离子体隐身和减阻为主要研究目的对介质阻挡放电(DBD)等离子体流动控制技术进行了大量的研究.1994年首次提出了应用磁流体动力技术(AJAX)的高超声速飞行器的概念，该理论综合了等离子体、磁流体流动控制及燃烧控制，在国际上引起了广泛的关注.受俄罗斯AJAX项目的启发，美国随即也开展了大量关于弹道靶风洞的实验研究，并进一步证实了高超声速等离子体减阻的实验结果.美国后期的实验研究工作主要围绕局部丝状放电、DBD及等离子体合成射流等方向展开.2004年，等离子体流动控制被美国国防部列为面向空军未来发展的重点资助领域之一.2005年，以利用等离子体改善气动特性和推进效率为主要研究方向，美国空军科研局将等离子体动力学列为未来几十年内保持技术领先地位的六大基础研究课题之一.此外，欧洲在21世纪初期实施了Plasmas for Amerodynamic control计划.北约在2009～2013年制定了利用等离子体气动激励来提升军用飞行器性能的计划，主要对介质阻挡放电等离子体气动激励诱导的旋涡特性、耦合模拟等工作进行了深人的研究.我国的等离子体流动控制方面的研究工作始于二十世纪中后期，主要围绕高超声减阻、隐身等工作展开.二十一世纪以来，针对DBD气动激励等离子流动控制的研究工作获得了突飞猛进的发展.2005年，等离子体动力学与磁流体力学被列入“国家重大战略需求的基础研究”中的“航空航天重大力学问题”.2006年，国防科工委也将“等离子体推进技术”列为国防基础科研的“十一五”发展规划.在一些国家重要专题研讨会上，等离子体流动控制也成为了重要议题.在众多的等离子体流动控制装置中，DBD等离子体激励器由于其特有的技术优势和广阔的工业应用前景〔11-16〕，格外受关注，也是获得研究最多的一种激励器结构.DBD等离子体流动控制技术的主要优势是：装置无运动部件、激励器结构简单、运行频带宽、动态响应迅速〔17〕及可以通过改变几何尺寸改变空气动力特性等.DBD等离子体流动控制技术的显著特点是可以利用局部微观的气流扰动来控制全局大流量的流场特性.比如，通过有效控制剪切流动，可以改变钝体尾迹流态,进而达到减小压阻、减小噪声的效果；通过抑制边界层分离，进而减小湍流边界层的阻力，提高机翼的涡升力，从而使飞机的性能得到大幅提升.受限于激励器流场控制能力、激励器响应频率及环境适应性等因素，DBD流动控制研究目前主要是在低速、低雷诺数条件下的流场环境下〔18，19〕开展.目前已经证明DBD能够抑制雷诺数为105的流场中翼型边界层分离〔20，21〕，有效抑制叶顶间隙泄漏流,从而降低叶顶损失〔22〕.由此许多国内外专家都认为其在飞行器减阻增升、提升飞行器性能及发动机增推扩稳方面的应用前景广阔,并将其列为21世纪最有发展潜力的航空前沿技术之一.作为DBD等离子体气动激励器的一种，沿面介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge，SDBD)由于激励器结构简单、易于布置、整个激励器可以直接贴附于绝大部分翼型表面而无需改变原有气动外形设计等优势，是目前等离子体流动控制领域研究最多的一种放电形式.图4 沿面介质阻挡放电对边界层分离再附着控制效果，来流速度为2.85 m/s最早的SDBD气流控制研究始于俄罗斯，其在20世纪60年代初期，就利用SDBD产生的等离子体气动激励特性进行了关于翼型流动分离的实验研究〔23〕.90年代中期，美国Roth等通过研究表明SDBD可以在大气压下开放环境中产生大面积均匀稳定的等离子体(One Atmospheric Uniform Glow Discharge Plasma，OAUGDP)，并对低速来流有明显的控制效果〔24〕.随后，他们开展了基于OAUGDP的边界层控制、紊流抑制减阻、翼型大攻角分离流再附着〔25，26〕以及等离子体激励器的优化设计〔27〕等一系列的研究工作，研究成果表明SDBD有良好的应用前景.图4给出了在来流速度2.85 m/s情况下，SDBD等离子体可以实现边界层分离再附着的示例.美国Roth等的这一系列研究引起了全球范围的广泛关注，将SDBD等离子体流动控制研究引向新的高潮.典型的SDBD等离子体激励器结构如图5(a)所示〔28〕，在绝缘介质板材料(通常是石英、云母片、聚四氟、聚酰亚胺等柔性耐高温绝缘材料，厚度通常为毫米量级)两侧非对称地安装两个电极(一般为金属箔，厚度小于0.1 mm).通常一个电极暴露在空气中，另一个电极用绝缘材料封装起来.当施加在两电极之间的交变高压高于击穿电压时，裸露电极的一侧就会产生沿介质板表面延伸的一层明亮的等离子体，如图5(b)所示.图5 典型沿面介质阻挡放电结构及放电形貌目前针对SDBD的研究工作以实验探索为主，主要围绕如何提升激励器所诱导的气流速度和推力展开.总的来说，主要包括优化激励器的常规参数以及探究激励器诱导的气流速度、推力的产生机制.其中，大气压SDBD气流控制装置的优化主要包括改变激励器结构和功率源驱动两方面工作.激励器结构主要包括暴露电极结构、下电极宽度、电极间距、介质板厚度及介质材料等.功率源驱动的工作主要包括驱动电压波形、多种相互叠加的波形、电压幅值、电源频率等.另外，气压〔29-31〕、外部气流〔32〕、气体成分〔33，34〕、温度〔35〕、湿度〔36〕等周围环境因素也被证实对激励器性能会产生影响.关于激励器暴露电极的结构研究中最值得一提的是平板电极，毛细钨丝〔37，38〕(直径最小可达15 μm)和丝网状电极结构〔39〕.其中，平板电极是最初、最基本的激励器电极结构形式，大量实验研究工作是针对平板电极结构展开的，后续研究中的优化效果也是相比较这种电极结构而言的；毛细钨丝和针网状暴露电极结构引人关注的主要原因是他们能够显著提高激励器所诱导的气流速度和推力，潜在的物理机理尚不明确，引人深思.功率源驱动方面的研究工作主要可总结如下：大多数情况下，SDBD等离子体激励器的功率源驱动为交流正弦波高压(电压幅值为1 kV-50 kV，频率为100 Hz-100 kHz).近些年，以高压纳秒脉冲电源激励的SDBD得到越来越广泛的关注〔40-52〕.此外，一些学者也对三角波、方波、正负锯齿波等其他波形〔53-56〕做了探索性地研究.与此同时，国内外不少研究单位开始尝试利用波形叠加的方法〔57-62〕进一步优化激励器性能，以求获得更佳的气流控制效果.经过十几年的努力，SDBD等离子体流动控制技术的研究工作取得了一定的进展.例如，单个SDBD激励器所诱导的最大气流速度可以达到11 m/s〔37〕.但要想激励器诱导的气流实际应用于航空航天领域中，其诱导的气流至少要对飞机的起降速度(100 m/s)达到有效的控制，这要求SDBD诱导的气流速度至少要达到30m/s.而目前，SDBD激励器所诱导的气流速度大大限制了其在航空领域的实际应用.3 展望尽管目前大气压放电等离子体流动控制技术获得了广泛的研究，但是,人们对于DBD的发生机制及演化的认识，却仍处于起步阶段.人们对于实验研究过程中所出现的一些实验现象背后的物理机理还不是很清楚，针对放电特性而开展的诊断手段仍然有待进一步完善，通过调节实验参数等手段以大幅度提升激励器所产生的气流速度还不能够实现.到目前为止，DBD等离子体激励器所诱导的气流速度还远不能达到实际应用的要求.为了更大限度地提高激励器性能，实现激励器性质的飞跃，行之有效的方法是需要从根本上寻找影响气流和推力提升的本质因素.此外，除了大力开展实验研究外，应尝试在现有的实验观测基础上建立相关的理论模型，数值模拟等离子体放电形成和传输的物理过程及在不同实验条件下的发展演化，研究放电过程中各重要物理量随时空的变化情况，并不断发展完善理论模型，使理论模型与实验观测结果之间相互佐证，以便更加深入地研究实验现象背后的物理机制.参考文献:【相关文献】〔1〕TONKS 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等离子体脉冲激励控制流动分离的数值研究

ＡｂｔａｃＴｈｅｉｆｕｎｃｓｏｈｅｐａｍａａｔｔｏｎｏｈｌｉｒｅｒｅｓｂｏｙｆｒｅｉｈｅｓｒｔｎｌｅｅｆｔｌｓｃｕａｉｎｔｅｆｕｄａｅｒｇａｄｄａｄｏｃｎｐ — ｎｍｅｌｇｉａｄｅ．Ｒｅｅｒｈｎｈｏｔｕｍｂｅｆａｔｔｒ，ａｔｔｏｎｉｅｉｙ，ｐｓｒｑｎｃｏｎｏｏｃ１ｍｏ１ｓａｃｏｗｈｅｎｒｏｃｕａｏｓｃｕａｉｎｔｎｓｔｕｌｅｆｅｕｅｙ
ＡＤＯＩ１．７３ｊｉｓ．０５３２．０２０．２０３８／．ｓｎ２９ — ８８２１．２０３
中图分类号Ｖ２１１
文献标志码
ＮｕｍｅｒｃｎｅｓｉｔｏｆＦｌｗｉａｌＩｖｔｇａｉｎｏｏＳｅｐｒｔｏａａｉｎＣｏｎｒｔｏｌ
冯伟，聂万胜，屠恒章。车学科 ’
（．装备学院研究生管理大队，京１１１；２１北０４６．装备学院航天装备系，Ｅ１１１）ｊ京０４６
摘
要采用唯象学方法，介质阻挡放电产生的等离子体对流体的宏观将
ａｄｄｔｙ１ｆｅｔｈｌｗｓｐｒｔｎｃｎｒｌｆｕｅｃｉｉａｉｏ１ｃ２一７４ｉｏｅｔｒｕｈｅｕｎｕｙｃｃｅａｆｃｅｆｅａａｉｏｔｏｐｒｒｔｃｌｒｉｓ（）０１ｓｄｎｈｏｇｏ — ｔｏｏｏｓａｆ

等离子体流动控制技术研究进展

２１等离子体冲击波流动控制理论．
等离子体气动激励有效抑制流动分离的速度，是决定等离子体流动控制能否走向应用的重要因素。受
绝缘材料抗击穿能力和等离子体产生方式的限制，壁面射流” “ 速度很难显著提高（／）只能抑制低速８ｍｓ，
１４等离子体气动激励器和电源．
２００６年，国大气辉光技术公司宣布在美国空军科研局的资助下，高效、美在高鲁棒性的等离子体激励器研制方面取得突破，准备将其用于无人机飞行控制，国空军科研局宣布在柔性等离子体激励器技术方面并美
动控制效果进行了探索。１３内流等离子体流动控制．
美国圣母大学在等离子体气动激励抑制涡轮低雷诺数流动分离方面开展了一系列的研究工作］加拿，大蒙大工学院进行了等离子体气动激励抑制轴流压气机旋转失速扰动波的仿真研究］Ｇ，Ｅ公司全球研发中心进行了等离子体气动激励控制压气机叶尖流动、大压气机稳定性的仿真研究］俄亥俄州立大学进扩，行了等离子体气动激励控制喷管流动与噪声的实验研究ｌ。９］
先地位。１１等离子体气动激励特性与建模仿真．
电晕放电、质阻挡放电、介电弧放电、波放电、微电晕／介质阻挡组合放电、局部丝状放电等离子体气动激励进行了大量研究 … 。通过探针、光谱仪、天平、ＩＰＶ等手段，放电特性、离子体特性和流动特性进行了对等时空分辨测试，获得了等离子体气动激励的功耗、等离子体转动和振动温度、导的速度场和涡量场等特性。诱

等离子体流动分离控制的数值模拟

机械与宇航工程系，加州尔湾９６７— ３７）２９９５
摘
要
采用Ｓｙｈｙ等提出的等离子体激励器对流动施加体积力的简化模型，试了激励器对圆柱绕流分离的控制效果。研测
究了激励器对于大迎角下ＮＣ０５翼型流动分离的控制情况。数值结果表明：ＡＡ０１前缘是施加激励作用的最佳位置；当激励器处于最佳激励位置时，ＮＣ０５翼型施加等离子体激励能有效的抑制流动的分离。在所研究的范围内，对ＡＡ０１施加的激励强度
⑥
２１ＳｉＴｃ．ｎｎ．０ｃｅｈＥｇｇ１．
航空航天
等离子体流动分离控制的数值模拟
侯龙锋高超郑博睿刘锋罗时均。＇
（北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室，安７０７；国加州大学尔湾分校西西１０２美
性变化。
（ＰＤ－００９００）、北工业大学基础研究ＳＦＰ２８６９０３西０
（ＰＦＲＷ０８０）资助ＮＵ—Ｆ — １１２第一作者简介：龙锋（９８）浙江人，士，究方向：算流侯１８一，硕研计
（Ｙ））Ｙ— ｏ
式（）７中为电压频率；为电荷的密度；电荷ｅ为的带电量；ｔ电极的放电时间；Ａ为Ｅ为电场强度矢量；Ｌ弹性碰撞有效系数；Ｏ为Ｅ矢量可通过式（）６中

核聚变反应中的等离子体控制技术

核聚变反应中的等离子体控制技术在探索清洁能源的道路上，核聚变一直被寄予厚望。

核聚变反应能够释放出巨大的能量，且原料在地球上相对丰富。

然而，要实现可控核聚变，其中一个关键的挑战便是对等离子体的有效控制。

等离子体是核聚变反应的核心物质状态，其行为复杂且难以捉摸，因此等离子体控制技术的发展对于核聚变的成功实现至关重要。

等离子体是物质的第四态，由大量自由电子和带电离子组成。

在核聚变反应中，高温高压环境使得原子核具备足够的能量克服彼此之间的静电排斥力，从而发生聚合，释放出巨大的能量。

这个过程发生在等离子体状态下，而等离子体的特性使得其控制变得极具挑战性。

首先，等离子体具有极高的温度。

在核聚变反应中，等离子体的温度通常需要达到几千万甚至几亿摄氏度。

在如此高温下，物质的行为与我们日常所熟悉的固态、液态和气态有很大的不同。

传统的材料和结构很难在这样的极端条件下维持稳定，这就对用于控制等离子体的装置和技术提出了苛刻的要求。

其次，等离子体中的带电粒子具有很强的流动性和不稳定性。

它们会受到各种力的作用，如电磁力、热力等，从而导致等离子体的形状和分布发生变化。

如果不能有效地控制这些变化，等离子体可能会与反应容器的壁面发生碰撞，导致能量损失甚至破坏反应装置。

为了实现对等离子体的有效控制，科学家们发展了一系列先进的技术。

其中，磁约束是目前最主要的方法之一。

通过在反应装置周围布置强大的磁场，可以将等离子体约束在一个特定的空间内，使其不与容器壁接触。

在磁约束装置中，托卡马克是最为常见的一种。

托卡马克装置中的磁场是由外部的线圈和等离子体自身的电流共同产生的。

通过精心设计磁场的形状和强度分布，可以实现对等离子体的稳定约束。

然而，要实现理想的磁场分布并非易事，需要对磁场的产生和控制进行精确的计算和调整。

除了磁场的控制，等离子体的加热也是一个关键环节。

只有将等离子体加热到足够高的温度，核聚变反应才能有效地进行。

目前常用的加热方法包括欧姆加热、中性束注入加热和射频波加热等。

基于等离子体流动控制的压力分布研究

电极介质阻挡放电（ＤＤ）离子体激励器进行激励控制，ＳＢ等压力动态传感器进行测量。在实验段为３０ｍ ×１６ｍ的低湍流．．风洞中进行，实验攻角是４。５。基于圆锥体底部直径的雷诺数为５０。占空循环的频率为１。对不同占空循环比率下００００Ｈｚ
隔ｌ。Ｏ均匀分布在截面圆周上。第８截面上安装有
子体占空循环工作时，采集的非定常压力系数，并
２１０１年１月１１日收到，月３日修改１０
科
学
技
术
与
工
程
１卷１
美国科莱特（ｕｔ）导体公司生产的，号为Ｋｌｅ半ｉ型
结合占空比技术，实现对侧力的线性比例控制。并
洞测试前都经过精心清理，免微小的扰动对试验避
结果的影响。
且利用粒子图像测速仪（Ｉ和非定常压力传感器ＰＶ）
研究了流动机理。实验中，占空循环角频率数量级
１实验模型
统研究具有很大价值，而相位锁定压力分布则用来解释流动机理。文章详细分析了此次实验中，离等
１２压力传感器．
压力传感器的安装如图２所示，第１＿在－７截面，有ＰＩ司制造的９１装Ｓ公８６和８０４０型号的２２５个时间平均压力传感器，个截面３传感器，每６个每

高温等离子体物理中稳定性问题分析

高温等离子体物理中稳定性问题分析引言：高温等离子体是一种高度离子化的气体，具有极高的温度和电子浓度，广泛应用于核聚变能源、等离子体加工以及天体物理等领域。

然而，稳定性问题一直是在高温等离子体物理中面临的挑战。

本文将分析高温等离子体物理中的稳定性问题，探讨其产生原因，并介绍一些常用的稳定性控制方法。

一、高温等离子体的稳定性问题：高温等离子体的稳定性问题主要表现为不稳定的磁扰动、再连接和涡旋现象。

其中，磁扰动是指磁场的扰动导致等离子体粒子的轨迹发生变化，从而影响等离子体的稳定性。

再连接是指等离子体内的磁场线重新连接，导致能量释放和粒子运动的剧烈变化。

涡旋是指等离子体中形成的湍流结构，导致能量和粒子的输运过程变得混乱。

二、高温等离子体稳定性问题的产生原因：（1）自由能增长：高温等离子体中的自由能增长会导致不稳定性。

自由能的增长可以通过磁流体力学理论进行分析，其中磁流体力学不稳定性分为模态和非模态两种类型。

（2）粒子之间的相互作用：等离子体中的粒子之间存在相互作用，包括粒子之间的电动力学相互作用和磁场对粒子运动的影响。

这些相互作用可能导致不稳定性的产生。

（3）外界扰动：等离子体中的稳定性还受到外界扰动的影响，例如边界条件的变化、杂质和不均匀性等。

这些扰动可以打破等离子体内部的平衡态，导致不稳定性的产生。

三、高温等离子体稳定性问题的控制方法：（1）磁约束：通过在等离子体周围生成强磁场，将等离子体约束在一个特定的区域内。

这种磁约束可以减小磁扰动的影响，提高等离子体的稳定性。

（2）外部驱动力：通过给等离子体加上外部的驱动力，在稳定性范围内激发等离子体的振动模式，从而减小不稳定性的影响。

（3）控制边界条件：调节等离子体的边界条件，例如调整等离子体的壁温度、磁场梯度等，可以减小外部扰动对等离子体稳定性的影响。

（4）流体控制：通过对流体运动的控制，改变等离子体内部的流动状态，从而调节等离子体的稳定性。

这可以通过引入局部脉动流、应用电流等方法实现。

等离子体合成射流流动控制技术研究进展

等离子体合成射流流动控制技术研究进展作者：程林杨晓强贺强来源：《智富时代》2019年第07期【摘要】本论文系统回顾了等离子体合成射流流动控制技术的发展历史，在介绍了主要的等离子体流动控制技术后，从等离子合成射流技术的工作特性研究及流动控制应用研究两个层面详细分析了目前等离子体合成射流的发展现状及所遇到的问题。

【关键词】等离子合成射流激励器；研究进展；工作特性；流动控制一、流动控制技术概述在流体力學研究领域，主动流动控制技术广泛应用于航空、航天流体机械的外流空气动力性能提升、进气道与发动机内流组织、燃烧稳定性控制等多个方面。

主动流动控制技术通过向主流流场添加质量、动量、热量的微弱扰动从而实现对整个流场的控制和性能改善[1]。

普朗特于1904年提出了边界层理论，使得大家对边界层与流动分离的关系有了较为清楚的认识，从而使主动流动控制技术成为可能。

同时也提出了一种目前应用最为广泛的边界层吹吸技术[1]。

边界层吸除技术通过狭缝泄除边界层中的低能流，从而改变边界层速度型，达到抑制流动分离的目的。

边界层吸除技术是一种非常实用，并得到广泛应用的流动控制技术，但同时会带来显著的放气阻力，降低主流流量。

与吸除技术不同，边界层吹除技术沿流向方向注入高速气流，提高边界层底层流体的动量，从而提高边界层内气体运动速度。

边界层吹除技术需要额外的高压附加气源，。

合成射流激励器主要依靠机械振动为气体注入能量，不需要额外的附加气源。

目前，传统的合成射流激励器有压电膜式[3，4]、活塞式[5，6]、声激励式 [7，8]等。

传统的激励方式中，压电膜式响应最为迅速，工作频带也最宽[9]。

然而，机械式合成射流激励器的诱导速度较低，流动控制能力较弱。

等离子体激励形式具有激励频带极宽、激励强度无极可调（电压、电流等参数可控）、低功耗、激励形式多样等诸多优点[11]。

等离子体流体控制技术涉及电磁学、材料学、空气动力学等诸多方面，是新兴的交叉型科学研究领域，也为研究带来较大的难度[10]。