基于Ar發射光譜的感應等離子體球化高溫流場溫度測量研究

曾 徽,歐東斌

中國航天空氣動力技術研究院電弧等離子應用裝備北京市重點實驗室，北京 100074

引 言

高頻感應等離子體可以產生化學純凈、無污染的高溫(8 000～12 000 K)、低速(5～20 m·s-1)流場，不規則的微米量級粉末顆粒在熱等離子體的加熱作用下，表面熔融并在表面張力作用下形成球形液滴，之后迅速冷卻凝固，從而獲得致密、流動性良好、高純度的球形顆粒[1]，高頻感應等離子體發生器的長時間工作特性(以小時計)也利于粉末球化的大規模生產。感應等離子體球化制粉在3D打印、熱噴涂等技術方面具有廣闊的應用前景，目前航空航天和工業冶金領域對于鈦粉、鉬粉、鈮粉等金屬粉球化有大量的需求，感應等離子體球化粉末的研究得到了國內外研究人員的重點關注[2-4]。在等離子體球化粉末過程中，最重要的過程是通過熱等離子焦耳加熱作用于不規則粉末顆粒，因此等離子體發生器內氣流溫度是感應等離子體制備球形粉末的關鍵參數，流場內氣流溫度的空間分布測量為評估和優化等離子體球化制粉工藝提供了直接定量依據。在實驗測量方面，由于感應等離子體發生器內的高溫(8 000～12 000 K)環境，傳統接觸式測量手段無法應用于對流場內氣流溫度的診斷。目前以原子發射光譜技術、激光吸收光譜技術為代表的非接觸式光譜診斷技術是國內外高溫燃燒診斷技術的重要發展方向，是進行感應等離子體高溫流場測量的理想手段[5]。

國內外在光譜診斷高溫流場研究方面進行了數十年的研究，Stanford大學的Hanson等在超燃沖壓發動機、等離子體發生器以及激波管等設備的流場診斷方面上進行了系統、細致的研究工作[6-8]。……