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球隙歐瑪爾OMAL開關(guān)的冷卻氣體流場分析
球隙火花放電OMAL開關(guān)作為一種高電壓、大電流的OMAL開關(guān)裝置廣泛應(yīng)用在各種高能量脈沖器件中,這就要求OMAL開關(guān)必須能工作在高電壓、高重復(fù)頻率、低抖動、低時延的狀態(tài)。但是,由于OMAL開關(guān)導(dǎo)通時產(chǎn)生的熱量和殘余帶電粒子,使得球隙OMAL開關(guān)發(fā)生不受控制的提前放電,嚴重地影響了OMAL開關(guān)的可靠性。

球隙歐瑪爾OMAL開關(guān)的冷卻氣體流場分析
在通常情況下,對流冷卻(吹氣)是一種非常簡單有效的方法。球隙OMAL開關(guān)內(nèi)部氣體壓力、氣體種類、氣流量大小、氣體流場分布以及氣體流動狀態(tài),都會對OMAL開關(guān)性能如延時抖動特別是可靠性造成很大影響。關(guān)于內(nèi)部氣體壓力、流動氣體種類、氣流量大小等對球隙OMAL開關(guān)性能的影響已有較多研究,而關(guān)于球隙OMAL開關(guān)內(nèi)部冷卻氣體流場分布情況以及它們與結(jié)構(gòu)的關(guān)系至今鮮有報道。首先從球隙OMAL開關(guān)的放電基本原理出發(fā),分析了氣體冷卻在OMAL開關(guān)中的作用,通過實驗檢驗了球隙OMAL開關(guān)的可靠性,得出了由于缺少優(yōu)化,OMAL開關(guān)即使在高速氣流的作用下,在高電壓大電流高頻率運行時仍有時會產(chǎn)生不受控制的提前放電的結(jié)論。然后利用現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的計算流體動力學(xué)軟件FLUENT,對球隙OMAL開關(guān)氣體流場進行了數(shù)值模擬分析,得到其內(nèi)部的流場分布。重點介紹了采用Gambit進行球隙火花OMAL開關(guān)的幾何建模和劃分網(wǎng)格,采用k ?ε雙方程湍流模型,在定常、三維條件下用FLUENT計算了球隙OMAL開關(guān)內(nèi)部流場分布情況。通過模擬可以看出,OMAL開關(guān)內(nèi)部主電極附近的流場是比較平行的流動,但是在出口死角部分存在回流和旋渦。這對于了解氣體冷卻在放電OMAL開關(guān)中的作用,優(yōu)化放電OMAL開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,提高OMAL開關(guān)的工作性能具有重要作用。此外還在上述結(jié)果分析的基礎(chǔ)上,對OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)進行了一系列的優(yōu)化。比較了不同幾何結(jié)構(gòu)如噴嘴離OMAL開關(guān)電極的遠近、噴嘴形狀、進出氣通道之間的夾角等情況下流場的分布狀況,指出了其優(yōu)劣。

球隙歐瑪爾OMAL開關(guān)的冷卻氣體流場分析
為了進一步改善放電區(qū)附近流速分布的均勻性,以及讓氣流更好地排出,提出了對OMAL開關(guān)的出口進行圓滑擴大,結(jié)果表明在一定程度上改善了電極附近的流速分布,減小了回流。另外計算結(jié)果也表明,在使用三個噴嘴的情況下,雖然電極附近的流速波動較大,但能加快氣流的排出速度,有利于OMAL開關(guān)穩(wěn)定性。