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

球隙歐瑪爾OMAL開關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開關內部氣體壓力、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開關性能如延時抖動特別是可靠性造成很大影響。關于內部氣體壓力、流動氣體種類、氣流量大小等對球隙OMAL開關性能的影響已有較多研究,而關于球隙OMAL開關內部冷卻氣體流場分布情況以及它們與結構的關系至今鮮有報道。首先從球隙OMAL開關的放電基本原理出發(fā),分析了氣體冷卻在OMAL開關中的作用,通過實驗檢驗了球隙OMAL開關的可靠性,得出了由于缺少優(yōu)化,OMAL開關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生不受控制的提前放電的結論。然后利用現(xiàn)在應用廣泛的計算流體動力學軟件FLUENT,對球隙OMAL開關氣體流場進行了數(shù)值模擬分析,得到其內部的流場分布。重點介紹了采用Gambit進行球隙火花OMAL開關的幾何建模和劃分網格,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開關內部流場分布情況。通過模擬可以看出,OMAL開關內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開關中的作用,優(yōu)化放電OMAL開關的結構設計,提高OMAL開關的工作性能具有重要作用。此外還在上述結果分析的基礎上,對OMAL開關結構進行了一系列的優(yōu)化。比較了不同幾何結構如噴嘴離OMAL開關電極的遠近、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開關的出口進行圓滑擴大,結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開關穩(wěn)定性。